JP2008167440A - 無線マルチホップネットワークにおける測位方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワークシグナリングオーバーヘッド及びノード計算複雑度を増加せずに無線マルチホップネットワークにおける測位の正確度を高めることができる、移動ノードに対し測位を行う方法及び装置を提供する。
【解決手段】無線ネットワークにおいて移動ノードに対し測位を行う方法であって、参照ノードが、デグリー情報と位置情報と初期値が０であるホップ数とを含むブロードキャストパケットをブロードキャストするステップと、ブロードキャストパケットを受信した移動ノードは、ホップ数に１を加え、自身の識別番号（ＩＤ）とデグリー情報をブロードキャストパケットに挿入して、転送するステップと、測位を必要としている移動ノードは、受信したブロードキャストパケットから距離ホップ数が最少の３つの参照ノードを見出して、各距離を推算するステップと、算出した距離と参照ノードの位置情報とに基づいて、現在の位置を計算するステップとを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、無線マルチホップネットワークにおいて移動機器に対し測位を行う方法及び装置に関する。特に、どんな移動ノードであっても他のノードとの相対位置を取得することができ、システムオーバーヘッドを増加させずに絶対位置及び相対位置の測位の両方の正確度を高める、無線マルチホップネットワークにおいて移動ノードに対し絶対位置及び相対位置の測位を実現する方法及び装置に関する。

将来の無線ロカールネットワークにおいて、エネルギーを節約し伝送速度を高めるために、無線機器は、通常、マルチホップの方式で通信している。また、位置情報に基づくサービスの提供も、将来の無線ネットワークの重要な特徴の一つになる。しかしながら、移動機器ごとにＧＰＳ測位システムを装備することはコストが高い。また、ほとんどの応用においては、ＧＰＳによって提供される全球唯一の絶対位置情報の使用は必要でなく、ロカール環境に対する相対位置情報を把握すればよい。

ＧＰＳの代わりに相対位置を取得する測位方法は、位置サービスを提供するネットワーク中に既知位置の参照ノードを少なくとも３つ設置するものである。位置情報取得待ち無線ノードは、参照ノードへの距離を推算してから、測定待ちノードと参照ノードとの関係を利用することで、三角関数関係の計算により自分の位置情報を取得することができる。このようなＧＰＳに代える無線測位方法は、現在検討中のものである。

無線マルチホップネットワークにおいて採用する従来の測位方法は、下記のように２つの方法がある。

１つの方法は、距離ベクトル型マルチホップアルゴリズム（ＤＶ−ＨＯＰ）と呼ばれる。その原理は、両参照ノード間のルートホップ数及びノード間の通信距離を利用して各ホップの平均距離を取得するものである。そして、この平均距離をネットワーク全体における各ホップの平均距離とする。ホップ数をノード間の平均距離と乗算することで、目標測位ノードと参照ノードとの間の距離を取得し得る。当該方法は、均一に分布しているネットワークにおいて優れた性能を有すると考えられる。しかしながら、均一に分布していないネットワークにおいては、その性能が大きく低下する。

他の1つの方法は、密度感知のホップ数測位（ＤＨＬ：Ｄｅｎｓｉｔｙ−ａｗａｒｅ Ｈｏｐ−ｃｏｕｎｔ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）と呼ばれる。この方法は、シミュレーション結果によってノードデグリー（即ち、ノードの隣接ノード数）と各ホップ距離との関係を定義し、この関係に基づいて目標測位ノードから参照ノードまでの距離を計算するものである。当該方法は、均一及び非均一に分布しているネットワークに適し、ＤＶ−ＨＯＰ方法より性能が優れる。しかしながら、ノード間の距離を推算するに際して、測位の正確度は、ノード周囲の他のノードの疎密程度、特にそのルート両端のノード周囲のノードの疎密程度と関係があるので、その測位の正確度もあまりよくない。

