JP2008022180A - 無線通信機器の位置推定システム及びその方法並びにそれに用いる無線通信機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 中継となる無線通信機器を介して間接的に通信される無線通信機器同士の間であっても精度の高い位置推定を可能とする。
【解決手段】 位置推定対象の無線通信機器の位置推定を補助するための複数の無線通信機器１０１をネットワーク内の複数箇所に設置し、ネットワーク内の所定箇所にその絶対位置を予め取得済みの無線通信機器１０２を設け、無線通信機器１０２と無線通信をなすことにより、無線通信機器１０１に絶対位置情報及び絶対位置取得無線通信機器の最大通信可能距離情報を記憶させる。そして、位置推定対象の無線通信機器１０３において、無線通信機器１０１と無線通信をなすことにより、記憶されている情報を取得し、この記憶されている情報を得ることができた無線通信機器１０１の数を計数して、この計数値と絶対位置情報と最大通信可能距離情報とを用いて自身の位置を推定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は無線通信機器の位置推定システム及びその方法並びにそれに用いる無線通信機器に関し、特にアドホックネットワークを構成する無線通信機器の位置推定方式に関するものである。

無線ＬＡＮ（Local Area Network）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信機能を備えた移動無線通信端末を使用して、基地局を経由せずに、無線通信機器同士の通信により情報を伝達する技術として、アドホックネットワークが提案されている。携帯電話やＰＨＳ（Personal Handyphone System）等の現行の移動無線通信機器では、基地局の存在が不可欠であるが、アドホックネットワークにおいては、基地局を介さない無線通信が可能となるため、基地局を設置することの不可能な場所での無線通信が実現できる。

また、通常は基地局を経由して通信を実施する無線通信機器が、遮蔽物体の影響や屋内に存在することにより、短期的に基地局からの電波を受信できない場合に、アドホックネットワークを構成する無線通信機能を備える端末との情報伝達を利用することによって、基地局のカバーし得ないエリアであっても情報通信が実現できる。

アドホックネットワークにおいては通信を効率的に行うために、もしくは、不要な情報転送を防ぐために、位置情報を利用して位置に応じて情報の転送を制御することが考えられている。更に、位置情報を利用すると位置に応じて特有な情報を配信する制御も可能となるために、近隣の無線通信機器に効果的に情報を配信することが可能となる。

アドホックネットワーク内の無線通信機器を有する端末においては、端末位置を決定する手法として、ＧＰＳ（Global Positioning System ）を用いるのが一般的となるが、ＧＰＳを利用する場合、ＧＰＳを装備するのに非常に経済的なコストがかかるか、あるいは、必ずしもＧＰＳ電波が利用できる状況とは限らないために、アドホックネットワークにおいて一部の無線通信機器しかＧＰＳを利用できなくても、ＧＰＳを有していない無線通信機器は、ＧＰＳを有する無線通信機器の位置情報を利用して高精度に位置を推定することが必要となる。そして、ＧＰＳを有していない無線通信機器はいかに位置を高精度に推定できるかが課題となっている。

そこで、非特許文献１には、アドホックネットワークを構成するごく一部の端末がＧＰＳを使用する状況、もしくは、固定ポイントとして予め端末の絶対位置を与えておく状況において、絶対位置を取得できない大多数の無線通信機器が各自の存在位置を推定する方式が示されている。

ここで、非特許文献１の技術の概要を説明する。非特許文献１の技術では、同一の最大通信半径を持つ全無線通信機器により構成されるアドホックネットワークにおいて、一部のＧＰＳ装備無線通信機器より位置情報を取得し、位置推定を行う方法が示されている。アドホックネットワークを構成する無線通信機器のうち、位置推定を行う無線通信機器は、自身を中心として２度の情報転送により通信が可能な範囲に存在する無線通信機器、すなわち、２ホップで通信可能な無線通信機器に対する情報を収集し、直接的に無線通信可能な、すなわち、１ホップで通信可能な無線通信機器間の距離を統計的に推定している。１ホップで通信可能な無線通信機器の情報を基に、無線通信機器が存在すると予想される位置を推測し、各無線通信機器間の推定位置と推定距離をばねモデルに置き換え、適当と思われる推定位置を同定している。

なお、通信端末の位置を推定する関連技術としては、特許文献１，２などがある。

情報処理学会論文誌、第４６巻、第１２号別刷、「統計的近似とばねモデルを用いたアドホックネットワークにおける端末位置決定手法」 特開２００５−２２９５２８号公報 特表２００５−５１０１７２号公報

しかしながら、非特許文献１で記された従来の手法においては、次のような課題がある。第１の課題は、アドホックネットワークを構成する無線通信機器の各々について、最大通信可能距離が同一の場合のみ位置推定が利用可能となっているために、最大通信可能距離が異なる場合には、位置推定を実施することができなくなるということである。

また、非特許文献１で示される位置推定手法は、アドホックネットワークを構成する無線通信機器間において、直接的に通信可能な無線通信機器間の距離を統計的な手法により推定するが、中継となる無線通信機器を介して間接的に通信される無線通信機器間では、統計的な手法により距離の推定がなされていない。他の推定精度の低い方法により、中継となる無線通信機器を介して間接的に通信される無線通信機器間の距離を近似し、推定値としている。

