JP2008510171A - ネットワークにおけるノードに対し座標系及び座標を確立する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワークにおけるノードに対する座標を確定する方法を提供する。
【解決手段】ノードは、選択されていることに応じて、他のノードに対し、それらの他のノードのそれぞれの座標情報を求める要求をブロードキャストする（７２０）。ノードは、要求に対する応答に基づいて、以下のステップのうちの１つを採用する。ステップは、要求に対していずれのノードも座標で応答しない場合、それ自体を座標系の原点として確立する（７４０）。ノードは、要求に対して１つのノードが座標で応答する場合、座標系の第１の軸を確立する（７５０）。ノードは、要求に対して２つのノードが座標で応答する場合、座標系の第２の軸を確立する（７６０）。また、ノードは、要求に対して３つのノードが座標で応答する場合、確立された座標を有する選択されたノードまでの距離測定値に基づいて、そのノードの座標を確立する（７７０、７７５、７８０、７８５）。
【選択図】図７

Description

本発明の実施形態は、ネットワーク化された電子機器の分野に関する。特に、本発明の実施形態は、電子機器のネットワークにおけるノードに対し共通の座標系及び座標を確立することに関する。

電子機器のネットワークであって、共通座標系におけるそれらのそれぞれの座標が分かっている電子機器のネットワークを確立することが、ますます有用になってきている。たとえば、この電子機器のネットワークを使用して、建物内でナビゲーションを支援することができる。或る人が、建物におけるプリンタの位置を特定したいと望んでいるものとする。ユーザは、ユーザの現在位置が強調表示された建物の地図を表示するハンドヘルド機器を用いて建物内をナビゲートすることにより、プリンタの位置を特定することができる。

ナビゲーションを支援するために、電子機器のネットワークを建物全体にわたって配置することができ、各機器の座標は、機器及びバックエンドシステム又はこれらのいずれか（機器及び／又はバックエンドシステム）によって分かっている。座標を有する建物の地図が開発されており、それにより、ハンドヘルド電子機器に、そのハンドヘルド電子機器の座標が分かっている場合にその地図の一部を表示することができる。電子機器を保持している人が建物内をナビゲートする際、ハンドヘルド電子機器は、その座標を取得するために他の電子機器と通信し、それにより、その建物におけるユーザの位置が電子機器に表示される。

上記及び他の目的のために、各電子機器に対し建物におけるその座標を知ることは有用である。既知の全地球測位システム（ＧＰＳ）は、建物の内部では弱い傾向にある衛星信号を受信することに頼るため、建物の内部で使用するにはあまり適していない。したがって、建物内のさまざまな電子機器の座標を確立するために、別の手段を使用しなければならない。これら座標を確立する１つの技法は、人が機器の座標を確定するために物理的に測定を行うというものであり、その後その機器の座標は、電子機器及び／又はバックエンドサーバにプログラムされる。この技法は単調であるだけでなく、誤りが起こりやすい。さらに、電子機器の位置が変更されると、その座標を更新しなければならない。たとえば、電子機器のうちの１つは、自由に動かすことができるコンピュータシステム、プリンタ等である可能性がある。

建物における電子機器の座標を確立する他の技法は、計算集約的(computationally intensive)であるため、計算能力が限られている機器には適していない。たとえば、携帯電話等の機器は計算能力が限られているが、非常に広く普及しているためナビゲーションツールとして使用することが非常に望ましい。
米国特許第５８０４８１０号 米国特許第５１１９１０４号 英国特許出願公開第２２８５５５０号

このように、電子機器のネットワークに対して座標系を確立する技法によっては、各電子機器に対して座標を確立するために単調であり誤りが起こりやすい手作業のステップが必要である。電子機器のネットワークに対して座標系を確立するさまざまな技法の別の問題は、必要とされる強力な計算能力が、計算能力が限られた電子機器には適していないということである。

［発明の開示］
本発明の実施形態は、ネットワークにおけるノードに対し座標系及び座標を確立することに関する。本発明の一実施形態は、ノードのネットワークに対して座標系を確立する方法である。この実施形態は、座標系の原点を、第１のノードが選択されるという指示を受け取ること、及びこの第１のノードが選択されるという指示に応じて、第１のノードが座標系の原点であると自動的に確定することによって、確立することを含む。座標系に対し、第１の軸が、第２のノードが選択されるという指示を受け取ること、及びその第２のノードが選択されるという指示に応じて、第１のノードと第２のノードとの間の線に基づいて第１の軸を自動的に確定することにより、確立される。他の実施形態では、座標系は、それぞれ第２の軸及び第３の軸まで拡張される。

本発明の別の実施形態は、確立された座標系を追加のノードに伝播する方法である。本方法はまだ座標を有していない新たなノードが、その新たなノードと第１のそれぞれのノード座標を有する第１のノードとの間の第１の距離測定値に基づいて、その新たなノードに対するあり得る座標の第１の対を確定することを含む。対の座標の一方の組は座標の有効な組であり、他方は無効である。新たなノードは、その新たなノードと第２のそれぞれのノード座標を有する第２のノードとの間の第２の距離測定値に基づいて、新たなノードに対するあり得る座標の第２の対を確定する。第２の距離測定値は、第１のノードにはないノードに対する少なくとも１つの測定値を含む。たとえば、２次元座標系を使用する一実施形態では、新たなノードは２つのノードまでの距離測定値にアクセスしてもよく、少なくとも１つのノードは、あり得る座標の第１の対を確定するために使用されていない。新たなノードは、その新たなノードに対する画定された座標を、あり得る座標の第１の対及び第２の対の各々からの座標の一方の組を有効な座標として確定するとともに、画定された座標を確定された有効な座標に基づかせることによって確定する。

