JP2012208109A - Three-dimensional positioning system, node, host, and operation method thereof - Google Patents
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本発明は、測位システムに関する。特に、本発明は、3次元(3D)測位システム、特に、超音波の到着時間または到着時間差に基づいて距離を測定する3D測位システムに関する。 The present invention relates to a positioning system. In particular, the present invention relates to a three-dimensional (3D) positioning system, and more particularly to a 3D positioning system that measures distance based on the arrival time or arrival time difference of ultrasonic waves.
高精度位置決め情報は、現代の生活において非常に重要になっており、例えば人の測位や在庫管理など、多くの機会に適用されている。これらの用途は、位置決め情報の正確さに関する要求が高く、通常、許容度が1メートル未満である。いくつかの用途では、許容度がセンチ程度になることを要求するものもある。 High-precision positioning information has become very important in modern life, and has been applied to many occasions such as human positioning and inventory management. These applications have high demands on the accuracy of the positioning information and typically have a tolerance of less than 1 meter. Some applications require tolerances on the order of centimeters.
精度の高さに加え、測位システムのスケーラビリティもますます重要になっている。例えば、最初の動作中、システムは、通常、例えばいくつかの元のノードや位置などのパラメータに関して手動で設定することを必要とする。しかし、スケーラビリティは、手動の介入なしに、自動構成の自動プロセスを要求し、これを採用する。システムの動作中、測位すべきノードの位置の変化は自動的に検出されなければならず、システムは自動的に較正されなければならない。さらに、システムのマルチオブジェクトの測位も、スケーラビリティの重要な側面である。 In addition to high accuracy, the scalability of positioning systems is becoming increasingly important. For example, during initial operation, the system typically requires manual setting for parameters such as some original nodes and locations. However, scalability requires and adopts an automatic process of automatic configuration without manual intervention. During system operation, changes in the position of the node to be positioned must be automatically detected and the system must be automatically calibrated. In addition, multi-object positioning in the system is an important aspect of scalability.
超音波ベースの測位システムは、ある範囲において比較的高い測位精度を提供することができ、それぞれ超音波の到着時間に基づく距離測定、および超音波の到着時間差に基づく距離測定の2つの主な技術がある。 Ultrasound-based positioning systems can provide relatively high positioning accuracy in a certain range, each of which has two main technologies: distance measurement based on ultrasonic arrival time and distance measurement based on ultrasonic arrival time difference There is.
関連の調査の業績がいくつかある。 There are several related research achievements.
相対測位システムの構造およびその方法を非特許文献1(Hans Gellersen他「協調型相対測位(Cooperative
Relative Positioning)」(IEEE、パーベイシブコンピューティング(Pervasive Computing)2010年10月〜12月))に具体的に示す。
Non-Patent Document 1 (Hans Gellersen et al. “Cooperative relative positioning (Cooperative
Relative Positioning ”(IEEE, Pervasive Computing, October-December 2010)).
特許文献1(米国特許出願公開第US2008/0309556A1号)は、ネットワークノード間の距離情報を測定することによって相対座標を使用して、対象物の3D位置情報を算出するシステムを記載する。 Patent document 1 (US Patent Application Publication No. US 2008/0309556 A1) describes a system for calculating 3D position information of an object using relative coordinates by measuring distance information between network nodes.
特許文献2(PCT国際特許出願公開第WO2007/110626A2号)は、可動構成要素と固定構成要素との間で、超音波レンジングおよび三角法に基づき、超音波トランスデューサを担持している可動構成要素の位置を算出する技術を提供する。 Patent Document 2 (PCT International Patent Application Publication No. WO2007 / 110626A2) describes a movable component carrying an ultrasonic transducer based on ultrasonic ranging and trigonometry between a movable component and a fixed component. A technique for calculating the position is provided.
非特許文献2(Hubert Piontek他「超音波ベースの定位システムの精度の向上(Improving the Accuracy of Ultrasound-Based Localisation System)」(パーソナルおよびユビキタスコンピューティング(Personal
and Ubiquitous Computing)、2007))で超音波ベースの屋内測位システムの改良されたソリューションを提供しており、主に距離測定の精度および位置情報の更新周波数の向上に焦点を絞る。
Non-Patent Document 2 (Hubert Piontek et al. “Improving the Accuracy of Ultrasound-Based Localization System”) (Personal and Ubiquitous Computing (Personal
and Ubiquitous Computing), 2007)) provide improved solutions for ultrasound-based indoor positioning systems, focusing mainly on improving distance measurement accuracy and location information update frequency.