すなわち、この非特許文献１の方式では、第２の課題として、中継となる無線通信機器を介して間接的に通信される無線通信機器間の距離の推定について、誤差が大きくなることである。

更に述べると、非特許文献１では、アドホックネットワークを構成する無線通信機器において、推定対象となる無線通信機器を中心として、最大通信半径内で直接的に通信可能な無線通信機器から無線通信機器間において直接的な通信が可能な接続関係を示す情報を入手する。接続関係の情報を無線通信機器間で共有し、アドホックネットワークを構成する無線通信機器の相互の接続関係を入手する。この手法では、接続関係を利用し、直接的に通信可能な無線通信機器同士の無線通信機器間距離を推定している。

この従来の方式では、直接的に通信可能な無線通信機器同士の無線通信機器間距離を数学的な論理により推定することが可能であるが、直接的に通信可能でない無線通信機器間においては、すなわち、中継となる無線通信機器を介して間接的に通信が行われる場合においては、間接的に通信される無線通信機器間の距離を数学的な論理により推定することができない。

例えば、図９において１を位置推定対象となる無線通信機器とし、３を絶対位置を取得可能な無線通信機器とし、２を推定を補助するとする。１，２，３を中心とした各円１ｃ，２ｃ，３ｃは、無線通信機器１，２，３の各々が直接的に他の無線通信機器と通信可能な範囲を示している。無線通信機器１と２とは直接的に通信可能であり、無線通信機器２と３とも直接的に通信可能である。無線通信機器１と３とは直接的に通信することはできず、無線通信機器２を中継として無線通信機器１と３との通信が間接的に可能である状況とする。

この場合、無線通信機器１と３と間の距離を推定するには、従来の方式では、無線通信機器１と２間の距離を推定し、線通信機器２と３間の距離を推定し、無線通信機器１と３間の距離は、これら距離の和をとっていた。よって、無線通信機器１と直接的に通信可能でない無線通信機器３との距離は、正確に距離を推定計算することができないことになる。

従って、従来の手法では、直接的に通信可能な無線通信機器間の推定距離を加算することにより、誤差を大きくはらむ可能性がある点で課題となる。更に、従来の位置推定手法では、アドホックネットワークを構成する各無線通信機器において、前提条件として、最大通信半径を固定値としているが、実際の運用を考えると、アドホックネットワークを構成する無線通信機器の各々が同一の半径を持つ必要があるという前提条件は、実現性を欠く点で大きな問題がある。

本発明の目的は、中継となる無線通信機器を介して間接的に通信される無線通信機器同士の間であっても、高精度に無線通信機器間の距離を推定できるようにして、精度の高い位置推定を可能とした無線通信機器の位置推定システム及びその方法並びにそれに用いる無線通信機器を提供することである。

本発明による無線通信機器の位置推定システムは、ネットワーク内における無線通信機器の位置推定システムであって、位置推定対象の無線通信機器と、前記ネットワーク内の複数箇所に設置されて前記位置推定対象の無線通信機器の位置推定を補助するための複数の補助無線通信機器とを含み、前記補助無線通信機器の各々は、前記ネットワーク内の所定箇所に設けられてその絶対位置を予め取得済みの絶対位置取得無線通信機器との無線通信により、前記絶対位置情報及び前記絶対位置取得無線通信機器の最大通信可能距離情報を受信する手段と、これら受信情報を記憶する手段とを有し、前記位置推定対象の無線通信機器は、前記補助無線通信機器との無線通信により、前記補助無線通信機器に記憶されている情報を取得する手段と、前記無線通信によって前記記憶されている情報を得ることができた前記補助無線通信機器の数を計数して、この計数値と、前記絶対位置情報と、前記最大通信可能距離情報とを用いて自身の位置を推定する位置推定手段とを有することを特徴とする。

本発明による無線通信機器の位置推定方法は、ネットワーク内における無線通信機器の位置推定方法であって、位置推定対象の無線通信機器の位置推定を補助するための複数の補助無線通信機器を前記ネットワーク内の複数箇所に設置するステップと、前記ネットワーク内の所定箇所にその絶対位置を予め取得済みの絶対位置取得無線通信機器を設けるステップと、前記絶対位置取得無線通信機器と無線通信をなすことにより、前記補助無線通信機器の記憶部に、前記絶対位置情報及び前記絶対位置取得無線通信機器の最大通信可能距離情報を記憶させるステップと、前記位置推定対象の無線通信機器において、前記補助無線通信機器と無線通信をなすことにより、前記記憶部に記憶されている情報を取得するステップと、前記位置推定対象の無線通信機器において、前記記憶部に記憶されている情報を得ることができた前記補助無線通信機器の数を計数して、この計数値と、前記絶対位置情報と、前記最大通信可能距離情報とを用いて自身の位置を推定する位置推定ステップとを含むことを特徴とする。

本発明による無線通信機器は、ネットワーク内において位置推定対象の無線通信機器の位置推定を補助するための補助無線通信機器であって、前記ネットワーク内の所定箇所に設けられてその絶対位置を予め取得済みの絶対位置取得無線通信機器との無線通信により、前記絶対位置情報及び前記絶対位置取得無線通信機器の最大通信可能距離情報を受信する手段と、これら受信情報を記憶する記憶手段と、前記位置推定対象の無線通信機器との無線通信により、前記記憶手段の記憶情報を送信する手段とを含むことを特徴とする。