本発明のさらに別の実施形態は、ネットワークにおけるノードに対し座標を確定する方法である。この方法によれば、ノードは、選択されることに応じて、他のノードに対しそれらの他のノードそれぞれの座標情報を求める要求をブロードキャストする。ノードは、要求に対する応答に基づき、以下のステップのうちの１つを採用する。要求に対しいずれのノードも座標によって応答しない場合、ノードはそれ自体を座標系の原点として確立する。要求に対し１つのノードが座標によって応答する場合、ノードは、座標系の第１の軸を確立する。要求に対し２つのノードがそれぞれの座標によって応答する場合、ノードは、座標系の第２の軸を確立する。また、要求に対し３つのノードがそれぞれの座標によって応答する場合、ノードは、確立された座標を有する選択されたノードまでの距離測定値に基づき、そのノードの座標を確定する。

本発明の実施形態は、１次元座標系、２次元座標系及び３次元座標系に適している。

本明細書に組み込まれ且つその一部を形成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、その記述とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。

［発明の詳細な説明］
本発明、すなわちネットワークにおけるノードに対して座標系及び座標を確立する方法の実施形態の以下の詳細な説明において、本発明が完全に理解されるために多数の特定の詳細を示す。しかしながら、本発明の実施形態を、これらの特定の詳細なしに、又は代替の要素又は方法を使用することにより実施してもよい。場合によっては、本発明の態様を不必要に不明確にしないように、既知の方法、手続き、コンポーネント及び回路については詳細に説明していない。

表記及び命名法
以下の詳細な説明の一部を、手続き、ステップ、論理ブロック、処理、及びコンピュータメモリにおいて実行することができるデータビットに対する動作の他のシンボリック表現を用いて表す。これらの記述及び表現は、データ処理分野の熟練者（当業者）が他の当業者に彼らの作業の内容を最も有効に伝達するために使用する手段である。本明細書では一般に、手続き、コンピュータ実行ステップ、論理ブロック、プロセス等は、所望の結果に至るステップ又は命令の一貫したシーケンスであると考えられる。それらのステップは、物理量の物理的処理を必要とするものである。通常、必ずしもではないが、これらの量は、コンピュータシステムにおいて格納し、転送し、結合し、比較し、且つ他の方法で操作することができる電気信号又は磁気信号の形態をとる。主に一般的に使用されるという理由で、これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、用語、数等と呼ぶことが都合がよい場合があることが分かっている。

しかしながら、これら及び類似する用語のすべてが、適当な物理量に関連するものであり、単にこれらの量に付される都合のよいラベルである、ということが念頭におかれるべきである。以下の論考から明らかであるように、特に別途明記しない限り、本発明を通して、「確立する」又は「処理する」又は「演算する」又は「基づかせる」又は「計算する」又は「確定する」又は「選択する」又は「拒否する」又は「理解する」又は「生成する」等の用語を利用する論考は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理（電子）量によって表されるデータを操作し、コンピュータシステムメモリ若しくはレジスタ又は他のこうした情報記憶機器、伝送機器又は表示機器内の物理量として同様に表される他のデータに変換する、コンピュータシステム又は同様の電子コンピューティング機器の動作及びプロセスを指すことが理解される。

座標系の確立および伝播
図１は、さまざまなノード１２５ａ〜１２５ｊを有する例示的な環境１２０を示す。ノード１２５ａ〜１２５ｊの各々は、本発明の実施形態が展開する共通座標系においてそれ自体の座標を有する。ノード１２５ａ〜１２５ｊは、たとえばパーソナルコンピュータ、プロジェクタ等のさまざまな機器１２１に取り付けられるか又はその近くに配置される可能性のある電子コンポーネントを含む。別法として、ノード１２５を、図１に示すさまざまな機器１２１に組み込んでもよい。例示的なノード１２５を図２に示す。

本発明の一実施形態は、座標系の軸を自動的に確定するノード１２５のうちのいくつかを選択することにより、最低限のユーザ介入で、図１に示す座標系（すなわち、ｘ−ｙ座標系）を確立する。別の実施形態は、座標系を追加のノードに伝播する。図１の座標系は、ｘ軸及びｙ軸を有する。ｚ軸を追加してもよい。また、用途によっては単一軸のみがあればよい。ノード１２５は、本発明の実施形態により、各ノードに対し共通座標系及び座標を展開するために互いに通信することができる。この通信には、他のノードによる、それらのノードに対する座標系及び座標を確立するのに役立つ既知の座標及びノード間の距離測定値に対する要求が含まれる。

ノード１２５ａ〜１２５ｊを、インフラストラクチャノード及びモバイルノードとして分類してもよい。インフラストラクチャノードは、移動することはできるが、かなりの期間同じ位置に留まる傾向がある。モバイルノードは、それらの名前が示唆するように移動する傾向がある。例示的なモバイルノードは、個人情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話等である。図１において、ＰＤＡ１２２に関連するノード１２５ｊはモバイルノードである。一実施形態では、インフラストラクチャノードは、他のノードがそれらの位置を確定するのを支援し、他のインフラストラクチャノードとの通信に基づいてそれら自体でそれらの複数の座標（または１次元座標系を使用している場合は１つの座標）を取得する。一実施形態では、モバイルノードは、その位置（又は座標）をインフラストラクチャノードから取得し、他のノードがそれらの位置を確定するのに役立つことはない。インフラストラクチャノードは、移動された後の短時間、モバイルノードと分類される場合もある。

