JP2009187554A - 検知システム拡張システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数個のセンサノード、デバイスデータベース208、検知モジュールレジストリ210、検知ニーズモニタ204及び自動コンポーザ202によって分散型検知システムを実現する。データベース208は、センサノードのうち少なくとも1個とやりとりし少なくとも1個についての物理情報を蓄える。レジストリ210には、センサノード出力からの情報取出に使用可能な諸ソフトウェアモジュールを登録する。モニタ204は、それぞれアプリケーション/ユーザ側検知ニーズを表す複数個のコンテキスト対をリスト化して保持する。コンポーザ202は、それらと連携し且つ当該検知ニーズが充足されるよう、その稼働中にソフトウェアモジュールのコンポジションを生成する。
【選択図】図2
Description
<name,location>
なる形態で、個々の検知ニーズを表す。
<name,location/time>
なる形態で、個々の検知ニーズを表す。
まず、集積性及び拡張性の高い検知システムには幾つか利点がある。例えば、後にセンサノード機能を援用できるのであれば、センサノードの当初設置個数及び機能を抑えることができる。即ち、当初のハードウェア設置費用及びソフトウェア作成費用を抑えることができる。その費用も、そのシステムが使えなくなるまでの長期間に亘りずっと、複数のアプリケーションに振り分けて償却することができる。また、センサノードを多数にしそのセンサノードに多数の検知デバイスを設けることができるのであれば、センサノードの多様性に依拠し性能を増強すること、例えばその検知精度を高めることができる。
図1に本発明の一実施形態に係る検知システム100を示す。本システム100は複数のコンピュータシステムから構成されるシステムである。その構成要素となりうるコンピュータシステムの種類には概ね制限がなく、例えばマイクロプロセッサ、メインフレームコンピュータ、DSP(Digital Signal Processor)、携帯情報処理装置、電子手帳、デバイスコントローラ、情報処理エンジン内蔵機器等、様々な性質のものを使用することができる。より具体的には、図示のシステム100は、ネットワーク102、検知モジュールレジストリ104、情報処理装置106、デバイスデータベース108、センサノード110及び112、検知デバイス114〜122、ラップトップマシン124、デスクトップマシン126、その他のデバイス128等を有するネットワーク型検知システムとして構成されている。
図2に、本発明の一実施形態における自動コンポジションサービス200の機能を示す。このサービス200は4個のサブサービス、即ち自動コンポーザ202、検知ニーズモニタ204、検知モジュールレジストリ210及びデバイスデータベース208から構成されており、当該自動コンポーザ202によってコンポジション206を生成するサービスである。コンポジション206とは、一群のセンサノードに対する一群のソフトウェアモジュールの割り振り先を示し、目的とする検知アプリケーションを実施に移す詳細プランのことである。コンポジション206は、諸センサノードに割り振る(インスタンス化する)べき一群のソフトウェアモジュール、それらのモジュールの割り振り先になる一群のセンサノードの識別子、並びに割り振られたモジュール間に確立すべき一群のインタフェースから構成されている。
これらのサブサービスのうち検知ニーズモニタ204では、アプリケーション/ユーザ側検知ニーズを表すコンテキスト対、例えば名称位置対を、リスト化して保持している。ユーザは、GUIを利用しこのサブサービスとやりとりすることによって、収集したい情報に応じた名称位置対を自ら追加及び削除することができる。アプリケーションも、そのプログラムに従いこのサブサービスを利用し名称位置対を追加及び削除することができる。従って、このサブサービスでは、次の式
A={Ai}i=1〜L
で表される情報が蓄積されることとなる。この式中、Lは名称位置対の個数、Aiは第i名称位置対を表している(以下添え字iを省くことがある;他の変数についても同様)。