上記の問題に鑑みて、上記問題による測位精度の低下問題を解消するために、無線ネットワークにおいて目標ノードに対しより精確に測位を行うことができる方法を必要とする。

本発明は、ネットワークシグナリングオーバーヘッド及びノード計算複雑度を増加せずに無線マルチホップネットワークにおける測位の正確度を高めることができる、無線マルチホップネットワークにおいて移動ノードに対し測位を行う方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面によると、無線ネットワークにおいて移動ノードに対し測位を行う方法であって、参照ノードが、前記参照ノードのデグリー情報と、位置情報と、初期値が０であるホップ数とを含むブロードキャストパケットを無線ネットワークに周期的にブロードキャストするステップと、前記ブロードキャストパケットを受信した移動ノードが受信したブロードキャストパケット中のホップ数に１を加えて、前記移動ノード自身の識別番号（ＩＤ）とデグリー情報を前記ブロードキャストパケットに挿入した後、前記ブロードキャストパケットを転送するステップと、測位を必要としている移動ノードが、受信したブロードキャストパケットから距離ホップ数が最も少ない３つの参照ノードを見出し、前記３つの参照ノードまでの距離を推算するステップと、前記測位を必要としている移動ノードは、計算した３つの参照ノードまでの距離と、前記参照ノードの位置情報とに基づいて、前記移動ノードの現在の位置を計算するステップと、を含む方法を提供する。

本発明の他の側面によると、無線ネットワークにおいて移動ノードに対し測位を行う移動機器であって、デグリー要求メッセージを生成し、他のノードからのデグリー応答メッセージからデグリー情報を取得し、自身のデグリーを設定するデグリー情報取得ユニットと、無線ネットワークから受信したブロードキャストパケットを転送し、受信した前記ブロードキャストパケット中のホップ数に１を加え、自身のデグリー情報及びＩＤを挿入して、前記ブロードキャストパケットを転送するブロードキャストパケット転送ユニットと、受信した参照ノードのデグリー情報、位置情報及びホップ数に基づいて、距離が最も近い３つの参照ノードまでの距離を計算し、算出した距離を利用して移動ノードの位置情報を確定する位置計算ユニットと、自身の位置情報及びデグリー情報を含むメッセージパケットをネットワークに周期的にブロードキャストする位置情報ブロードキャストユニットとを備える移動機器を提供する。

本発明の無線マルチホップにおいて移動ノードに対し測位を行う方法及び装置によれば、移動ノードから参照ノードまでの最短ルートのホップ数及びルート上のノードデグリーを効率よく利用しており、合理的のシグナリングオーバーヘッドを保証した上で、測位の正確度を高めるとともに、相対位置を判断する方法も提供する。

本発明の前記目的及びその他の目的、並びに利点は、以下に示す本発明の好ましい実施例の説明を、以下のような添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかとなるであろう。

以下、本発明の実施例について図面を参照して詳しく説明する。説明には、本発明に対する理解の混淆を防ぐため、本発明にとって必要でない細部及び機能を省略する。

図１は、本発明の実施例による無線ネットワーク中の移動ノードに対し測位を行う基本原理である、三角測位の模式図である。図１において、ＲＮ１，ＲＮ２及びＲＮ３は、座標が既知の参照ノードであり、本実施例では無線ネットワーク中の参照ノードである。３つの参照ノードの位置座標を、それぞれ既知の（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、及び（ｘ３，ｙ３）とする。測定待ち目標測位ノードの位置座標（ｘ，ｙ）は未知である。目標測位ノードから参照ノードＲＮ１，ＲＮ２及びＲＮ３までの距離ｄ１，ｄ２及びｄ３を求めることができると、幾何学の基本知識に基づいて、目標測位ノードの座標ｘ及びｙを、容易に計算することができる。既知の参照ノード位置及び目標測位ノードから参照ノードまでの距離に基づいて、目標測位ノードの位置ｘ及びｙを計算する数式は、下記の通りである。

未知の目標測位ノードの位置を唯一に確定するには、少なくとも３つの参照ノードが必要であり、且つこれらの３つの参照ノードが同一直線上に位置してはいけない。

本発明の前提条件において、無線ネットワーク中に少なくとも３つの参照ノードが存在し、参照ノードの位置情報（例えば、座標）が既知であり、且つ無線ネットワーク中の全体ノードの通信範囲が一致する。ネットワーク中に参照ノードが３個以上存在するとき、本発明は、目標測位ノードと最も近い、ホップ数が最も少ない参照ノードを選択して処理すればよい。