上述した関連技術のほとんどは、スケーラビリティにおいて不十分であるか、システム性能、例えば精度または測位速度の低下を犠牲にすることによってスケーラビリティをサポートしなければならない。さらに、現在の技術は、マルチオブジェクトの測位を十分サポートすることができない。マルチオブジェクト測位システムで高精度3D位置情報をできるだけ短い待ち時間で得ることも課題である。従来のシステムは、スケーラビリティおよび適応性を欠き、待ち時間の長さおよび精度の低さを呈して、複数の可動対象物の測位を十分サポートすることができない。 Most of the related techniques described above are insufficient in scalability or must support scalability by sacrificing reduced system performance, eg, accuracy or positioning speed. In addition, current technology cannot adequately support multi-object positioning. It is also a problem to obtain highly accurate 3D position information with as short a waiting time as possible in a multi-object positioning system. Conventional systems lack scalability and adaptability, exhibit long latency and low accuracy, and cannot adequately support positioning of multiple moving objects.
従来技術における上記の欠点を鑑み、本発明は、複数のノードおよび1つのホストを備える3次元(3D)測位システムを提供する。ノードは、ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信し、ノードがビーコンモードである場合、ホストに提供すべき測定距離として、超音波レンジング技術に従って、ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定するように構成される。ホストは、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、ビーコンモードのノードによって報告される距離とビーコンモードのノードの位置に基づいて、オブジェクトモードのノードの位置を算出する。ノードは、その運動状態に従ってオブジェクトモードとビーコンモードとの間で自動的に切り替わる。本発明による3D測位システムは、システムの物理的なトポロジ構造の変化に従って自動的に調整することができ、短い待ち時間および高精度でマルチオブジェクトの測位をサポートすることができる。 In view of the above disadvantages in the prior art, the present invention provides a three-dimensional (3D) positioning system comprising a plurality of nodes and a host. The node transmits the ultrasonic wave according to the ultrasonic ranging technology when the node is in the object mode, and the node and the current measurement according to the ultrasonic ranging technology as the measurement distance to be provided to the host when the node is in the beacon mode. It is configured to measure the distance to the object node to be. When the number of beacon mode nodes is equal to or greater than a predetermined number, the host calculates the object mode node position based on the distance reported by the beacon mode node and the beacon mode node position. The node automatically switches between object mode and beacon mode according to its motion state. The 3D positioning system according to the present invention can automatically adjust according to changes in the physical topology structure of the system and can support multi-object positioning with low latency and high accuracy.
本発明の第1の態様によれば、3次元測位システムで使用されるように構成されたノードが提供され、ノードは、測定距離をホストに報告するためにホストと通信するように構成された通信ユニットと、ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成され、ノードがビーコンモードである場合、超音波レンジング技術に従って、ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を、通信ユニットに提供すべき測定距離として測定するように構成された超音波レンジングユニットと、ノードの運動状態に基づいて、ノードが現在オブジェクトモードであるかビーコンモードであるかを決定するように構成されたモード切替ユニットとを備える。 According to a first aspect of the present invention, a node configured to be used in a three-dimensional positioning system is provided, the node configured to communicate with a host to report a measurement distance to the host. When the communication unit and the node are in the object mode, the communication unit is configured to transmit an ultrasonic wave according to the ultrasonic ranging technique. When the node is in the beacon mode, the node and the object node to be currently measured according to the ultrasonic ranging technique And whether the node is currently in object mode or beacon mode, based on the ultrasonic ranging unit configured to measure the distance between And a mode switching unit configured to determine.
好ましい態様では、通信ユニットは、ノードの現在のモードをホストに報告するようにも構成される。また、好ましい態様では、通信ユニットは、ノードがオブジェクトモードである場合、ホストによって送信される時分割多重化(TDM)の方法で決定された送信シグナリングを受信するように構成され、超音波レンジングユニットは、送信シグナリングに基づいてノードに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成される。 In a preferred aspect, the communication unit is also configured to report the current mode of the node to the host. Also, in a preferred aspect, the communication unit is configured to receive transmission signaling determined by a time division multiplexing (TDM) method transmitted by the host when the node is in object mode, and the ultrasonic ranging unit Is configured to transmit ultrasound according to ultrasound ranging techniques in operational time slots assigned to the node based on transmission signaling.