図１の例では、ＰＤＡ１２２に関連するノード１２５ｊを除くノードのすべて（１２５ａ〜１２５ｉ）は、少なくとも静止している間は、インフラストラクチャノードとして分類される。インフラストラクチャノードのうちのいくつかは固定ノード（１２５ａ〜１２５ｃ）であり、それらの主な目的は、他のノード１２５が通信するための追加のノード１２５を提供することである。固定ノード１２５ａ〜１２５ｃは、プリンタ、ＰＣ等の機器１２１に関連しないことからスタンドアロンノードである。ノードのうちのいくつか（１２５ｄ〜１２５ｉ）は、パーソナルコンピュータ、プリンタ、コピー機、プロジェクタ、センサ及びカメラ等の通常の機器１２１に関連する。図１のさまざまなノード１２５ａ〜１２５ｉは、環境監視、資産監視、ビルセキュリティ、システム制御及び屋内ナビゲーションを含む多くのアプリケーションをインプリメントしてもよい。

本発明の実施形態は、屋内ネットワークに適しているが、全地球測位システム（ＧＰＳ）は適していない。なぜなら、ＧＰＳが使用する衛星信号は屋内環境において弱くなる傾向があるためである。しかしながら、本発明は、屋内ネットワークに限定されない。本発明の実施形態は、ユーザ介入をほとんど必要とすることなく、さまざまなノードに対して座標を確定することに適している。さらに、本発明の実施形態は、単調且つ誤りの起こりやすいユーザ測定を必要としない。さらに、本発明の実施形態は、それ程高い計算能力又は複雑性を必要としない。たとえば、実施形態によっては、加算、減算、乗算及び除算の基本的な数学演算に加えて、数学的な平方根（及び平方）関数のみを使用する。このため、本発明の実施形態を、単純な数学関数しか可能でない機器においてインプリメントすることができる。さらに、機器がより複雑な数学関数を可能とする場合であっても、本発明の実施形態は、より複雑な技法に比較して、ノードの座標を確定する際の計算時間を節約する。

図２は、本発明の一実施形態による例示的なノード１２５を示す。例示的なノード１２５は、ＲＦアンテナ２０８を備える無線周波数（ＲＦ）受信機／送信機２０２と、アンテナ２０６を備える超音波受信機／送信機２０４とを有し、それらは合わせて通信ユニット２０９を形成する。一実施形態では、２つのノード間の距離を確定するために、第１のノードが、ＲＦ信号及び超音波信号を同時に送信する。第２のノードは、ＲＦ信号と超音波信号との受信の時間差に留意することにより、ノード間の距離を確定する。しかしながら、ＲＦ信号及び超音波信号が同時に送信されることは必須ではない。さらに、ノード間の距離を、任意の都合のよい方法で確定してもよく、そのため、距離測定技法は、ＲＦ信号及び／又は超音波信号を使用することに限定されない。

例示的なノード１２５はまた、バス９９に結合されるプロセッサ１０２及びコンピュータ可読メモリ１０４を備える処理ユニット２１０を有する。本発明の実施形態は、ネットワークにおけるこのノード及び他のノードの座標等、ネットワーク情報を格納する。さらに、ソフトウェア命令がコンピュータ可読媒体１０４に格納され、プロセッサ１０２で実行される時、本発明による実施形態を実施する。ノード１２５は、任意のディスプレイを有する。それを使用して、ノードの現座標のマーカを用いて建物の地図を示すことができる。ノード１２５はまた、たとえばキーパッド等の任意の入力デバイス１０８を有してもよい。ノード１２５はまた、任意に、たとえばシリアルデータインタフェース又はパラレルデータインタフェース等の通信インタフェース１１０を有してもよい。

例示的なノード１２５はまた、選択ボタン１１５を有する。それを使用して、本明細書においてより完全に説明するように、ノード１２５がネットワークに参加するように選択されたことを、ノード１２５に通知することができる。ノードを、任意の都合のよい方法で選択してもよい、ということが理解されよう。例示的なノード１２５に示すさまざまな電子コンポーネントを、図１に示す機器１２１等のさまざまな機器に取り付けてもよく又はその近くに配置してもよい。別法として、ノード１２５のさまざまな電子コンポーネントをこうした機器１２１に組み込んでもよい。

本発明の一実施形態によれば、座標系は、最低限のユーザ介入によって確立される。本実施形態では、ノードは、それ自体を座標系の原点として確立することによって、選択されることに対して応答する。そしてｘ軸は、第２のノードが選択されていることに対して応答することによって確定され、Ｘ軸は、第１のノードと第２のノードとの間の線として確立される。次に、後述するように、第３のノードが選択されていることに対して応答することによりｙ軸が確立される。本実施形態では、座標系は２次元であるが、本発明の実施形態は１次元座標系又は３次元座標系に適している。