まず、無線ネットワーク中の全体ノード（参照ノードも含む）は、自身の「デグリー」情報を取得する必要がある。ここで、ノードの「デグリー」は、当該ノードの隣接ノードの数を表す。ノードデグリーを取得する過程は非常に簡単であり、例えば、ノードＡが自身の「デグリー」情報を取得しようとすれば、当該ノードＡは、外部に要求（ＲＥＱ）メッセージを送信すればよい。当該要求メッセージを受信したノードは、いずれも応答（ＲＥＰ）メッセージを返す。ノードＡが受信した応答（ＲＥＰ）メッセージの数が、ノードＡのデグリーである。無線ネットワーク中のノードが移動可能であるため、ノードデグリーを取得する過程は、周期的に行われる必要がある。

参照ノードは、ブロードキャストパケットを無線ネットワークに周期的に送信する。当該ブロードキャストパケットは、参照ノードのデグリー情報及び位置情報を含む。尚、当該ブロードキャストパケットはホップ数（ＨＯＰＣＯＵＮＴ）フィールドをさらに含み、当該フィールドの初期値が０である。当該ブロードキャストパケットを受信したノードは、すべてホップ数（ＨＯＰＣＯＵＮＴ）フィールドに１を加え、自身の識別番号（ＩＤ）及びデグリー情報を当該ブロードキャストパケットに挿入した後、当該ブロードキャストパケットを転送する。このようにして、無線ネットワーク中の各ノードは、受信したブロードキャストパケットからホップ数フィールドを抽出することで、参照ノードまでのルート情報を取得することができる。ブロードキャストパケットの情報は、ルートの総計ホップ数、ルート上のノード、及びこれらのノードのデグリーを含む。無線ネットワーク中の各通信ノードの通信範囲が一致するため、これらの情報を取得した後、移動ノードはその中から距離が最も近い３つの参照ノードを見出して、それが参照ノードまでの距離を推算することができる。

移動ノードからある参照ノードまでの総計ホップ数が２以下である場合には、下記の数式（１）を採用して当該目標測位ノードから当該参照ノードまでの距離を推算することができる。

ここで、nは総計ホップ数を表し、rはノードの通信範囲を表す。

移動ノードから参照ノードまでの総計ホップ数が２を超える場合、移動ノードから参照ノードまでのルートは、３ホップを基本単位とし、

セグメントに分けられる。

は、n/3以下の最大整数を表す。例えば、{x1,x2,…,x5,x6}のルートを{x1,x2,x3,x4}と{x5,x6}とに分け、ここで、x1は参照ノードを表し、x6は現在の移動目標測位ノードを表す。同様に、逆方向におけるルートは、{x6,x5,x4,x3}と{x2,x1}とに分けられる。そして、各３ホップのセグメントS_k={xi,…,xi+3}，

に対しては、下記の数式（２）を用いて当該セグメントの長さを計算することができる。

ここで、dr(x)はノードxのデグリーを表し、N_drはノードデグリーの正規化閾値である。

そして、下記の数式（３）を利用して、移動ノードから参照ノードまでの総計長さを計算することができる。

同様に、逆方向におけるルートについて、前記の数式及び方法を利用して総計長さD”を計算すればよい。最後、下記の数式（４）を介して参照ノードから当該移動目標測位ノードまでの距離を計算することができる。

移動目標測位ノードは、それと最も近い（ホップ数最小）３つの参照ノードまでの距離を算出した後、既知の参照ノードの位置情報に基づき、幾何三角計算原理によって自身の現在の位置を取得できる。

ある場合に、移動ノードＡは、移動ノードＢの移動ノードＡに対する相対位置を把握する必要がある。ここで、相対位置は、「相対方向」と「相対距離」の両方を含む。下記の方法を用いて相対位置を計算することができる。

移動ノードＡの現在の位置の座標を(x_c, y_c)とし、前の時点での位置を座標(x_o, y_o)とし、ノードＢの現在の位置の座標を(x, y)とする。下記の数式（５）〜（７）を利用してノードＡとノードＢとの相対方向を計算することができる。