好ましい態様では、モード切替ユニットは、ノードが可動状態にあるとき、ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、モード切替ユニットは、ノードが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、ノードがビーコンモードであると決定するように構成される。 In a preferred embodiment, the mode switching unit is configured to determine that the node is in object mode when the node is in a movable state, and the mode switching unit is when the node is in a stationary state and its position is known. , Configured to determine that the node is in beacon mode.
好ましい態様では、モード切替ユニットは、ノードが可動状態にあるとき、ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、モード切替ユニットは、ノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、ノードがビーコンモードであると決定するように構成される。 In a preferred aspect, the mode switching unit is configured to determine that the node is in the object mode when the node is in a movable state, and the mode switching unit is configured such that the node is stationary for a mode switching time threshold or more. When the location is known, the node is configured to determine that it is in beacon mode.
好ましい態様では、モード切替ユニットは、運動検出サブユニットを備える。 In a preferred embodiment, the mode switching unit includes a motion detection subunit.
好ましい態様では、運動検出サブユニットは、運動センサまたは慣性センサである。 In a preferred embodiment, the motion detection subunit is a motion sensor or an inertial sensor.
好ましい態様では、ノードの位置が既知であると決定するために、ノードの位置がノードとホストとの間の通信によって通知される。またはビーコンモードのノードによって送信された、ノードからビーコンモードのノードまでの距離を含む情報通信を受信するノードは、ノードの位置が既知であることを示す。 In a preferred aspect, the node location is communicated by communication between the node and the host to determine that the node location is known. Alternatively, the node that receives the information communication including the distance from the node to the beacon mode node transmitted by the beacon mode node indicates that the position of the node is known.
本発明の第2の態様によれば、スケーラブルな3次元(3D)測位システムで使用されるように構成されたノードを動作させる方法が提供され、この方法は、ノードの運動状態に基づいてノードの現在のモードを決定するモード決定ステップと、ノードの決定されたモードがオブジェクトモードであるかビーコンモードであるかを判定するモード判定ステップと、ノードの決定されたモードがオブジェクトモードであると判定した場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信し、超音波の送信を完了した後、モード決定ステップに戻る超音波送信ステップと、ノードの決定されたモードがビーコンモードであると判定した場合、測定距離として、超音波レンジング技術に従って、ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定する超音波レンジングステップと、測定距離をホストに報告し、距離の報告を完了した後、モード決定ステップに戻る距離報告ステップとを含む。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of operating a node configured for use in a scalable three-dimensional (3D) positioning system, the method based on the motion state of the node. A mode determining step for determining the current mode of the node, a mode determining step for determining whether the determined mode of the node is the object mode or the beacon mode, and determining that the determined mode of the node is the object mode If the ultrasonic transmission step returns to the mode determination step after transmitting ultrasonic waves according to the ultrasonic ranging technology, and the determined mode of the node is determined to be beacon mode, As the measurement distance, according to ultrasonic ranging technology, between the node and the object node to be measured at present An ultrasonic ranging step of measuring the release, after reporting the measured distance to the host, and completed the distance reporting, and a distance report steps back to the mode decision step.
好ましい態様では、この方法は、ノードの現在のモードを報告するステップをさらに含む。 In a preferred aspect, the method further comprises reporting the current mode of the node.
好ましい態様では、この方法は、ホストによって送信される時分割多重化(TDM)の方法で決定された送信シグナリングを受信するステップであって、このステップにおいて、送信シグナリングが、対応する動作タイムスロットがノードに割り当てられることを示すために構成されており、超音波送信ステップで、超音波は、受信された送信シグナリングに基づいてノードに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って送信される。 In a preferred aspect, the method comprises receiving transmission signaling determined by a time division multiplexing (TDM) method transmitted by a host, wherein the transmission signaling includes a corresponding operational time slot. Configured to indicate that it is assigned to a node, and in the ultrasound transmission step, the ultrasound is transmitted according to an ultrasound ranging technique in an operational time slot assigned to the node based on received transmission signaling .