本発明による他の無線通信機器は、ネットワーク内における位置推定をなす無線通信機器であって、前記ネットワーク内の所定箇所に設けられてその絶対位置を予め取得済みの絶対位置取得無線通信機器との無線通信により、前記絶対位置情報及び前記絶対位置取得無線通信機器の最大通信可能距離情報を受信して、これら受信情報を記憶した複数の補助無線通信機器との無線通信により、これら記憶されている情報を取得する手段と、前記無線通信によって前記記憶されている情報を得ることができた前記補助無線通信機器の数を計数して、この計数値と、前記絶対位置情報と、前記最大通信可能距離情報とを用いて自身の位置を推定する位置推定手段とを含むことを特徴とする。

本発明によるプログラムは、ネットワーク内において位置推定対象の無線通信機器の位置推定を補助するための補助無線通信機器の動作をコンピュータに実行させるめのプログラムであって、前記ネットワーク内の所定箇所に設けられてその絶対位置を予め取得済みの絶対位置取得無線通信機器との無線通信により、前記絶対位置情報及び前記絶対位置取得無線通信機器の最大通信可能距離情報を受信する処理と、これら受信情報を記憶する処理と、前記位置推定対象の無線通信機器との無線通信により、前記記憶手段の記憶情報を送信する処理とを含むことを特徴とする。

本発明による他のプログラムは、ネットワーク内における位置推定をなす無線通信機器の動作をコンピュータに実行させるめのプログラムであって、前記ネットワーク内の所定箇所に設けられてその絶対位置を予め取得済みの絶対位置取得無線通信機器との無線通信により、前記絶対位置情報及び前記絶対位置取得無線通信機器の最大通信可能距離情報を受信して、これら受信情報を記憶した複数の補助無線通信機器との無線通信により、これら記憶されている情報を取得する処理と、前記無線通信によって前記記憶されている情報を得ることができた前記補助無線通信機器の数を計数する処理と、この計数値と、前記絶対位置情報と、前記最大通信可能距離情報とを用いて自身の位置を推定する処理とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、間接的に通信可能な無線通信機器間の距離を数学的な根拠に基づいて導出できるようにしたので、位置推定対象の無線通信機器の位置誤差を小さくすることが可能となるという効果がある。

以下に、図面を参照しつつ本発明について説明する。先ず、本発明において使用されるアドホックネットワークとは、無線通信機器により基地局を経由せずに最大通信半径内において情報を無線通信機器同士により送受信可能であり、かつ、最大通信半径を越える無線通信機器宛に情報を伝達する場合は、他の無線通信機器を中継として、情報を伝えるネットワークを意味する。また、本発明におけるアドホックネットワークは、それぞれの無線通信機器において、最大通信可能距離が異なっていても構わない。

本発明では、アドホックネットワークを構成する無線通信機器が、電波強度に依存した方法により無線通信機器間の距離を推定する手法を用いずに、位置推定を実現するものである。本発明は、従来の手法とは異なり、各無線通信機器において最大通信可能距離を同一のものと仮定しない場合にも、位置推定が可能となる。

図１は、本発明の実施例が適用されるシステム図である。図１において、アドホックネットワークに繋がれた無線通信機器を利用した位置推定手法は、アドホックネットワークに含まれ絶対位置を取得可能な無線通信機器（絶対位置取得可能無線通信機器と称す）１０２の位置情報を利用して、位置推定対象となる無線通信機器（位置推定対象無線通信機器と称す）１０３と絶対位置取得可能無線通信機器１０２との間の距離を推定することにより、この位置推定対象無線通信機器１０３の位置を推定するものである。

無線通信機器間の距離を推定する手法は、２つの無線通信機器を中心とした最大通信可能半径により描かれる円１０３ｃと１０２ｃとの重複部分の面積比率を求めることにより、２つの無線通信機器間の距離を導出可能であるという数学的な事実を利用して、２つの無線通信機器間の距離を統計的に得られる情報から推定する。これら２つの円はそれぞれ異なる半径を有していても構わない。そして、無線通信機器間で推定された無線通信機器間距離により、既存の三辺測量の手法を用いて、位置推定対象無線通信機器１０３の位置推定が行われる。

無線通信における送信部と受信部を併せ持ち、かつ、基地局を経由せずに無線通信機器間で直接的に情報伝達が可能である装置を、ある有限な空間に配備する。送信部と受信部を併せ持つ機器を一つの無線通信機器と定義する。各無線通信機器は、無線通信機器の送信部で送信可能な通信範囲内に存在する無線通信受信機器に対して情報伝達が可能であり、送信が可能であれば、相手の無線通信機器からの情報の受信も可能な双方向通信が可能であるとする。

また、無線通信機器は、直接的に無線通信が可能な無線通信機器を利用し、直接的には無線通信が可能ではないが、直接的に通信可能な無線通信機器を少なくとも１つ以上中継し、間接的に無線通信が可能とする。本発明において、無線通信機器が直接的に通信可能な最大通信可能距離はネットワークを構成する全無線通信機器の間で同一である必要はない。