次に、検知モジュールレジストリ210は、諸ソフトウェアモジュールのうちセンサ出力からの情報取出に利用できるもの全てのレジストリ情報を保持している。具体的には、各ソフトウェアモジュールの実コードと、そのモジュールの有効入出力等を表すメタデータとである。検知システムへの新規ソフトウェアモジュール追加とは、そのモジュールについてのレジストリ情報をこのサブサービスに登録することである。従って、このサブサービスでは次の式
F={Fi(x)}i=1〜M
で表される情報が蓄積されることとなる。この式中、Mはソフトウェアモジュールの個数、Fi(x)は第iソフトウェアモジュールを表している。モジュールFiの式は各センサノード乃至検知デバイスの位置xに明に依存している。
・ n=outputName(F) … ソフトウェアモジュールFから出力される名称nを返す関数;なお、1個のソフトウェアモジュールは名称nを一通りしか出力しないものとする;
・(ni,xi)i=1〜K=inputPairs(F,xout) … モジュールFから位置xoutにて出力を得るのに必要な入力を表す名称位置対(ni,xi)の集合を返す関数;
・{x〜i}i=1〜K,x〜out=filterInputLocations(F,xout,(ni,xi)i=1〜K) … 自動コンポーザ200がコンポジション206の自動生成タスクで実行する関数;入力即ちK通りの名称位置対(ni,xi)に基づき、モジュールFに入力すべきK通りの位置の集合{x〜i}i=1〜Kと、その集合{x〜i}i=1〜Kを入力したとき生じるであろう実際の出力位置x〜outとを返す。
・ isDriver(F) … ソフトウェアモジュールFがセンサドライバであるときに「真」値を返す関数;
・ inputDriverType(F) … モジュールFがセンサドライバであるときに限り適用され、そのモジュールFがやりとりできる検知デバイスの種類名称、例えば「USBウェブカム」を返す関数。
デバイスデータベース208には、その検知システムを構成する全デバイスを網羅するようセンサ位置情報及びセンサ別校正情報が格納される。センサ位置情報とはセンサノード又はその検知デバイスを特定しその物理的位置を示す情報のことであり、センサ別校正情報とはそのセンサノード又は検知デバイスに固有の情報(例えばカメラならそのレンズ歪や視角等といった情報)のことである。従って、このサブサービスでは、次の式
D={Di}i=1〜N
で表される情報が蓄積されることとなる。この式中、Nは検知デバイスの個数を、Diは第i検知デバイスを、それぞれ表している。また、このサブサービスでは次の関数を使用する:
・ deviceType(D) …検知デバイスDの種類を返す関数;
・ coverageLocation(D) … センサ覆域の位置又は範囲を返す関数;例えば、下方を撮影するため天井にカメラを取り付け、そのカメラをセンサノードに接続したとする;その場合、その検知デバイス(カメラ)の覆域は二次元平面上の方形領域、即ちその部屋の床面上でのそのカメラの視野となる;カメラ方向をより一般的に即ち三次元的に表すこともできる;その場合、センサ覆域もより一般的な表現で表される。
そして、自動コンポーザ202は自動コンポジションサービス200の中核をなすサブサービスである。コンポーザ202は、検知ニーズモニタ204上、検知モジュールレジストリ210上及びデバイスデータベース208上の状態情報を利用し、諸検知デバイスから得られる生データに基づき且つ諸検知ニーズが充足されるようにソフトウェアモジュールのコンポジション206を生成する。図7に示す例から読み取れるように、生成されるコンポジション206はフィードフォワード型位置指定有向グラフG=(V,E,loc)で表すことができる。VはこのグラフGを構成するノードv即ちソフトウェアモジュールのインスタンスの集合、Eは出力v1と入力v2を結ぶエッジe=(v1,v2)即ちモジュール間インタフェースの集合、loc(v)は集合Vに属する各グラフノードvの位置を返す関数である。コンポーザ202の稼働アルゴリズムComposeModulesFor(A)は、こうしたグラフGを構築してそのノードv全ての位置loc(v)を特定することを、目指すアルゴリズムである。