好ましい態様では、モード決定ステップでノードが可動状態にあるとき、ノードがオブジェクトモードであると決定され、モード決定ステップでノードが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、ノードがビーコンモードであると決定される。 In a preferred embodiment, when the node is in the movable state in the mode determination step, the node is determined to be in the object mode, and in the mode determination step, the node is in the stationary state and when the position is known, Determined to be.
好ましい態様では、モード決定ステップでノードが可動状態にあるとき、ノードがオブジェクトモードであると決定され、モード決定ステップでノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、ノードがビーコンモードであると決定される。 In a preferred mode, when the node is in a movable state in the mode determination step, the node is determined to be in an object mode, and in the mode determination step, the node is in a stationary state for a mode switching time threshold or more and its position is known , It is determined that the node is in beacon mode.
好ましい態様では、ノードの位置が既知であると決定するために、ノードの位置がノードとホストとの間の通信によって通知される。またはビーコンモードのノードによって送信された、ノードからビーコンモードのノードまでの距離を含む情報通信を受信するノードは、ノードの位置が既知であることを示す。 In a preferred aspect, the node location is communicated by communication between the node and the host to determine that the node location is known. Alternatively, the node that receives the information communication including the distance from the node to the beacon mode node transmitted by the beacon mode node indicates that the position of the node is known.
本発明の第3の態様によれば、スケーラブルな3次元(3D)測位システムで使用されるように構成されたホストが提供され、ホストは、ノードと通信して、現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信するように構成された通信ユニットと(この距離は、超音波レンジング技術に従って、ビーコンモードのノードによって測定される)、通信ユニットによって受信された報告に基づいてビーコンモードのノードの数を決定し、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定するように構成されたノード数決定ユニットと、ノード数決定ユニットが、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であると決定した場合、ビーコンモードのノードによって報告される距離、およびビーコンモードのノードの位置に基づいて、オブジェクトモードのノードの位置を算出するように構成された位置算出ユニットとを備え、ビーコンモードのノードの数が所定の数未満であるとノード数決定ユニットが決定した場合、位置算出ユニットが、オブジェクトモードのノードの位置を算出するのではなく、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つように構成される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a host configured to be used in a scalable three-dimensional (3D) positioning system, wherein the host communicates with a node to determine the current object mode to be measured. A communication unit configured to receive a distance between the node and the beacon mode node reported by the beacon mode node (this distance is measured by the beacon mode node according to an ultrasonic ranging technique) A node number determination unit configured to determine the number of beacon mode nodes based on reports received by the communication unit and to determine whether the number of beacon mode nodes is greater than or equal to a predetermined number; When the node number determination unit determines that the number of beacon mode nodes is equal to or greater than a predetermined number, A position calculation unit configured to calculate the position of the node in the object mode based on the distance reported by the node in the node mode and the position of the node in the beacon mode, and the number of nodes in the beacon mode is predetermined. When the node number determination unit determines that the number is less than the number of nodes, the position calculation unit does not calculate the position of the node in the object mode, but waits for the additional node in the object mode to switch from the object mode to the beacon mode. Configured as follows.
また、好ましい態様では、通信ユニットは、ノードによって報告された、ノードの現在のモードを受信するように構成される。 Also in a preferred aspect, the communication unit is configured to receive the current mode of the node as reported by the node.
好ましい態様では、ホストは、オブジェクトノード調整ユニットをさらに備える。また、ノード数決定ユニットは、オブジェクトモードのノードの数を決定するように構成される。オブジェクトノード調整ユニットは、時分割多重化(TDM)の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するためのオブジェクトモードのノードがたった1つ存在するように、オブジェクトモードのノードの数に基づいて、オブジェクトモードのノードの動作タイムスロットを調整するように構成され、対応する動作タイムスロットがオブジェクトモードの対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成するように構成される。また、通信ユニットは、オブジェクトノード調整ユニットによって生成された送信シグナリングを送信するように構成される。 In a preferred aspect, the host further comprises an object node coordination unit. The node number determination unit is configured to determine the number of nodes in the object mode. The object node coordination unit is based on the number of object mode nodes so that there is only one object mode node for transmitting ultrasound in each operation time slot in a time division multiplexing (TDM) manner. Configured to adjust the operation time slot of the node in the object mode and configured to generate transmission signaling to indicate that the corresponding operation time slot is assigned to the corresponding node in the object mode. The communication unit is also configured to transmit transmission signaling generated by the object node coordination unit.