ここで、x’とy’は、ノードＡの現在の位置(x_c, y_c)を原点とし、その移動方向をx軸とする座標系において、ノードＢのこの座標系における新規座標を表す。そして、下記の数式（８）を利用して、ノードＡからノードＢまでの相対距離を計算すすることができる。

また、下記に与える位置関係表を介してノードＢのノードＡに対する方向を判断すればよい。

上記実施例に記載の方法によれば、参照ノードまでのルートが最も短いホップ数及びルート上のノードのデグリーを利用して目標測位ノードの位置を計算する。合理的なシグナリングオーバーヘッドを保証した上で、測位の正確度を高めるとともに、相対位置を判断する方法も提供している。従来技術の方案に比べて、当該実施例の測位精度は１０％程度高めることができる。

図２（ａ）及び２（ｂ）は、移動ノードからデグリー情報を取得する一例のフローチャートを示す。図２（ａ）は、ブロードキャストパケットを送信するノードが実行する操作のフローチャートである。図２（ａ）に示すように、ステップＳ２１１において、任意ノードＸは、デグリー要求（degree-request）メッセージを周期Ｔ１で外部にブロードキャストする。ブロードキャストされるデグリー要求メッセージが受信できるノードの全体は、ブロードキャストしたノードＸにデグリー応答（degree-response）メッセージを返す。そして、ステップＳ２１２において、ノードＸは、デグリー要求メッセージを受信してデグリー応答メッセージを返した全体ノードの数ｎを統計する。当該ノード数ｎは、ノードＸのデグリーとなる。注意すべき処は、ここで、デグリー要求メッセージを受信したノードが当該メッセージを転送しないことである。その後、ステップＳ２１３において、ノードＸは受信したデグリー応答メッセージに応じて、自身のデグリーをｎとして設定する。そして、ステップＳ２１４において、周期Ｔ１の終了を待ち、ステップＳ２１１に返し、次の周期でデグリー要求メッセージを再び送信することによって、移動中に自ノードのデグリーに関するメッセージを周期的に取得する。

図２（ｂ）は、ノードＸから送信されたデグリー要求メッセージを受信したノードが実行する操作のフローチャートである。ステップＳ２２１において、ノードＸの通信範囲内にあるノードは、ノードＸからのデグリー要求メッセージを受信する。ノードＸから送信されたデグリー要求メッセージを受信したノードは、ステップＳ２２２でノードＸに１つのデグリー応答メッセージを送信して、当該ノードがノードＸの通信範囲内にあり、ノードＸの隣接ノードであることを表明する。

図３は、本発明の実施例による参照ノードの操作フローチャートである。無線ネットワーク中の参照ノードは、自身の情報を周期的に外部にブロードキャストする。まず、ステップＳ３１１において、無線ネットワーク中の測位過程において参照ノードとして機能する参照ノードは、周期Ｔ２で外部へメッセージをブロードキャストする。当該メッセージは、当該参照ノードのデグリー、ホップ数及び自身位置情報を含む。ここで、位置情報は通常、参照ノードの現在の座標系における座標である。当該座標は２次元であってもよいし、３次元であってもよい。通常、ホップ数情報の初期値は０である。その後、ステップＳ３１２において、参照ノードは当該周期の終了を待ち、自身の位置情報及びデグリー情報を他のノードに通知するために、次の周期にメッセージパケットＰを再びブロードキャストするように準備する。

図４は、実施例による無線ネットワーク中のノードが参照ノードのブロードキャストパケットを処理するフローチャートである。まず、ステップＳ４１１において、無線ネットワーク中のノードは、参照ノードＸからのブロードキャストパケットを受信する。その後、ステップＳ４１２において、前に該当する参照ノードＸからのブロードキャストパケットＱを受信したことがあるかを判断する。ステップＳ４１２での判断結果が否定、即ち前に参照ノードＸからのブロードキャストパケットＱを受信したことがないのであれば、フローは続けてステップＳ４１３を実行する。ステップＳ４１３において、ブロードキャストパケットＰを受信したノードは、ブロードキャストパケットＰに含まれるホップ数フィールド中のホップ数情報に１を加え、その中に自身のデグリー情報及び自身のＩＤを挿入する。そして、ステップＳ４１４において、ブロードキャストパケットＰを受信したノードは、ブロードキャストパケットＰに対し上記の処理を行った後、当該ブロードキャストパケットＰを転送する。その後、ステップＳ４１５において、無線ネットワーク中のノードは、当該ノードから参照ノードＸまでの最短ルートをブロードキャストパケットＰに携帯している情報から取得して、その位置を計算することに使用される。その後、参照ノードブロードキャストパケットＰを処理するプロセスは終了する。