このアルゴリズムでは、位置location(Ai)におけるセンサ出力に名称name(Ai)が含まれるグラフノードv(但しv∈V)が、モニタ204によって保持されているどの名称位置対Aiについても存在することとなるようグラフGを構築する。また、それを、データベース208によって保持されている情報即ち検知デバイスD={Di}i=1〜Nについての情報並びにレジストリ210によって保持されている情報即ち利用可能ソフトウェアモジュールF={Fi}i=1〜Mについての情報だけで行う。そして、諸検知デバイスの連携で形成される覆域に“抜け”があるとどれかの検知ニーズを充足できなくなる可能性がある。重要なことに、このアルゴリズムでは、現在のセンサノード配置・構成ではセンサ覆域に“抜け”が生じ検知ニーズを充足できないことを検知し、そのことをユーザ等に通知することができる。
次に、コンポジション206を生成するためのアルゴリズムを、実際のプログラムコードを模した形態で示す。このアルゴリズムComposeModulesFor(A)は、諸検知ニーズAを充足するよう諸ノードに諸ソフトウェアモジュールを割り振る関数、具体的には未完成のコンポジションGにノードを追加していきニーズAの充足に直接寄与するノードの集合Vdirectを返す次の関数によって実現される:
・ ComposeModulesFor(A) …
1.現状の未完成コンポジションGでは出力が得られない領域Rremainを
a.コンポジションG内既存ノードvのうち名称name(A)を出力するものの集合Vexist
i.Vexist:={v∈G|name(v)=name(A)}
を求め、
b.そのコンポジションGで既にカバーされている領域Rexist
c.残りの領域Rremain
i.Rremain:=location(A)−Rexist
を求めることによって求める;
2.領域Rremainが空集合ならルーチンから出て空集合を返す(Vdirect:=Φ);
3.新規追加ノードを保持するための変数Vaddedに空集合をセットする;
4.検知モジュールレジストリ210に登録されているソフトウェアモジュールFのうち名称name(A)を出力するものの集合FA
a.FA={F∈F|outputName(F)=name(A)}
を求める;
5.集合FAに属する各モジュールFについて
a.関数isDriver(F)が「真」値なら
i.モジュールFで駆動できるデバイスの集合DF
1.DF:={D∈D:inputDeviceType(F)=deviceType(D)}
を求め、
ii.類似ノードがコンポジションG上に未存在なら、ソフトウェアモジュールFについての集合DF内のデバイスD毎に新規ノードwを生成し、loc(w):=coverageLocation(D)を求め、
iii.loc(w)が領域Rremainと交差するなら
1.ノードwをコンポジションG及び集合Vaddedに追加する;
2.Rremain:=Rremain−location(w)
を実行することによって領域Rremainを更新し、
b.関数isDriver(F)が「真」値でないなら
i.モジュールFに入力すべき名称位置対の集合IF
1.IF:=inputPairs(F,Rremain)
を求め、
ii.集合IFに属する各名称位置対Iについて、コンポジションG内ノードのうちその名称位置対Iを直に充足させるものの集合VI
1.VI:=ComposeModulesFor(I)
を求め、
iii.モジュールFについて、判明した名称位置対の集合PF
iv.モジュールF(Rremain)に入力すべき位置の集合XF,領域Rout
1.XF,Rout:=filterInputLocations(F,Rremain,PF)
を求め、
v.領域Routが空集合でなければ
1.モジュールをFとし更にloc(w):=Routとして生成した新規ノードwをコンポジションGに追加し、
2.集合ノードwを集合Vaddedに追加し、
3.条件
4.Rremain:=Rremain−Rout
を求めることによって領域Rremainを更新する;
6.領域Rremainが空集合でなければステップ5を繰り返す。領域Rremainが変わらず且つ空集合でもない場合は、センサ覆域が不十分で名称name(A)及び位置location(A)に係る検知ニーズを充足できないということであるので、ルーチンを出て集合Vdirect:=Vadded∪Vexistを返す;