上記の直接的、もしくは、間接的に通信可能な無線通信機器は、例として、無線ＬＡＮのアドホックモードを使用して実現することが可能となる。本発明では、前述したように、各無線通信機器がアドホックネットワークを構成し、アドホックネットワークに属する無線通信機器の位置を高精度に推定する手法である。

このアドホックネットワークの構成を満たす無線通信機器は、位置推定のために３種類の構成要素に分けられる。第１の構成要素は、位置を推定する推定対象となる位置推定対象無線通信機器１０３である。第２の構成要素は、絶対位置を取得可能な絶対位置取得可能無線通信機器１０２である。第３の構成要素は、位置推定を補助するための位置推定補助無線通信機器１０１である。

位置推定対象無線通信機器１０３は、直接的な無線通信により、位置推定補助無線通信機器１０１に対して情報の送受信を行い、位置推定に必要となる情報を収集する。位置推定対象無線通信機器１０３は収集した情報を基に、自身と絶対位置取得可能無線通信機器１０２との間の距離を推定する。１つの位置推定対象無線通信機器１０３につき、少なくとも３つの絶対位置取得可能無線通信機器１０２が存在する場合、既存の測位技術である三辺測量により、位置を推定することが可能となる。

図１を参照すると、本発明の一実施例として、位置推定を行うアドホックネットワークにおける無線通信機器の配置関係が示されている。図１において、位置推定対象無線通信機器１０３は、位置推定要求メッセージを直接的に通信可能な無線通信機器に向けて発信し、その応答メッセージを受信する。ここで、直接的に通信可能な無線通信機器は、図中において、位置推定補助無線通信機器１０１が該当する。位置推定補助無線通信機器１０１は、図１に示すように、メッシュ状に複数設置されているものとする。

絶対位置取得可能無線通信機器１０２は、ＧＰＳ、もしくは、事前にアドホックネットワークの管理者により与えられた絶対位置の情報により、自身の絶対位置情報を入手することが可能であるとする。絶対位置取得可能無線通信機器１０２は、直接的に通信可能な無線通信機器に対して情報の伝達が可能である。

位置推定補助無線通信機器１０１は、絶対位置取得可能無線通信機器１０２の識別情報であるＩＤ、絶対位置情報、最大通信可能距離の情報を記憶部に格納することが可能となっている。位置推定補助無線通信機器１０１は、直接的に通信可能な無線通信機器に対して情報の伝達が可能である。

図２を参照すると、図１に示す位置推定補助無線通信機器１０１の具体的構成が示されている。図２において、位置推定補助無線通信機器１０１は、無線通信機器による情報伝達の機能を有する無線通信部１１と、表示部１３と、記憶部１４と、これら各部を制御する制御部１２とを有し、音声データやパケットデータなどの情報を送受信可能である。例えば、この無線通信機器１０１は、無線ＬＡＮ（アドホックモード）を搭載した無線通信可能な機器である。

図３を参照すると、図１に示す絶対位置取得可能無線通信機器１０２と位置推定対象無線通信機器１０３との具体的構成が示されている。絶対位置取得可能無線通信機器１０２、あるいは、位置推定対象無線通信機器１０３は、位置推定補助無線通信機器１０１と同様に、無線通信部２１、表示部２３、制御部２２、記憶部２４を有し、その他に位置を決定する位置決定部２５を含む。例えば、絶対位置取得可能無線通信機器１０２はＧＰＳを使用して、あるいは、管理者により事前に与えられた絶対位置を使用して、絶対位置を取得可能となる。位置推定対象無線通信機器１０３については、以降で説明する位置推定方式を使用して推定位置が位置決定部で決定される。

次に、図１のアドホックネットワークにおける位置推定の動作を、図４及び図５に示すフローチャートを使用して説明する。先ず、図４において、位置推定のために、アドホックネットワークを構成する無線通信機器（ノード）の配置を行う（ステップＳ１）。図１に示したように、無線通信機器の配置としては、複数の位置推定補助無線通信機器１０１を適当な間隔で配置することにより行うが、収集した情報を統計的に取り扱う本発明においては、均等な配置であるほど、また、位置推定補助無線通信機器１０１が密であるほど、推定精度が向上する。そして、変数ＮをＮ＝０とする（ステップＳ２）。Ｎは絶対位置取得可能無線通信機器１０２をアドホックネットワーク内に配置する回数であるものとする。

次のステップＳ３の条件分岐は、絶対位置取得可能無線通信機器１０２からの情報を登録する数を制限するために必要であり、Ｎの値は、この絶対位置取得可能無線通信機器１０２をアドホックネットワークに配置する度に“＋１”されるものである。パラメータＰは、Ｐ＝３以上の値が設定可能である。ステップＳ１により位置推定補助無線通信機器１０１によりアドホックネットワークが構成された状態において、次は、絶対位置取得可能無線通信機器１０２をアドホックネットワーク内の任意の位置に配置する（ステップＳ４）。

この絶対位置取得可能無線通信機器１０２はＧＰＳ、もしくは、予め管理者により与えられた位置を利用して、自身の絶対位置を入手するようになっている。自身の位置を入手した絶対位置取得可能無線通信機器１０２は、直接的に通信可能な最大範囲１０２ｃ内に存在する位置推定補助無線通信機器１０１に対して、自身のＩＤ、絶対位置、最大通信可能距離の情報を通知する。