また、ステップＳ４１２において、ブロードキャストパケットＰを受信したノードが、前に当該ブロードキャストパケットＱを受信したことがあると判断すると、フローはステップＳ４１６に移行する。ステップＳ４１６において、ブロードキャストパケットＰに含まれるホップ数情報と前のブロードキャストパケットＱのホップ数情報との大きさを比較する。Ｐのホップ数が小さいと、フローはステップＳ４１３に移行し、Ｐを最初に受信したブロードキャストパケットとして処理し、ステップＳ４１３及びその後のステップを実行する。ステップＳ４１６において、ブロードキャストパケットＰに含まれるホップ数がブロードキャストパケットＱのホップ数より大きいと判断されると、ステップＳ４１７においてブロードキャストパケットＰを廃棄する。その後、参照ノードブロードキャストパケットに対する処理を終了する。

図５は、無線ネットワーク中の移動ノードと参照ノードとの相対関係の一例を示す模式図である。図５に示すように、RN_A, RN_B, RN_C 及び RN_Dのそれぞれは、無線ネットワーク中の参照ノードである。位置推算を必要とする目標測位ノードはＥである。各ノードの通信範囲をrとする。図５から分かるように、ノードＥから各参照ノードまでのホップ数は、それぞれ5（RN_Aまで），3（RN_Bまで），2（RN_Cまで），6（RN_Dまで）である。上記の測位方法によれば、これらの４つの参照ノードから３つの目標測位ノードと最も近い参照ノードを選択する。したがって、本実施例において、目標測位ノードから各参照ノードまでのホップ数に基づいて、目標測位ノードＥが三角位置計算を行う参照ノードとして、参照ノードRN_A, RN_B, RN_Cを選択する。図５から分かるように、参照ノードRN_A, RN_B, RN_Cのデグリーのそれぞれは１，２，２となる。ノードE，F，Gのデグリーのそれぞれは２，３，３となる。当該実施例において、Ndrの値は１２を取る。

目標測位ノードＥに対し測位を行うプロセスにおいて、まずノードＥから参照ノードRN_Cまでの距離を推定するが、ホップ数が２であるので、上記の数式（１）によってD(E,RN_C)=1.5rを得られる。

ノードＥから参照ノードRN_Bまでの距離が３ホップであるので、上記の数式（２）によって、
D`(E,RN_B)=D``(E,RN_B)=r+r*dr(RN_B)/12+r*dr(E)/12=r+r*2/12+r*2/12=r*4/3
を得られる。

ノードＥから参照ノードRN_Aまでの距離が５ホップであるので、上記の数式（２）によって、
D`(E,RN_A)=r+r*dr(RN_A)/12+r*dr(F)/12+D(E,F)=r+r*1/12+r*3/12+1.5r=r*17/6、及び、
D``(E,RN_A)=r+r*dr(E)/12+r*dr(G)/12+D(G,RN_A)=r+r*2/12+r*3/12+1.5r=r*35/12を得られる。故に、
D(E, RN_A) = (D`(E,RN_A)＋D``(E,RN_A))/2=r*(17/6+35/12)/2=r*69/24
となる。

これによって、目標測位ノードから３参照ノードまでの距離を求め、目標測位ノードと参照ノードとの関係を利用し、三角関数計算によって、目標測位ノード自身の位置情報を取得し得る。