図３Ａ〜図３Ｄは、本発明の一実施形態による、４つのノードが選択されていることに対して応答することにより、３軸を有する座標系を確立することを示す。図４は、この実施形態のステップを示すフローチャートを示す。図４のプロセス４００のステップのうちのいくつかは、プロセッサで実行される命令をコンピュータ可読媒体に格納することによって実施される。しかしながら、プロセス４００のステップのすべてがそのように実施されるとは限らない。図４のステップ４１０及び図３Ａを参照すると、ユーザ３０２は、座標系の原点とするべくノードのうちの１つ１２５ｋを選択する。ユーザ３０２は、任意の都合のよいノード１２５を自由に選択することができる。選択を、たとえばユーザ３０２がノード１２５ｋ上の選択ボタン（図２、１１５）に触れることによる等、任意の都合のよい技法によって達成してもよい。一実施形態では、選択は、ユーザにノード１２５に対し電源を供給させることによって発生する。

図４のステップ４２０を参照すると、第１のノード１２５ｋは、選択されると、他のノード１２５ｌ〜１２５ｐに対し、それらの座標で応答するように求める要求をブロードキャストする。ノード１２５ｋは他のノード１２５ｌ〜１２５ｐについて何も知らなくてもよいということが理解されよう。ノード１２５ｋは最初に選択されたノードであるため、他のノード（たとえば１２５ｌ〜１２５ｐ）のいずれもそれらの座標で応答しない。第１のノード１２５ｋは、これを、ノード１２５ｋがシステムにおいて座標を確立する第１のノードであるという指示として解釈し、したがって、ステップ４２５において、その座標を座標系の原点として確立する。このように、ユーザは、ノード１２５ｋに対し、それが座標を確立する第１のノードであり、したがって原点であると通知する必要がある。

ここで図３Ｂ及び図４のステップ４３０を参照すると、座標系のｘ軸を確立するために、ユーザ３０２は、第２のノード１２５ｌを選択する。ユーザ３０２は、任意の都合のよいノードを自由に選択することができる。第２のノード１２５ｌは、選択されると、ステップ４２０において、他のノードに対し、それらの座標で応答するように求める要求をブロードキャストする。ノード１２５ｌは選択された第２のノードであるため、第１のノード１２５ｋのみが既知の座標で応答する。所定時間後、第２のノード１２５ｌは、それが座標を確立する第２のノードであると判断する。ステップ４３５を参照すると、第２のノード１２６ｌの座標は、（Ｄ_ＫＬ，０，０）として確立される（ここで、Ｄ_ＫＬは第１のノード１２５ｋと第２のノード１２５ｌとの間の距離である）。さらに、これらの座標は、有効にｘ軸を確立する。

第１のノード１２５ｋと第２のノード１２５ｌとの間の距離は、第１のノード１２５ｋ又は第２のノード１２５ｌのいずれか又は両方によって自動的に確定される。距離を測定する技法は重要ではない。一実施形態では、ノードのうちの一方（たとえば１２５ｋ）は、ＲＦ信号及び超音波信号を送出し、他方のノード（たとえば１２５ｌ）は、それらの信号を受信し、それらの信号を受信する時間の差に基づいて距離を計算する。各ノード（たとえば１２５ｋ及び１２５ｌ）は、他方のノードまでの距離を記録する。さらに、各ノード１２５ｋ及び１２５ｌは、ノードの座標の予測される精度を記述する精度パラメータを格納する。精度パラメータの確定については、本明細書においてより詳細に後述する。

ここで図３Ｃ及び図４のステップ４４０を参照すると、座標系のｙ軸を確立するために、ユーザ３０２は第３のノード１２５ｍを選択する。ユーザは、任意の都合のよいノードを自由に選択することができる。第３のノード１２５ｍがｙ軸上に位置する必要はなく、通常、第３のノード１２５ｍは物理的にｙ軸上にはない。しかしながら、第３のノードは、第１のノード１２５ｋ及び第２のノード１２５ｌと直線を形成しないことが好ましい。第３のノード１２５ｍは、選択されると、図４のステップ４２０に示すように、他のノードに対し、それらの座標で応答するように求める要求をブロードキャストする。ノード１２５ｍが選択された第３のノードであるため、第１のノード１２５ｋ及び第２のノード１２５ｌのみがそれらの既知の座標で応答する。所定時間後、第３のノード１２５ｍは、それが座標を確立する第３のノードであると判断する。図４のステップ４４５を参照すると、第３のノード１２５ｍの座標は、第３のノード１２５ｍから第１のノード１２５ｋ及び第２のノード１２５ｌまでの距離とそれらの既知の座標とに基づいて確立される。さらに、より完全に後述するようにｙ軸が確定される。

第３のノード１２５ｍは、その座標とｙ軸とを確定するために、三角測量を使用して図３Ｃに示す値Ｘｃ及びＹｃを計算することができる。第３のノード１２５ｍは、この情報に基づいて２つのあり得る座標（Ｘｃ，＋｜Ｙｃ｜）又は（Ｘｃ，−｜Ｙｃ｜）を有する。第３のノード１２５ｍは、任意に、自身の座標をこれらの位置のうちの１つに設定する。たとえば、座標（Ｘｃ，−｜Ｙｃ｜）が任意に選択される。このように、ｙ軸及び第３のノードの座標が確立される。