位置推定補助無線通信機器１０１は、絶対位置取得可能無線通信機器１０２からの情報を受信すると、各自の記憶部にこれら受信した情報を格納する（ステップＳ５）。そして、Ｎの値を“＋１”した（ステップＳ７）後、予め設定された必要回数Ｐだけ、ステップＳ４〜Ｓ６で示される処理を繰り返し実施する。ステップＳ６の処理では、１度、ステップＳ５で示される処理を実施すれば、絶対位置取得可能無線通信機器１０２はアドホックネットワーク内の位置を移動させることができる。

すなわち、ステップＳ５により、位置推定補助無線通信機器１０１において、絶対位置取得可能無線通信機器１０２からの情報が記憶されれば、絶対位置取得可能無線通信機器１０２はその存在が失われても、以降の位置の推定において、あたかも絶対位置取得可能無線通信機器１０２が存在するかのように、取り扱うことができるからである。以上の処理により、アドホックネットワーク環境において位置推定が実施可能な状況となる（ステップＳ８）。

次に、位置推定対象無線通信機器１０３が位置推定を行う動作を、図５に示すフローチャートを使用して説明する。アドホックネットワークが、図４のフローチャートにおけるステップＳ８の状態（位置推定可能な状態）となっている場合に、推定対象無線通信機器１０３は、図５のステップＳ１１の条件を満足する（ＹＥＳ）。位置推定対象無線通信機器１０３が位置推定を行う場合、ステップＳ１２の判定条件で自身の要求を検知し（ＹＥＳ）、位置推定要求メッセージを、直接的に通信可能な最大範囲１０３ｃ内の位置推定補助無線通信機器１０１に対して送信する（ステップＳ１３）。

この要求メッセージを受信した位置推定補助無線通信機器１０１の各々は、当該要求メッセージに対する応答メッセージを返信する（ステップＳ１４）。この応答メッセージには、図４のステップＳ５にて記憶した絶対位置取得可能無線通信機器１０２から得た情報を含めるものとする。この時、絶対位置取得可能無線通信機器１０２から受信した情報が複数組存在する場合、その全ての情報を位置推定対象無線通信機器１０３に対して返信する。また、応答メッセージを返信する無線通信機器は、該当する位置推定補助無線通信機器１０１の全てに対して実行される。

ステップＳ１５の処理において、直接的に通信可能な最大範囲１０３ｃ内に存在する位置推定補助無線通信機器１０１から受信した全ての情報を、位置推定対象無線通信機器１０３が収集し、この収集した情報により、絶対位置取得可能無線通信機器１０２と位置推定対象無線通信機器１０３との間の距離を算出することになる（ステップＳ１５）。この算出手順の詳細は図６のフローチャートに示している。こうして算出された距離を用いて位置推定対象無線通信機器１０３の位置が推定可能される（ステップＳ１６）。

図６を参照すると、絶対位置取得可能無線通信機器１０２と位置推定対象無線通信機器１０３との間の距離（ノード間距離）を算出する動作手順が示されている。

ここで、図７を参照すると、絶対位置取得可能無線通信機器１０２と位置推定対象無線通信機器１０３との間の距離を算出（推定）するための説明図である。位置推定対象無線通信機器１０３の位置をＡとし、絶対位置取得可能無線通信機器１０２の位置をＤとし、位置Ａは無線通信機器１０３からみれば未知の地点であり、位置Ｄは絶対位置となる。この絶対位置Ｄの情報は、絶対位置取得可能無線通信機器１０２と直接的に通信可能で（円１０２ｃの内部に位置し）、かつ位置推定対象無線通信機器１０３とも直接的に通信可能な（円１０３ｃの内部に位置する）位置推定補助無線通信機器１０１により、得ることができる。すなわち、円１０２ｃと１０３ｃとが重複する部分（図７の斜線部分）に位置する位置推定補助無線通信機器１０１から、位置推定対象無線通信機器１０３は絶対位置情報Ｄを得ることができる。

図７において、推定すべき距離をｘとすると、ＡＤ間の距離がｘとなる。位置Ａを中心に、位置推定対象無線通信機器１０３の最大通信可能距離ｒを半径として描かれる円１０３ｃと、位置Ｄを中心に、図４のステップＳ６の処理にて事前に入手されている最大通信可能距離ａｒ（０＜ａ≦１）を半径として描かれる円１０２ｃとが、２点Ｂ，Ｃにて交わるとする。なお、ａ＞１の場合、すなわち、円１０２ｃが円１０３ｃより大となる場合には、以降の説明において、絶対位置取得可能無線通信機器１０２をＡとみなし、位置推定対象無線通信機器１０３をＤとみなすことで、同意となる。

図７において、角度ＢＡＤと角度ＢＤＡは未知であるために、それぞれをθ，φとする。三角形ＡＢＯと三角形ＤＢＯとにより、
ｓｉｎθ＝ａｓｉｎφ ……（１）
が成立する。次に、円１０３ｃと１０２ｃとが重複する部分（斜線部分）の面積と円１０３ｃの面積の比を求めることを考える。この面積比は、図４のステップＳ５により収集される情報から、位置推定対象無線通信機器１０３が直接的に通信可能な位置推定補助無線通信機器１０１のなかで、円１０２ｃの中心位置情報である無線通信機器１０２の絶対位置情報を記憶している位置推定補助無線通信機器１０１の数を計数することにより、当該面積比に依存した無線通信機器比率αを求めることができる。