図６は、本発明の実施例による移動ノード測位を実行する無線機器のブロック図である。本発明の実施例によると、移動ノードの測位を実現するために、本発明の無線機器は、通信部６１と、ルート部６２と、データ処理部６３と、無線測位部６４とを備える。通信部６１は、信号をネットワークに送信する送信機６１１と、ネットワークから信号を受信する受信機６１２とを備える。ルート部６２は、無線ネットワークで実行すべきルートプロトコルを記憶し、ルートホップ数及びデグリー情報を無線測位部６４と交換し、更新した情報を送信機６１１に提供して送信させる。なお、受信機６１２は、ネットワークから受信した隣接ノードの測位関連情報、例えば、無線測位部６４を起動して対応の操作を実行するように、ネットワーク中の移動ノードのデグリー応答メッセージなどをルート部６２に通知し、目標測位ノードの位置情報を計算する。データ処理部６３は、プロセッサー６３１とメモリ６３２とを含む。プロセッサー６３１は、制御プログラムによって無線機器中の各部の操作を制御する。メモリ６３２は、無線機器中の各部の操作に必要なプログラムを記憶する。

無線測位部６４は、デグリー情報取得ユニット６４１と、ブロードキャストパケット転送ユニット６４２と、位置計算ユニット６４３と、位置情報ブロードキャストユニット６４４とを備える。デグリー情報取得ユニット６４１は、図２に示す処理過程に基づいてデグリー要求メッセージを生成し、ネットワーク中のノードが送信したデグリー応答メッセージからデグリー情報を取得し、自身のデグリーを設定する。また、デグリー情報取得ユニット６４１は、ネットワークから受信したデグリー要求メッセージに応じて、相応のノードにデグリー応答メッセージを送信する。

ブロードキャストパケット転送ユニット６４２は、上記の図４に示す操作を実行する。ネットワークから受信したブロードキャストパケットＰに対して、当該ブロードキャストパケットＰ中のホップ数フィールドに１を加え、自身のデグリー情報及びＩＤを挿入して、当該ブロードキャストパケットＰを転送する。なお、ブロードキャストパケット転送ユニット６４２は、ネットワーク中のノードがブロードキャストするパケットから当該ノードの最短ルートを取得することもできる。

位置計算ユニット６４３は、導出した上記の数式（１）〜（８）によって目標測位ノードから参照ノードまでの距離を計算し、図１に記載の三角測位方法に従って目標測位ノードの位置を計算することで、位置情報を提供する。位置情報ブロードキャストユニット６４４は図３に示す操作を実行し、送信機６１１によって自身の位置情報及びデグリー情報を含むメッセージパケットをネットワークに周期的にブロードキャストする。

無線ネットワークにおいて、参照ノードの位置情報ブロードキャストユニット６４４は送信機によってブロードキャストパケットをネットワークに送信する。無線機器は、受信機６１２で受信した参照ノードからブロードキャストされる位置情報に基づいて、当該情報をブロードキャストパケット転送ユニット６４２に伝送して処理させる。ブロードキャストパケット転送ユニット６４２は、処理の結果を位置計算ユニット６４３に伝送する。位置計算ユニット６４３は、ブロードキャストパケット転送ユニット６４２から伝送される情報に基づいて、上記の本発明の操作によって参照ノードまでの距離を計算し、位置情報を推算し、さらに計算する。本実施例において、参照ノードにおける位置情報ブロードキャストユニット６４４は、送信機によって必要な情報をネットワークに周期的にブロードキャストする。

注意すべき処は、無線機器においてノード測位を実行する各機能ユニットをハードウェアによって実現してもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されないものであり、ソフトウェアによってノード測位の各機能部を実現してもよく、このようにすれば、装置の更新により便利で、コストを節減させることになる。

本発明において、ノードデグリーN_drの閾値の確定は重要な要素である。閾値を高すぎに決めると、距離を実際の距離より短く推定することを招く。一方、限界値を低く決めると、距離を実際の距離より長く推定することを招く。