7.領域Rremainが空集合ならルーチンを出て集合Vdirect:=Vadded∪Vexistを返す。
・ コンポジションGでノードvに関連づけられているソフトウェアモジュールFを返す関数sensingModule(v)
・ そのノードvに関連づけられているソフトウェアモジュールから出力される名称を返す関数name(v)
・ そのノードvに関連づけられているソフトウェアモジュールについて、指定されている位置パラメタを返す関数loc(v)
を適用しつつ、コンポジションGを完成させていく。即ち、新規ソフトウェアモジュールをインスタンス化し、その位置パラメタを指定した上で、それら新規ソフトウェアモジュールの入力元及び出力先を選定、組織化していく。
図3に本発明の一実施形態に係る分散型検知システム300を示す。本システム300は2個のセンサネットワーク302及び304から構成されており、各ネットワーク302,304は複数個のセンサノード306を有している。本システム300では、各ノード306上で実行されるソフトウェアモジュール308のコンポジション206をその物理的位置に従い自動生成する。特に、本システム300は、自動コンポーザノード310複数個からなる段とセンサノード306複数個からなる段を有する二段構成のシステムであるので、個々のノード306はモート状デバイスでよく、フルフレッジなコンピュータである必要はない。
図4に、本発明の一実施形態における複数アプリケーション間ソフトウェアモジュール援用手法を示す。本手法によれば、諸センサノードを複数の検知アプリケーションで共用可能な高拡張型検知システムが得られる。
次に、あるアプリケーション向けに準備された機能を他のアプリケーションに援用するには、その検知システムにおけるデータ参照手法を共通化する必要がある。そこで、本発明の好適な実施形態では、各センサノードから出力される情報のうち物理的な位置及び時刻についての情報を利用する。これらの情報は、そのセンサノードで検知された現象を解釈しより高度な情報を取り出す際に、諸アプリケーションにて基礎情報として使用される情報である。そうしたコンテキスト情報(脈絡を示す情報)と名称とを関連づける命名システムを策定すれば、センサノードから得られるデータ及びそれから導出される情報をその名称で参照することが可能になる。例えば動画式監視追跡システムで使用されるソフトウェアモジュールのなかには、各センサノード出力から「画像」、「人物の位置」、「移動の軌跡」等といった情報を取り出すものがある。本発明を実施するに当たっては、例えば、各センサノード出力の基礎データ又は情報の種類を表す名称(事象識別子)に、時間及び空間の情報を含むコンテキスト情報によってタグ付けしておくとよい。即ち、名称時空対
<name,location/time>
を使用することで、センサノード出力中の興味ある情報を、簡便に参照することが可能になる。
<name,location>
を使用できる。
<PersonCount,Palo Alto>
で指定されるのは、パロアルト(Palo Alto)における人数計測結果を示す情報(PersonCount)である。
図5に、本発明の一実施形態における検知ニーズと、一群のカメラ(センサ)により形成される(コンポジション相当の)覆域との関係について、その一例を示す。この例では、図5A中に破線の方形枠で示した検知ニーズを4個のカメラ(視野:A〜D)で充足させようとしている。また、図5Bは、このコンポジションの一部を示したものである。この部分では、そのコンポジションを形成する各カメラの視野によって検知ニーズが充足されている。更に、図5Cは、図5A中の右下隅部分を示したものである。この部分は、現在のセンサノード配置・構成ではカバーできない部分である。