図３Ｄ及び図４のステップ４５０を参照すると、ｚ軸を確立するために、ユーザ３０２により、第１のノード、第２のノード及び第３のノード（１２５ｋ、１２５ｌ、１２５ｍ）と同じ平面上にない第４のノード１２５ｎが選択される。ユーザ３０２は、最初の３つのノード１２５ｋ、１２５ｌ及び１２５ｍと同じ平面にないという条件で、任意の都合のよいノードを自由に選択することができる。第４のノード１２５ｎはｚ軸上に位置する必要はなく、通常、第４のノード１２５ｎは物理的にｚ軸上にはない。第４のノード１２５ｎは、選択されると、図４のステップ４２０に示すように、他のノードに対し、それらの座標で応答するように求める要求をブロードキャストする。ノード１２５ｎは選択された第４のノードであるため、第１のノード１２５ｋ、第２のノード１２５ｌ及び第３のノード１２５ｍのみが、それらの既知の座標で応答する。所定時間後、第４のノード１２５ｎは、それが座標を確立する第４のノードであると判断する。ステップ４５５において、第４のノード１２５ｎの座標及びｚ軸が、第４のノード１２５ｎから第１のノード、第２のノード及び第３のノード（１２５ｋ、１２５ｌ、１２５ｍ）までの距離と、それらの既知の座標とに基づいて確立される。ｚ軸を、ｙ軸を確立するために示したものに類似する既知の三角測量技法を介して確立することができる。そして、座標系を確立するプロセス４００は終了する。

別の実施形態では、座標系は１次元のみを有する。この場合、図３Ａ及び図３Ｂに示すステップ並びに図４のステップ４１０〜４３５のみが実行される。さらに別の実施形態では、座標系は２次元のみを有する。この場合、図３Ａ〜図３Ｃに示すステップ並びに図４のステップ４１０〜４４５のみが実行される。

本発明の別の実施形態によれば、事前に確立された座標系が追加のノードに伝播される。座標系を、図３Ａ〜図３Ｄ及び図４に示す実施形態のように確立してもよいが、これは必須ではない。例示の目的で、以下の実施形態は２次元座標系を有するが、この概念は１次元及び３次元に適用可能である。２次元座標系を追加のノードに伝播するために、新たなノードは、システムにおけるいずれの３つのノードが、ノードがその座標を確定するために適している可能性が高いかを判断する。１次元又は３次元の実施形態では、３つ以外のノードが選択される。

適当なノードの選択を、所与のノードの座標がどれ程正確であると確信されるかを定義する精度パラメータ及び３つのノードの幾何学的配置等の要因に基づいて行ってもよい。たとえば、３つのノードが直線を形成するには非常に近付きすぎている場合、それらのうちの１つは、他の２つと整列しないノードを優先して破棄される。

新たなノードは、３つの適当なノードを見つけると、自身と３つの選択されたノードとの間の距離と、３つの選択されたノードの座標の知識とに基づいて自身の座標を確定する。たとえば、新たなノードと２つの他のノードとの間の距離に基づいて、新たなノードはあり得る座標の対を確定する。対の一方のメンバは、測定が厳密でないため正確でないが、有効である。対の他方のメンバは、無関係の計算の解であるため無効な位置である。そして、新たなノードは、２つのノードに対する測定値に基づいてあり得る座標の少なくとももう１つの対を確定する。これらノードのうちの少なくとも１つは、最初の測定の場合のノードからではない。

図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の一実施形態によるノードのネットワークに対する座標系の伝播を示す図である。本実施形態は２次元座標系に対するものであるが、この概念を１次元座標系又は３次元座標系に適用してもよい。

ここで図５Ａを参照すると、新たなノード（図５Ａには示さず）はまず、２つの他のノード１２５ｑ及び１２５ｒまでの距離測定値に基づいて、２つのあり得る座標Ｎ１_ＱＲ及びＮ１_ＱＲを確定する。図５Ａに示すように、２つの隣接するノード１２５ｑ及び１２５ｒによって与えられる情報のみを使用すると、新たなノードは、２つのあり得る位置Ｎ１_ＱＲ及びＮ１_ＱＲにある可能性がある。新たなノードの真の位置は、あり得る位置のうちの１つに近接している。このため、これら２つのあり得る位置のうちの１つのみが有効である。位置Ｎ１_ＱＲ及びＮ１_ＱＲに対する「ｘ」座標及び「ｙ」座標を、数式１〜４の式に従って確定することができ、ここでｄ_ＱＮは新たなノードとノード１２５ｑとの間の距離であり、ｄ_ＲＮは新たなノードとノード１２５ｒとの間の距離であり、ｄ_ＱＲはノード１２５ｑとノード１２５ｒとの間の距離であり、ｋｘ＝（ｄ_ＱＲ ^２＋ｄ_ＱＮ ^２−ｄ_ＲＮ ^２）／（２×ｄ_ＱＲ）であり、ｋｙ＝（ｄ_ＱＮ ^２−ｋｘ^２）^０．５である。
数式１：Ｎ１ｘ＝Ｑｘ＋（ｋｘ×（Ｒｘ−Ｑｘ）−ｋｙ×（Ｒｙ−Ｑｙ））／ｄ_ＱＲ
数式２：Ｎ１ｙ＝Ｑｙ＋（ｋｘ×（Ｒｙ−Ｑｙ）＋ｋｙ×（Ｒｘ−Ｒｙ））／ｄ_ＱＲ
数式３：Ｎ２ｘ＝Ｑｘ＋（ｋｘ×（Ｒｘ−Ｑｘ）＋ｋｙ×（Ｒｙ−Ｑｙ））／ｄ_ＱＲ
数式４：Ｎ２ｙ＝Ｑｙ＋（ｋｘ×（Ｒｙ−Ｑｙ）−ｋｙ×（Ｒｘ−Ｒｙ））／ｄ_ＱＲ