図７は、本発明による無線ネットワークにおいてノードデグリーの正規化閾値N_drの最適値を確定するシミュレーショングラフである。注意すべき処は、ここでの最適は、如何なる状況であっても性能が最適であることを代表してはおらず、如何なる状況であってもネットワークが良好な性能を得て、且つ大きな変動がないと指している。図７において、横軸はネットワーク中のノード数を表し、縦軸は平均距離推定誤差である。シミュレーション操作において、ノードの通信距離が１０メートルで、ネットワーク構造が４０メートル×４０メートルの格子であり、４つの参照ノードは格子の四隅に位置されている。シミュレーション結果から分かるように、Ｎｄｒの値が１４である場合、本発明のノード測位の性能は比較的安定であり、ネットワークの疎密によって大きな影響を与えることがない。したがって、最適なＮｄｒが１４であることが確定できる。本発明はこれに限られなく、Ｎｄｒは他の閾値を採用しても良い。

本発明の技術によれば、無線環境においてユーザが好む製品を探し、関連製品の方位を確定すること等に役立つ。例えば、マーケットでショッピングする場合、関連製品はそれと関する製品情報をブロードキャストすることができ、ユーザは、携帯電話、携帯情報端末（personal digital assistance）、ポケット・ピーシーなどのような移動機器を利用して関連情報を取得することができ、本発明の方法及び装置によってユーザと相応の製品との距離及び方位情報を取得することができる。

以上では、二次元空間を例として本発明の無線ネットワークにおいて移動ノードに対し測位を行う方法について説明した。本発明はこれに限られなく、その原理及び技術方案は三次元空間にも応用されることができる。

ここまで、本発明について好ましい実施例を合わせて説明した。当業者であれば本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、様々な変更、交換及び追加を行ってもよいことが理解されるはずである。そこで、本発明の範囲は前記特定の実施例に限られるものと理解してはならず、添付した請求項の範囲によって限定されるものである。

図１は、本発明に用いられる移動ノードに対し測位を行う理論基礎である、三角測位の模式図である。 図２（ａ）及び２（ｂ）は、本発明の実施例による移動ノードからデグリー情報を取得するフローチャートである。 図３は、本発明の実施例による参照ノードの操作フローチャートである。 図４は、本発明の実施例による移動ノードが参照ノードのブロードキャストパケットを処理するフローチャートである。 図５は、無線ネットワーク中の移動ノードと参照ノードとの相対関係の一例を示す模式図である。 図６は、本発明の実施例による移動ノード測位を実行する無線機器のブロック図である。 図７は、本発明による無線ネットワークにおいてノードデグリーの正規化閾値N_drの最適値を確定するシミュレーショングラフである。

符号の説明

Ｓ２１〜Ｓ２２…ステップ、Ｓ２１１〜Ｓ２２２…ステップ、Ｓ３１１〜Ｓ３１２…ステップ、Ｓ４１１〜Ｓ４１７…ステップ、６１…通信部、６２…ルート部、６３…データ処理部、６４…無線測位部、６１１…送信機、６１２…受信機、６３１…プロセッサー、６３２…メモリ、６４１…デグリー情報取得ユニット、６４２…ブロードキャストパケット転送ユニット、６４３…位置計算ユニット、６４４…位置情報ブロードキャストユニット

Claims (13)

1. 無線ネットワークにおいて移動ノードに対し測位を行う方法であって、
   参照ノードが、前記参照ノードのデグリー情報と、位置情報と、初期値が０であるホップ数とを含むブロードキャストパケットを無線ネットワークに周期的にブロードキャストするステップと、
   前記ブロードキャストパケットを受信した移動ノードが、受信したブロードキャストパケット中のホップ数に１を加えて、前記移動ノード自身の識別番号（ＩＤ）とデグリー情報を前記ブロードキャストパケットに挿入した後、前記ブロードキャストパケットを転送するステップと、
   測位を必要としている移動ノードが、受信したブロードキャストパケットから距離ホップ数が最も少ない３つの参照ノードを見出し、前記３つの参照ノードまでの距離を推算するステップと、
   前記測位を必要としている移動ノードが、計算した３つの参照ノードまでの距離と、前記参照ノードの位置情報とに基づいて、前記移動ノードの現在の位置を計算するステップとを含むことを特徴とする方法。
2. 移動ノードから参照ノードまでの総計ホップ数が２以下である場合、下記の数式を採用して前記移動ノードから前記参照ノードまでの距離を推算することを特徴とする請求項1に記載の方法：
   