次に、その検知システム上で稼働するアプリケーションを二種類に増やす場合を例に、検知システム拡張手順の諸段階を説明する。アプリケーションとしては、単純なセキュリティアプリケーション及び個人別広告アプリケーションを想定する。それらのうちセキュリティアプリケーションは、人間の動きを検知して経時追跡し、得られた動画フィードにトラック情報でタグ付けしてローカル保存し、侵入等が発生したら警報を発するアプリケーションである。個人別広告アプリケーションは、店舗入来時のRFID(Radio Frequency IDentification)カード読取で買い物客のプロファイルを検知し、その客を複数個のカメラで追跡し、そして客がディスプレイに近づいたらその客の関心を惹くであろう広告をそのディスプレイに表示させるアプリケーションである。これから段階を追って説明する通り、本発明の好適な実施形態では、検知システムを拡張し新たなアプリケーションの検知ニーズに対応させる作業を簡便に行うことができる。
この段階では、まずセキュリティチームが小売店舗内カメラ式検知システム設置プランを作成する。このシステムは、その店舗内の動画を撮影し、店舗内を動き回る客を自動検知して追跡するシステムである。プランを作成したら、そのプランに従い例えば15個のセンサノードを設置する。また、諸ソフトウェアモジュールの割り振り及びメッセージ交換をコンポジションに基づき行えるよう、それらのセンサノードにランタイムソフトウェア環境をインストールする。更に、それらセンサノードの位置情報や校正情報を、マニュアル計測で取得してデバイスデータベースに登録する。
この段階では、まず、その小売店舗内に他に監視すべきエリアがないかどうか、セキュリティチームが検討する。上述の通り、どのソフトウェアモジュールも同じ要領で位置を表現しているので、検知対象エリアの変更(追加等)に当たっては、検知ニーズモニタにおける名称位置対の登録内容を変更するだけでよい。自動コンポーザはそれを受けてコンポジションを自動更新する。ユーザはそれ以上何も操作する必要がない。
この段階では、セキュリティチームが、センサ覆域に生じている“抜け”を補うべく新たな検知デバイスを追加する。
この段階では、自分の店舗内に設置されているカメラを市場調査に利用したい等といった店舗側の意向に応じ、またその現有能力を活用しつつ、検知システムに新規機能を追加する。例えば、その小売店舗内の特定エリアにいる客の人数を数える来客計数機能を追加する。
この段階はセンサノードの不調が検知されたときに実行される。この段階では、ノード不調の検知に応じコンポジション更新動作が起動され、利用できるデバイスのみを使用したコンポジションが生成されるので、不調が生じたノードは円滑に排除されることとなる。不調検知前のセンサ覆域に十分ゆとりがあった場合は、不調ノード排除後も、ユーザが何も操作を行うこと無しに全機能が維持されることとなる。
高拡張型検知システムを構築するには、システム設置当初の開発担当者(原開発担当者)及び既存機能の援用・拡張を担う開発担当者(拡張担当者)がどのような作業を担うか、よく決めておく必要がある。これは、原開発担当者と拡張担当者が同じ人物でないことが多いからである。以下の段落では、まず、原開発担当者及び拡張担当者の作業に対する要請事項について概略説明する。
検知システム上の機能のうち援用・拡張の対象になりうるものについては、(1)個別起動可能な複数個の小規模ソフトウェアモジュールに細分して設計する、(2)その援用ができるよう位置を一般的に表現する、という指針に従い設計すべきであるが、原開発担当者にすれば高拡張設計は優先度は低い。即ち、拡張性が望まれるにしても、そのシステムに対し求められている機能を実現することの方を最優先に考えねばならない。また、アルゴリズムを汎用化し諸モジュールに組み込む作業が加わることで、設計難度が無視できないほど増すことともなれば、高拡張設計でシステム性能や寿命が改善されるにしても、当面の作業の簡便さの方が優先されることとなる。従って、次に示す簡便化の要請を勘案すべきである:
要請1a:組み込みたい機能を個別起動可能なソフトウェアモジュールに細分する作業を極力省力化すること;
要請1b:アルゴリズムにおける位置表現に一般性を持たせる作業を極力省力化すること。
また、拡張担当者が担う既存ソフトウェアモジュール援用・拡張作業を簡便化するには、モジュール作成に当たり新たな作成要領を採用すること、即ち次に示す要請を満たすことが必要である:
要請2a:既存ソフトウェアモジュールの種類並びにその入力、出力及び制御パラメタについての規定を、極力簡便に調べられるようにすること;