そして、ノードは、ノードの別の組に対する測定値に基づいてあり得る座標の少なくとももう１つの対を確定し、それをあり得る座標の第１の対と比較する。座標の第１の対は、上述したようにノード１２５ｑ及び１２５ｒに対する測定値によって確定されたＮ１_ＱＲ及びＮ１_ＱＲでラベル付けされる。座標の第２の対は、数式１〜４によって示す方法に類似する方法でノード１２５ｒ及び１２５ｓに対する測定値によって確定されたＮ１_ＲＳ及びＮ２_ＲＳでラベル付けされる。第３の対は、数式１〜４によって示す方法に類似する方法でノード１２５ｑ及び１２５ｓに対する測定値によって確定されたＮ１_ＱＳ及びＮ２_ＱＳでラベル付けされる。測定が行われるノードの組が共通するノードを有する必要はないことが理解されよう。

図５Ｂ及び図５Ｃにおいて、「Ｎ２」と注釈されるあり得る座標のすべてが広く分離している。このため、これらのあり得る位置は無効であると考えられる。すべて「Ｎ１」と注釈される有効な座標は、互いに極めて近接しており、図５Ｃにおいて丸で囲まれている。あり得る位置のすべての間の距離比較を行うことにより、図５Ｃに示すように、無効な位置（Ｎ２_ＱＳ、Ｎ２_ＲＳ、Ｎ２_ＱＲ）が破棄される。図５Ｃにおいて、新たなノードの最終座標は「Ｎ」として示されており、これは３つの有効な座標（Ｎ１_ＱＳ、Ｎ１_ＲＳ、Ｎ１_ＱＲ）に基づく。新たなノードの最終座標は、一実施形態では、座標の有効な組の重心に基づく。しかしながら、最終座標を、別の方法で有効な座標に基づいて確定してもよい。

ノード間の距離データが正確であった場合、ノードの正確な座標を見つけることは比較的単純である。たとえば、正確な座標を、新たなノードとそれぞれの隣接ノードとの間の距離に等しい半径を有する３つの隣接ノードに中心を置く３つの円の間の交差点によって確定することができる。不都合なことに、距離値は完璧ではない。このため、本発明の実施形態は、ノード間の距離の測定における誤差を許容するが、ノードの実際の座標を依然として正確に確定する技法を採用する。

さらに、多くの電子機器はそれ程高い計算能力を有していない。したがって、計算能力を節約するために、本発明の実施形態は、いかなる三角関数も使用しない。平方根関数が、いくつかの実施形態によって使用される唯一の数学関数である。たとえば、上記数式１〜４は、加算、減算、乗算及び除算の数学演算とともに平方根（及び平方）関数を使用する。

本明細書で説明するさまざまなプロセスを実施するために、ノードは、システムの他のノードに関するさまざまな情報を格納する。特に、ノードは、それ自体と各隣接ノードとの間の距離を格納することができる。各隣接ノードに対し、隣接ノードの座標がどれ程正確であると考慮されるかを定義する精度パラメータが格納される。

一実施形態によれば、精度パラメータは０と７との間の整数である。「０」の精度パラメータは、隣接ノードの位置を、別のノードの初期化に役立つように使用すべきでないことを意味する。これは、モバイルノードに対して、又は自身の位置を知らないインフラストラクチャノードに対して当てはまる。「１」の精度パラメータは、ノードが座標系を画定する３つの初期ノードのうちの１つであることを意味する。それらは、最高の精度を有するものである。他のノードは、そのノードの座標を確定するために使用された任意のノードの最低の精度に対し「１」を加算することによりそれらの精度を計算する。このように、自身の座標を確定するために「１」、「１」及び「３」の精度を有するノードを使用するノードは、「４」の精度を有することになる。上限は「７」である。このように、ノードが「７」の精度を有する隣接するノードから初期化する場合、その精度は７になる。本発明は、制度パラメータを定義するこの方法を使用することに限定されない。

本発明の一実施形態によれば、新たなノードの座標を確定するために選択されるノードは以下の通りである。図６のプロセス６００のステップを、コンピュータ可読媒体に命令として格納し、プロセッサで実行してもよい。ノードは、その座標を確立する時、すでに確立された座標を有するノードのリストを、確立された座標がどれ程正確であると予測されるかを定義する精度パラメータとともに有することになる。このノードのリストは、新たなノードがその座標を確立するのに役立つ候補ノードとしての役割を果たす。ステップ６１０において、候補ノードから選択された第１の隣接ノードは、自身の座標が最高の精度を有するノードである。

次に高い精度を有する第２の選択されたノードが、ステップ６１０で選択されたノードから少なくとも所与の距離離れているという条件で、暫定的に選択される。このため、ステップ６１５において、残りのすべてのノードの中で最高の精度を有するノードが暫定的に選択される。

ステップ６２０において、第１の選択されたノードと暫定的に選択されたノードとの間の距離が検査されることにより、それが少なくとも所与の距離であるか否かが判断される。そうでない場合、ステップ６１５が繰り返されることにより、次に高い精度を有するノードが見つけられる。一実施形態では、検査される距離は所定値である。別の実施形態では、検査される距離は、システムがいかに適切に実行しているかについての分析に基づいて、システムによって学習される。一実施形態では、検査される距離は、約２ｍという所定値である。

適当な第２のノードが見つかった後、ステップ６２５においてそれは第２のノードとして維持される。

第３の選択された隣接するノードは、ステップ６１０において選択されたノードと６２５において維持されるノードとの両方から少なくとも所与の距離離れているという条件で、次に高い精度を有するノードである。さらに、３つの選択されたノードが整列し過ぎていると考えられる場合、ノードのうちの１つが破棄される。このように、ステップ６３０において、次に高い精度を有するノードが暫定的に選択される。