   

   ここで、nが総計ホップ数を表し、rがノードの通信範囲を表す。
3. 前記移動ノードから参照ノードまでの総計ホップ数が２を超える場合、前記移動ノードから参照ノードまでのルートが、３ホップを基本単位としてセグメント化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. ３ホップ毎にセグメント化される距離のそれぞれを、下記の数式に従って計算することを特徴とする請求項３に記載の方法：
   

   

   ここで、dr(x)がノードxのデグリーを表し、N_drがノードデグリーの正規化閾値である。
5. 算出した各セグメントの距離を加算して、前記移動ノードから前記参照ノードまでのルートの総計距離を計算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記参照ノードから前記移動ノードまでのルートに基づいて、前記参照ノードから前記移動ノードまでの総計距離を計算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記移動ノードから前記参照ノードまでのルートの総計距離と前記参照ノードから前記移動ノードまでの総計距離との平均値を、前記移動ノードから前記参照ノードまでの距離として計算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 無線ネットワーク中の任意のノードが、デグリー要求メッセージを周期的に外部へブロードキャストするステップと、
   返答されたデグリー応答メッセージのノード数に応じて、自身のデグリー情報を確定するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 移動ノードが参照ノードのブロードキャストパケットを受信したとき、前に当該参照ノードのブロードキャストパケットを受信したことがあるか否かを判断し、当該参照ノードのブロードキャストパケットを受信したことがある場合、現在のブロードキャストパケットに含まれているホップ数を前に受信したブロードキャストパケットに含まれているホップ数と比較し、現在のブロードキャストパケットに含まれているホップ数が前に受信したブロードキャストパケットに含まれているホップ数より小であれば、現在受信したブロードキャストパケットを最初に受信したブロードキャストパケットとして処理し、そうでない場合、現在受信したブロードキャストパケットを廃棄するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 移動ノードＡと移動ノードＢとの相対方向を、下記の数式に従って計算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法：
    

    

    ここで、(x_c, y_c)が移動ノードＡの現在の位置の座標であり、(x_o, y_o)が移動ノードＡの前の時点での位置の座標であり、(x, y)が移動ノードＢの現在の位置の座標であり、（x’,y’）が、移動ノードＡの現在の位置(x_c, y_c)を原点とし移動ノードＡの移動方向をx軸とする座標系における移動ノードＢの新規座標であり、
    ここで、ｘ’とｙ’とのいずれも０より大きい場合には、移動ノードＢが移動ノードＡの左前方向にあり、ｘ’が０より大きく、且つｙ’が０より小さい場合には、移動ノードＢが移動ノードＡの右前方向にあり、ｘ’が０より小さく、且つｙ’が０より大きい場合には、移動ノードＢが移動ノードＡの左後方向にあり、ｘ’とｙ’とのいずれも０より小さい場合には、移動ノードＢが移動ノードＡの右後方向にある。
11. 移動ノードＡと移動ノードＢとの相対距離を、
    

    

    に従って計算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 無線ネットワークにおいて移動ノードに対し測位を行う移動機器であって、
    デグリー要求メッセージを生成し、他のノードからのデグリー応答メッセージからデグリー情報を取得し、自身のデグリーを設定するデグリー情報取得ユニットと、
    無線ネットワークから受信したブロードキャストパケットを転送し、受信した前記ブロードキャストパケット中のホップ数に１を加え、自身のデグリー情報及びＩＤを挿入して、前記ブロードキャストパケットを転送するブロードキャストパケット転送ユニットと、
    受信した参照ノードのデグリー情報、位置情報及びホップ数に基づいて、距離が最も近い３つの参照ノードまでの距離を計算し、算出した距離を利用して移動ノードの位置情報を確定する位置計算ユニットと、
    自身の位置情報及びデグリー情報を含むメッセージパケットをネットワークに周期的にブロードキャストする位置情報ブロードキャストユニットとを備えることを特徴とする移動機器。
13. 前記ブロードキャストパケット転送ユニットが、ネットワーク中のノードによってブロードキャストされるパケットから当該ノードの最短ルートを取得することを特徴とする請求項１２に記載の移動機器。

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