好ましい態様では、3次元座標のある1つの次元が一定の座標を有する状況では、所定の数は3であり、3次元座標の状況では、所定の数は4である。 In a preferred embodiment, the predetermined number is 3 in the situation where one dimension of the three-dimensional coordinates has a constant coordinate, and the predetermined number is 4 in the situation of the three-dimensional coordinates.
好ましい態様では、ビーコンモードのノードは、ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わるように構成され、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードのノードが可動状態から静止状態に移行し、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるように構成される。 In a preferred embodiment, the beacon mode node is configured to switch from the beacon mode to the object mode when the beacon mode node transitions from the stationary state to the movable state, and the object mode node is configured so that the object mode node is movable. When the position is known and the position is known, the object mode is switched to the beacon mode.
好ましい態様では、ビーコンモードのノードは、ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わるように構成され、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードのノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるように構成される。 In a preferred embodiment, the beacon mode node is configured to switch from the beacon mode to the object mode when the beacon mode node transitions from a stationary state to a movable state, and the object mode node is mode switched by the object mode node. It is configured to switch from the object mode to the beacon mode when it is stationary for a time threshold or more and its position is known.
好ましい態様では、ビーコンモードのノードの位置は、ノードがビーコンモードに切り替わる前にオブジェクトモードであったときに、ホストによって最後に取得された位置である。 In a preferred aspect, the position of a node in beacon mode is the position last acquired by the host when the node was in object mode before switching to beacon mode.
本発明の第4の態様によれば、スケーラブルな3次元(3D)測位システムで使用されるように構成されたホストを動作させる方法が提供され、この方法は、現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信する報告受信ステップと(この距離は、超音波レンジング技術に従って、ビーコンモードのノードによって測定される)、受信された報告に基づいてビーコンモードのノードの数を決定する第1のノード数決定ステップと、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定する判定ステップと、ビーコンモードのノードの数が所定の数未満である場合、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ待機ステップと、ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、報告受信ステップで受信された距離、およびビーコンモードのノードの位置に基づいて、オブジェクトモードのノードの位置を算出する測位ステップとを含む。 According to a fourth aspect of the invention, there is provided a method of operating a host configured for use in a scalable three-dimensional (3D) positioning system, the method comprising: an object mode node to be currently measured; And a report receiving step for receiving a distance between the beacon mode node and the beacon mode node (this distance is measured by the beacon mode node according to an ultrasonic ranging technique) A first node number determining step for determining the number of beacon mode nodes based on the report; a determination step for determining whether the number of beacon mode nodes is equal to or greater than a predetermined number; and the number of beacon mode nodes If the number is less than the predetermined number, additional nodes in object mode Waiting to switch to and the position of the object mode node based on the distance received in the report receiving step and the position of the beacon mode node if the number of beacon mode nodes is greater than or equal to a predetermined number And a positioning step for calculating.
また好ましい態様では、報告受信ステップにおいて、ノードによって報告されたノードの現在のモードも受信される。 In a preferred embodiment, the current mode of the node reported by the node is also received in the report receiving step.
好ましい態様では、この方法は、受信された報告に基づいてオブジェクトモードのノードの数を決定する第2のノード数決定ステップと、時分割多重化(TDM)の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するためのオブジェクトモードのノードがたった1つ存在するように、オブジェクトモードのノードの数に基づいて、オブジェクトモードのノードの動作タイムスロットを調整し、対応する動作タイムスロットがオブジェクトモードの対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成する調整ステップと、調整ステップで生成された送信シグナリングを送信するシグナリング送信ステップとをさらに含む。 In a preferred aspect, the method comprises a second node number determination step that determines the number of nodes in object mode based on the received reports, and a time division multiplexing (TDM) method, wherein the method is super The operation time slot of the object mode node is adjusted based on the number of object mode nodes so that there is only one object mode node for transmitting sound waves, and the corresponding operation time slot is set to the object mode node. The method further includes an adjusting step for generating transmission signaling for indicating that it is assigned to a corresponding node, and a signaling transmission step for transmitting the transmission signaling generated in the adjusting step.