仮に、位置推定対象無線通信機器１０３が直接的に通信可能な最大範囲（円１０３ｃ）のなかで、無限個の位置推定補助無線通信機器１０１の各々が異なる位置でアドホックネットワークを構成する無線通信機器として配置されており、かつ円１０３ｃにて示される最大通信可能距離に全く誤差がないとしたとき、円１０３ｃの内側にある位置推定対象無線通信機器１０１のなかで、円１０３ｃと１０２ｃとの重複部分に存在する無線通信機器の比率をαとすると、αの値と当該重複部分の面積の比率が完全に一致することになる。

従って、円１０３ｃと１０２ｃとの重複部分の面積比率が統計的に観測できる比率αと等しいとすると、
２πα＝２θ−ｓｉｎ（２θ）＋２ａ² φ−ａ² ｓｉｎ（２φ） ……（２）
なる関係式が導出される。但し、０＜θ≦π／２とする。（１）式とこの（２）式とを用いて、θ，φについて解くことができる。そして、図７においては、ＡＤ間の距離ｘは、θ，φを用いて、
ｘ＝ｒｃｏｓθ＋ａｒｃｏｓφ ……（３）
のように求めることができるので、ＡＤ間の距離は一意に決定されることになる。

以上の数学的手法を用いて、図３に示した位置決定部２５は、図６のフローに従ってＡＤ間の距離を導出することになる。すなわち、ＡＢ＝ｒ（既知）、ＢＤ＝ａｒ（既知）（０＜ａ≦１），角度ＢＡＤ＝θ（未知）、角度ＢＤＡ＝φ（未知）とおき（ステップＳ１５１）、（１）式を得る（ステップＳ１５２）。そして、面積比をαとおいて、（２）式を得る（ステップＳ１５３）。しかる後に、αを求めるために、円１０２ｃと円１０３ｃとが重複する部分に存在する位置推定補助無線通信機器１０１の数を計数する（ステップＳ１５４）。この計数は、図５のフローチャートのステップＳ１４の処理において、受信した応答メッセージの数をカウントすることにより、可能である。このαを（２）式に代入して、（１）式と（２）式とを用いてθ，φを求め（ステップＳ１５５）、（３）式を用いてＡＤ間の距離ｘを求めることになる（ステップＳ１５６）。

そして、図５のステップＳ１６において、位置推定対象無線通信機器１０３の位置Ａが推定される。すなわち、絶対位置取得可能無線機器１０２の絶対位置Ｄ（既知）とＡＤ間の距離ｘとを用いて、周知の三辺測量により、位置推定対象無線通信機器１０３の位置Ａが推定されるのである。

このように、本発明では、位置推定補助無線通信機器の数を計数することによって、無線通信機器間の距離を数学的に推定することができるため、位置推定対象無線通信機器１０３と、間接的にしか無線通信が可能とならない無線通信機器との間であっても、無線通信機器間距離を高精度に推定できることになる。また、位置推定補助無線通信機器１０１が絶対位置の情報を記憶しているため、位置推定時に、絶対位置取得可能無線通信機器１０２が実際には絶対位置に示される位置に存在していなくても良い。

更に、位置推定時において、情報を収集する無線通信機器は位置推定補助無線通信機器１０１のみに限定しているので、位置推定対象無線通信機器１０３がアドホックネットワークの中で増加した場合にも、位置推定対象無線通信機器１０３が自身の位置を推定する際に情報の増加を招かないため、従来の手法に比べ、推定対象となる無線通信機器１０３の負荷を抑えることができる。

本発明の他の実施例として、その基本的構成は上記の通りであるが、位置推定の方法についてさらに工夫している。本発明は直接的な通信可能な無線通信により、位置推定が可能となり、位置推定において、間接的に通信される無線通信機器の距離は推定するが、間接的に無線通信が行われる必要はない。そのため、本発明では、無線通信機器が広い領域に分散的に配置されており、それぞれの無線通信機器間でアドホック無線通信が必ずしも可能である必要はない。

すなわち、絶対位置取得可能無線通信機器は、位置推定補助無線通信機器に対して、自身の絶対位置と最大通信可能半径を送信し、位置推定補助無線通信機器は情報を受信できればよい。また、位置推定対象無線通信機器は、位置推定補助無線通信機器に対して位置推定要求の情報を送信し、位置推定補助無線通信機器はその情報に対する応答情報を返信できればよい。

従って、位置推定は必ずしもアドホック無線接続がされている必要はなく、無線ＬＡＮ以外で、例えば、アクティブ型無線ＩＣタグと対応するリーダ、あるいは、パッシブ型無線ＩＣタグと対応するエミッタを利用して、本発明が実現可能となる。

図８は本発明の他の実施例のブロック図であり、図１における絶対位置取得可能無線通信機器１０２は、ＧＰＳ１０２１とパッシブ型無線ＩＣタグ対応のエミッタ１０２２で代替され、ＧＰＳ１０２１により位置情報を取得し、自身のＩＤとその位置情報と自身の最大通信可能距離情報を載せて、パッシブ型無線ＩＣタグ対応のエミッタ１０２２により情報を送信する。