要請2b:特殊な熟練無しで既存ソフトウェアモジュールを援用可能にすること;
要請2c:ソフトウェアモジュール集積作業を簡便化し入出力間整合で済むようにすること;
要請2d:既存ソフトウェアモジュールのバージョンアップ及び新規ソフトウェアモジュールの追加を全面的にサポートすること。
既存検知システムの機能拡張を担う拡張担当者には次の役割がある。第1に、そのシステムで利用できる機能を、そのシステムで取得可能な情報の種類を示す名称のリストから選択することである。第2に、その情報の取得元となる位置/領域を、名称位置対の指定によって指定することである。注目している領域がセンサ覆域内である限りこれは可能である。そして、第3に、覆域が不適切である旨の通知を前述の自動コンポジションサービスから受けたときにそれに対処することである。
要請1a … 個別起動可能な複数個のソフトウェアモジュールに機能を細分することは、拡張担当者による機能援用に必要のないソフトウェア間の関わり合い(潜在的依存性)を隠せる点で、望ましいことである。また、そのソフトウェアモジュールの潜在的依存性を最もよく知っているのはそのモジュールの原開発担当者であるので、原開発担当者がそのモジュールの入出力に関するコンテキストなメタデータを作成するようにすれば労力も抑えられる。作成されたメタデータは、自動コンポジションサービスによる検知システムへの機能集積に利用できる。原開発担当者にしてみれば、基本的には、その名称で全入出力を特定できるよう全入出力に名称を付けてソフトウェアモジュールを作成するだけでよい。拡張担当者にしてみれば、互いに分離している諸ソフトウェアモジュールのうちどのモジュールからデータが得られるのかをしかと知る必要がない。そのシステムから得られるデータの名称を知るだけでよい。集積が自動コンポジションサービスで自動実行されるので、ソフトウェアモジュール同士の秘匿されている関係を辿ることも必要ない。
本発明の好適な実施形態に係る検知システムによれば、検知ニーズモニタ、検知モジュールレジストリ及びデバイスデータベースに登録されている状態情報の変化に反応するよう自動コンポジションサービスが作成されているので、オンライン動作中にコンポジションを自動更新させることができ、従って拡張性以外に次のような効果を得ることができる。開発担当者等の更なる作業は必要ない。
Claims (4)
- 複数個のセンサノードと、
センサノードのうち少なくとも1個とやりとりし少なくとも1個についての物理的情報を蓄えるデバイスデータベースと、
センサノード出力からの情報取出に使用可能な諸ソフトウェアモジュールが登録される検知モジュールレジストリと、
それぞれアプリケーション/ユーザ側検知ニーズを表す複数個のコンテキスト対をリスト化して保持する検知ニーズモニタと、
デバイスデータベース、検知モジュールレジストリ、検知ニーズモニタ及び複数個のセンサノードと連携し、上記検知ニーズが充足されるようその稼働中にソフトウェアモジュールのコンポジションを生成する自動コンポーザと、
を備える分散型検知システム。 - 請求項1記載の分散型検知システムであって、各センサノードが、音響信号、モーション信号、振動信号、高度信号、輝度信号、接近信号、圧力信号、温度信号、輻射信号、タイミング信号、湿度信号、電磁界強度信号、高度信号、重量信号、気中浮遊微粒子信号、速度信号、方向信号及び距離信号のうち1個又は複数個を検知すべく、1個又は複数個の検知デバイスを有する分散型検知システム。
- 請求項1記載の分散型検知システムであって、現在のセンサノード配置及び構成ではセンサ覆域が不適切で上記検知ニーズが充足されないとき、自動コンポーザがその旨を通知する分散型検知システム。
- 請求項1記載の分散型検知システムであって、各コンテキスト対が、センサノード出力の基礎データ又は情報の種類名称を表す名称フィールドnameと、当該センサノード出力の由来位置又はその領域を表す位置フィールドlocationと、を含む名称位置対
<name,location>
なる形態で、個々の検知ニーズを表す分散型検知システム。
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