ステップ６３５において、暫定的に選択されたノードと第１の選択されたノード及び第２の選択されたノードの両方との間の距離が検査されることにより、それが少なくとも所与の距離であるか否かが判断される。そうでない場合、ステップ６３０を繰り返すことにより、次に高い精度を有するノードが見つけられる。

ステップ６３５における距離検査にパスした後、ステップ６４０において整列検査が行われる。一実施形態では、整列検査は、第１の選択されたノード、第２の選択されたノード及び第３の選択されたノードによって画定される三角形によって形成された３つの角度すべてが、所与の角度より大きいことを検査することによって実現される。一実施形態では、この角度は所定値である。別の実施形態では、角度はシステムによりそのシステムがいかに適切に実行しているかについての分析に基づいて学習される。一実施形態では、角度は、約２５度という所定値である。

ステップ６４０においてノードが破棄されなければならない場合、可能であれば、適当なノードが見つかるまでステップ６３０が繰り返される。適当な第３のノードが見つかると、それはステップ６４５において維持される。そして、プロセス６００は終了する。図６には示さないが、プロセス６００の確立された基準を満たす第３のノード（又は第２のノード）が見つからない可能性がある。適当な第３のノードが見つからない場合、プロセス６００は、先に選択された第２のノードを破棄し、別の第２のノードを見つけるためにステップ６１５に戻ってもよい（図６には示さない）。そして、プロセス６００は、適当な第２のノード及び第３のノードを探し続ける。適当な第２のノードが見つからない可能性もある。この場合、先に選択された第１のノードを破棄してもよく、プロセス６００は、新たな第１のノードを選択するためにステップ６１０に戻ってもよい（図６には示さず）。そして、プロセス６００は、適当な第２のノード及び第３のノードを探し続ける。先に選択されたノードを破棄する技法は、選択することができるノードがなくなるまで続けてもよく、ノードがなくなった場合、所与の検査における新たなノードの座標の確定を中止してもよい。プロセス６００は、所与の通過（pass through）プロセス６００において適当なノードが見つからない場合にこの解決の方法の場合に限定されないことが理解されよう。別法として、プロセス６００は、プロセス６００において最初に使用された１つ又は複数の規則を侵害するノードで開始してもよい。たとえば、ステップ６２０、６３５及び／又は６４０における距離検査又は角度検査を緩和してもよく、プロセス６００のさまざまなステップを繰り返してもよい。

図７は、本発明の一実施形態による、ノードのネットワークに対して座標系を伝播するプロセスのステップを示すフローチャートである。ステップ７１０において、ノードが起動される。起動の方法は重要ではない。それは、ノードにおいて電源を供給すること、選択スイッチを起動すること等であってもよい。一実施形態では、ノードはユーザの動作によって起動される。別の実施形態では、ノードは、たとえば別の機器がそのノードに対しそれが起動されたことを示す信号を送信することによって、ユーザの動作なしに起動される。

ステップ７２０において、ノードが起動されていることに応じて、そのノードは、他のノードに対し、それらの他のノードのそれぞれの座標情報を求める要求をブロードキャストする。この要求に対する応答に基づいて、ノードは、ステップ７４０〜７８５のうちの１つ又は複数を行う。

ステップ７４０において、ノードは、要求に対していずれのノードもその座標で応答しない場合、それ自体を座標系の原点として確立する。

ステップ７５０において、ノードは、要求に対して１つのノードがその座標で応答する場合、座標系の第１の軸を確立する。ステップ７５０は、そのノードと応答した他のノードとの間の距離測定値にアクセスすることを含んでもよい。

ステップ７６０において、ノードは、要求に対して２つのノードが座標で応答する場合、座標系の第２の軸を確立する。ステップ７６０は、そのノードと応答した他のノードとの間の距離測定値にアクセスすることを含んでもよい。

ステップ７７０において、ノードは、要求に対して３つのノードがそれぞれの座標で応答する場合、確立された座標を有する選択されたノードに対する距離測定値に基づいて、そのノードに対する座標を確定する。

ステップ７７０が採用される場合、ノードはいくつかの追加のステップを採用する。そうでない場合、プロセス７００は終了する。それらの追加のステップは、ステップ７７５において、ノードと確立された座標を有するノードとの間の距離に基づいてあり得る座標の対を確定することである。図５Ａ及び図５Ｂ並びに本明細書における関連する説明は、あり得る座標の対を確定する１つの技法を詳述する。

ステップ７８０において、ノードは、あり得る座標の対の各々から座標の１つの組を選択することにより有効な座標を形成する。図５Ｃ及び本明細書における関連する説明は、有効な組であるとして各対から１つの座標の組を選択する１つの技法を詳述する。

ステップ７８５において、ノードは、ノードの座標を有効な座標に基づかせる。ステップ７８５は、座標の有効な組の重心を確定することを含んでもよいが、他の技法を使用してもよい。これによりプロセス７００は終了する。

本発明を特定の実施形態において説明したが、本発明は、こうした実施形態によって限定されると解釈されるべきではなく、添付の特許請求の範囲に従って解釈されるべきであることが理解されるべきである。