図１における位置推定補助無線通信機器１０１は、パッシブ型無線ＩＣタグ１０１１と、アクティブ型無線ＩＣタグ１０２１と、それらを制御する装置（図示せず）で代替され、パッシブ型無線ＩＣタグ１０１１が、絶対位置取得可能無線通信機器１０２より情報を受信したら、内部の記憶部に受信情報を格納する。そして、位置推定対象無線通信機器１０３は、パッシブ型無線ＩＣタグ対応のエミッタ１０３１と、アクティブ型無線ＩＣタグのリーダ１０３２で代替され、位置推定要求情報をパッシブ型無線ＩＣタグ対応のエミッタ１０３１により周りのパッシブ型無線ＩＣタグに向けて送信する。情報を受信した、位置推定補助無線通信機器１０１は、アクティブ型無線ＩＣタグ１０１２により応答情報を送信し、位置推定対象無線通信機器１０３のアクティブ型無線ＩＣタグのリーダ１０３２により応答情報が読み取られ、位置の推定が可能となる。

このように、本実施例では、直接的に通信可能な無線通信機器を利用し、位置推定を可能としているので、無線通信機器を中継とした間接的な通信を前提としたアドホックネットワーク以外においても、位置推定が可能になるという効果が得られる。従って、本構成において、位置推定手法は、無線通信機器により、必ずしもアドホックネットワークを構成する必要はなく、直接的に無線通信可能なアクティブ型無線ＩＣタグとリーダ、あるいは、パッシブ型無線ＩＣタグとエミッタで構成してもよい。

本発明の利用例として、以下のような場合が考えられる。先ず第一に、広大な敷地面積を持つテーマパークでの利用が考えられる。アドホックネットワークを構成する中継無線通信機器をテーマパーク内に均一に配置し、テーマパークの来場者にアドホックネットワークとの無線通信が可能な機器を配布し、来場者の位置を推定することが可能となる。来場者の存在位置に応じて、迷子を防止したり、最寄りのアトラクションの待ち時間を表示したり、最適な周回ルートを提示したりすることができる。

第二の利用例として、ショッピングセンターのような大型の店舗の屋内での利用が適していると考えられる。ショッピングセンター屋内の天井にアドホックネットワークを構成する中継無線通信機器を均一に配置し、買い物客の位置を推定する。買い物客の推定位置を利用して、存在位置に依存した情報を提示することにより、より効率的に買い物客に関連商品を提示することが可能となる。

第三の利用例として、工場内にアドホックネットワークを構成する中継無線通信機器を設置し、位置推定を行うことが考えられる。工場内の作業者や、積み荷を操作する作業用のリフトなどの位置を随時推定し、作業位置をトレースすることにより、各作業員の無駄を省き、より効率的に作業が行われるよう改善の活動に利用することができる。また、位置の推定対象を物品にするならば、工場の管理者が、工場内の物品の流れを管理することが可能となる。

本発明は上記の利用例のみにとどまらず、アドホックネットワークを構成する無線通信機器により、位置推定を行う全てのアプリケーションでの利用が考えられることは勿論である。また、上記実施例における動作フローは、その動作手順を予めプログラムとしてＲＯＭなどの記録媒体に格納しておき、これをコンピュータ（ＣＰＵ：制御部）により読み取らせて実行させるように構成できることは明白である。

本発明の実施例のシステム構成図である。 図１の位置推定補助無線通信機器１０１の機能ブロック図である。 図１の絶対位置取得可能無線通信機器１０２及び位置推定対象無線通信機器１０３の機能ブロック図である。 本発明の実施例における位置推定のための前処理を示すフローチャートである。 本発明の実施例における位置推定のための動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例における無線通信機器の間の距離を推定するための動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例における無線通信機器の間の距離を数学的手法により推定するための動作を説明するための図である。 本発明の他の実施例におけるシステム構成図である。 従来技術を説明するための図である。

符号の説明

１１，２１ 無線通信部
１２，２２ 制御部
１３，２３ 表示部
１４，２４ 記憶部
２５ 位置決定部
１０１ 位置推定補助無線通信機器
１０２ 絶対位置取得可能無線通信機器
１０２ｃ 絶対位置取得可能無線通信機器の最大通信可能距離を示す円
１０３ 位置推定対象無線通信機器
１０３ｃ 位置推定対象無線通信機器の最大通信可能距離を示す円

Claims (10)

1. ネットワーク内における無線通信機器の位置推定システムであって、
   位置推定対象の無線通信機器と、前記ネットワーク内の複数箇所に設置されて前記位置推定対象の無線通信機器の位置推定を補助するための複数の補助無線通信機器とを含み、
   前記補助無線通信機器の各々は、
   前記ネットワーク内の所定箇所に設けられてその絶対位置を予め取得済みの絶対位置取得無線通信機器との無線通信により、前記絶対位置情報及び前記絶対位置取得無線通信機器の最大通信可能距離情報を受信する手段と、これら受信情報を記憶する手段とを有し、
   前記位置推定対象の無線通信機器は、
   前記補助無線通信機器との無線通信により、前記補助無線通信機器に記憶されている情報を取得する手段と、前記無線通信によって前記記憶されている情報を得ることができた前記補助無線通信機器の数を計数して、この計数値と、前記絶対位置情報と、前記最大通信可能距離情報とを用いて自身の位置を推定する位置推定手段とを有することを特徴とする位置推定システム。
2. 前記位置推定手段は、前記計数値と、前記絶対位置情報と、前記最大通信可能距離情報とを用いて、前記絶対位置取得無線通信機器との間の距離を算出し、この距離に基づいて自身の位置を推定することを特徴とする請求項１記載の位置推定システム。
3. ネットワーク内における無線通信機器の位置推定方法であって、
   位置推定対象の無線通信機器の位置推定を補助するための複数の補助無線通信機器を前記ネットワーク内の複数箇所に設置するステップと、
   前記ネットワーク内の所定箇所にその絶対位置を予め取得済みの絶対位置取得無線通信機器を設けるステップと、
   前記絶対位置取得無線通信機器と無線通信をなすことにより、前記補助無線通信機器の記憶部に、前記絶対位置情報及び前記絶対位置取得無線通信機器の最大通信可能距離情報を記憶させるステップと、
   前記位置推定対象の無線通信機器において、前記補助無線通信機器と無線通信をなすことにより、前記記憶部に記憶されている情報を取得するステップと、
   前記位置推定対象の無線通信機器において、前記記憶部に記憶されている情報を得ることができた前記補助無線通信機器の数を計数して、この計数値と、前記絶対位置情報と、前記最大通信可能距離情報とを用いて自身の位置を推定する位置推定ステップとを含むことを特徴とする位置推定方法。
4. 前記位置推定ステップは、前記計数値と、前記絶対位置情報と、前記最大通信可能距離情報とを用いて、前記絶対位置取得無線通信機器との間の距離を算出し、この距離に基づいて自身の位置を推定することを特徴とする請求項３記載の位置推定方法。
5. 前記絶対位置取得無線通信機器を設けるステップは、前記絶対位置取得無線通信機器を前記ネットワーク内の複数の所定箇所に順次移動させるステップを有し、
   前記記憶させるステップは、前記絶対位置取得無線通信機器を移動させる毎に行うようにしたことを特徴とする請求項４記載の位置推定方法。
6. ネットワーク内において位置推定対象の無線通信機器の位置推定を補助するための補助無線通信機器であって、
   前記ネットワーク内の所定箇所に設けられてその絶対位置を予め取得済みの絶対位置取得無線通信機器との無線通信により、前記絶対位置情報及び前記絶対位置取得無線通信機器の最大通信可能距離情報を受信する手段と、
   これら受信情報を記憶する記憶手段と、
   前記位置推定対象の無線通信機器との無線通信により、前記記憶手段の記憶情報を送信する手段と、
   を含むことを特徴とする補助無線通信機器。
7. ネットワーク内における位置推定をなす無線通信機器であって、
   前記ネットワーク内の所定箇所に設けられてその絶対位置を予め取得済みの絶対位置取得無線通信機器との無線通信により、前記絶対位置情報及び前記絶対位置取得無線通信機器の最大通信可能距離情報を受信して、これら受信情報を記憶した複数の補助無線通信機器との無線通信により、これら記憶されている情報を取得する手段と、
   前記無線通信によって前記記憶されている情報を得ることができた前記補助無線通信機器の数を計数して、この計数値と、前記絶対位置情報と、前記最大通信可能距離情報とを用いて自身の位置を推定する位置推定手段と、
   を含むことを特徴とする無線通信機器。
8. 前記位置推定手段は、前記計数値と、前記絶対位置情報と、前記最大通信可能距離情報とを用いて、前記絶対位置取得無線通信機器との間の距離を算出し、この距離に基づいて自身の位置を推定することを特徴とする請求項７記載の無線通信機器。
9. ネットワーク内において位置推定対象の無線通信機器の位置推定を補助するための補助無線通信機器の動作をコンピュータに実行させるめのプログラムであって、
   前記ネットワーク内の所定箇所に設けられてその絶対位置を予め取得済みの絶対位置取得無線通信機器との無線通信により、前記絶対位置情報及び前記絶対位置取得無線通信機器の最大通信可能距離情報を受信する処理と、
   これら受信情報を記憶する処理と、
   前記位置推定対象の無線通信機器との無線通信により、前記記憶手段の記憶情報を送信する処理と、
   を含むことを特徴とするコンピュータ読み取り可能なプログラム。
10. ネットワーク内における位置推定をなす無線通信機器の動作をコンピュータに実行させるめのプログラムであって、
    前記ネットワーク内の所定箇所に設けられてその絶対位置を予め取得済みの絶対位置取得無線通信機器との無線通信により、前記絶対位置情報及び前記絶対位置取得無線通信機器の最大通信可能距離情報を受信して、これら受信情報を記憶した複数の補助無線通信機器との無線通信により、これら記憶されている情報を取得する処理と、
    前記無線通信によって前記記憶されている情報を得ることができた前記補助無線通信機器の数を計数する処理と、
    この計数値と、前記絶対位置情報と、前記最大通信可能距離情報とを用いて自身の位置を推定する処理と、
    を含むことを特徴とするコンピュータ読み取り可能なプログラム。

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