本発明の実施形態が共通座標系を確立する多数のノードを含む建物を示す図である。 本発明の実施形態を実行するプラットフォームとしての役割を果たすことができる例示的なノードを示す図である。 本発明の一実施形態による、ユーザがノードを選択することにより座標系を確立することを示す図である。 本発明の一実施形態による、ユーザがノードを選択することにより座標系を確立することを示す図である。 本発明の一実施形態による、ユーザがノードを選択することにより座標系を確立することを示す図である。 本発明の一実施形態による、ユーザがノードを選択することにより座標系を確立することを示す図である。 本発明の一実施形態による、ノードのネットワークに対して座標系を確立するプロセスのステップを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による、ノードが、それ自体の２つのあり得る座標を確定することを示す図である。 本発明の一実施形態による、ノードが、あり得る座標の対のうちいずれの座標が有効であるかを確定することを示す図である。 本発明の一実施形態による、ノードが、あり得る座標の対のうちいずれの座標が有効であるかを確定することを示す図である。 本発明の一実施形態による、座標系を新たなノードに伝播するために使用するノードを選択するプロセスを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による、ノードのネットワークに対し座標系を伝播するプロセスのステップを示すフローチャートである。

符号の説明

１２０・・・環境
１２１・・・機器
１２２・・・ＰＤＡ
１２５ａ〜１２５ｊ・・・ノード
９９・・・バス
１０２・・・プロセッサ
１０４・・・メモリ
１０６・・・ディスプレイ
１０８・・・入力デバイス
１１０・・・共通インタフェース
１１５・・・選択ボタン
２０２・・・ＲＦ受信機／送信機
２０４・・・超音波受信機／送信機
２０６・・・アンテナ
２０８・・・ＲＦアンテナ
２０９・・・通信ユニット
２１０・・・処理ユニット

Claims (10)

1. ノードのネットワークに対し座標系を確立する方法であって、
   前記座標系の原点を、
   第１のノードが選択されるという指示を受け取ること（４１０、７１０）、及び
   前記第１のノードが選択されるという前記指示に応じて、該第１のノードが前記座標系の前記原点であると自動的に確定すること（４２０、７４０）
   によって、確立することと、
   前記座標系に対し、第１の軸を、
   第２のノードが選択されるという指示を受け取ること（４３０、７１０）、及び
   前記第２のノードが選択されるという前記指示に応じて、前記第１のノードと前記第２のノードとの間の線に基づいて前記第１の軸を自動的に確定すること（４２０、７５０）
   によって、確立することと
   を含む方法。
2. 前記座標系の第２の軸を、
   第３のノードが選択されるという指示を受け取ること（４４０、７１０）、及び
   前記第３のノードが選択されるという前記指示に応じて、前記第１のノード及び前記第２のノードに対する前記第３のノードの位置に基づいて前記第２の軸を自動的に確定すること（４２０、７６０）
   によって、確立すること
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のノード、前記第２のノード及び前記第３のノードが選択されるという前記指示に応じて、該第１のノード、該第２のノード及び該第３のノードが他のノードに対し、それらのそれぞれの座標で応答するように求める要求をブロードキャストすること（７２０）
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
4. 前記原点、前記第１の軸及び前記第２の軸は、あるとすれば前記要求からの応答に基づいて確定されるべきであると判断すること（７３０）
   をさらに含む請求項３に記載の方法。
5. 前記第１のノードが前記座標系の前記原点であると自動的に確定することは、
   前記第１のノードが、他のノードに対し該他のノードのそれぞれの座標で応答するように求める第１の要求をブロードキャストすること（７２０）と、
   前記第１のノードが、前記ネットワークの他のノードのいずれも前記第１の要求に応答しないと判断することに応じて、前記第１のノードがそれ自体を前記座標系の前記原点として確立すること（７３０、７４０）と
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
6. 確立された座標系を伝播する方法であって、
   新たなノードと第１のそれぞれのノード座標を有する第１のノードとの間の第１の距離測定値に基づいて、前記新たなノードに対するあり得る座標の第１の対を確定すること（７７５）と、
   前記新たなノードと第２のそれぞれのノード座標を有する第２のノードとの間の第２の距離測定値に基づいて、前記新たなノードに対するあり得る座標の第２の対を確定することであって、前記第２の距離測定値は、前記第１のノードにはないノードに対する少なくとも１つの測定値を含む、確定すること（７７５）と、
   あり得る座標の前記第１の対及び前記第２の対の各々からの座標の一方の組を有効な座標として確定し、画定された座標を該確定された有効な座標に基づかせることによって、前記新たなノードに対する前記画定された座標を確定すること（７８０、７８５）と
   を含む方法。
7. 前記確立された座標系は２次元を有し、
   前記新たなノードに対するあり得る座標の前記第１の対を確定することは、
   前記第１のノードにおける２つのノードまでの距離測定値に基づきあり得る座標の前記第１の対を確定すること（７７０）
   を含む
   請求項６に記載の方法。
8. 前記確立された座標系は３次元を有し、
   前記新たなノードに対するあり得る座標の前記第１の対を確定することは、
   前記第１のノードにおける３つのノードまでの距離測定値に基づきあり得る座標の前記第１の対を確定すること（７７０）
   を含む
   請求項６に記載の方法。
9. 前記確立された座標がどれ程正確であると予測されるかに基づき、確立された座標を有するノードのグループから前記第１のノード及び前記第２のノードを選択すること（６１０、６１５）
   をさらに含む請求項６に記載の方法。
10. 前記第１のノード及び前記第２のノードを選択することは、該第１のノードにおけるノード間の距離にさらに基づく（６２０、６３５）
    請求項９に記載の方法。

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