好ましい態様では、3次元座標のある1つの次元が一定の座標を有する状況では、所定の数は3であり、3次元座標の状況では、所定の数は4である。 In a preferred embodiment, the predetermined number is 3 in the situation where one dimension of the three-dimensional coordinates has a constant coordinate, and the predetermined number is 4 in the situation of the three-dimensional coordinates.
好ましい態様では、ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードのノードは、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わり、オブジェクトモードのノードが可動状態から静止状態に移行し、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わる。 In a preferred embodiment, when the beacon mode node transitions from the stationary state to the movable state, the beacon mode node switches from the beacon mode to the object mode, the object mode node transitions from the movable state to the stationary state, and the position is When known, the node in object mode switches from object mode to beacon mode.
好ましい態様では、ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードのノードは、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わり、オブジェクトモードのノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わる。 In a preferred aspect, when a beacon mode node transitions from a stationary state to a movable state, the beacon mode node switches from the beacon mode to the object mode, and the object mode node is in a stationary state for a mode switching time threshold or more. When the position is known, the node in the object mode switches from the object mode to the beacon mode.
好ましい態様では、ビーコンモードのノードの位置は、ノードがビーコンモードに切り替わる前にオブジェクトモードであったときに、ホストによって最後に取得された位置である。 In a preferred aspect, the position of a node in beacon mode is the position last acquired by the host when the node was in object mode before switching to beacon mode.
本発明の第5の態様によれば、スケーラブルな3次元(3D)測位システムが提供され、本発明の第1の態様によるノードと、本発明の第3の態様によるホストとを備える。 According to a fifth aspect of the present invention, a scalable three-dimensional (3D) positioning system is provided, comprising a node according to the first aspect of the present invention and a host according to the third aspect of the present invention.
本発明による超音波ベースの3次元(3D)測位システムは、スケーラビリティを可能にするために、システムの物理的なトポロジ構造の変化に従って自動的に調整することができる。さらに、超音波ベースの3次元(3D)測位システムは、短い待ち時間および高精度でマルチオブジェクトの測位をサポートすることができる。
An ultrasound-based three-dimensional (3D) positioning system according to the present invention can be automatically adjusted according to changes in the physical topology structure of the system to allow for scalability. Furthermore, ultrasound-based three-dimensional (3D) positioning systems can support multi-object positioning with low latency and high accuracy.
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点は、図面と関連した本発明の実施形態の以下の説明から、より明らかになる。 The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments of the present invention taken in conjunction with the drawings.
図面全体にわたって、同一または類似の構造またはステップは、同一または類似の参照番号によって識別される。 Throughout the drawings, identical or similar structures or steps are identified by identical or similar reference numerals.
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の理解を不明瞭にしないために、本発明にとって重要でない詳細および機能は省略する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In order not to obscure an understanding of the present invention, details and functions that are not important to the present invention are omitted.
図1は、本発明による3次元(3D)測位ステム100の全体的なブロック図である。
FIG. 1 is an overall block diagram of a three-dimensional (3D)
図1に示すように、本発明による3D測位システム100は、ホスト110、および複数のノード1201〜120N(一般にノード120と呼ばれる)を備える。各ノード120i(1≦i≦N)には、ビーコンモードおよびオブジェクトモードの2つのモードがある。ビーコンモードのノードは、ビーコンノード(図1の黒円として示す)と呼ばれ、オブジェクトモードのノードは、オブジェクトノード(図1の白円として示す)と呼ばれる。各ノード120iは、ホスト110と通信する。ノード120とホスト110との間の通信は、無線とすることができる。各ノード120iは、現在どのモードであるかをそれ自体で決定し、モード間をそれ自体で切り替え、ホスト110との通信によって、現在のモードをホスト110に報告することができる。モードの報告は明示的とすることができ、この場合、例えば、各ノード120iがホスト110に報告する。モードの報告は暗黙的であってもよく、この場合、例えば、ビーコンノードのみが所定の時間間隔でホスト110に報告し、一方、オブジェクトノードは、現在のモードを報告しない。別の例として、以下に詳細に記載するように、暗黙的な報告を距離報告と結合することもできる。オブジェクトノードでなく、ビーコンノードのみが測定距離をホスト110に報告するので、ホスト110がノードによって報告される距離を受信すると、このノードはビーコンノードであると決定することができる。ビーコンノードは、超音波レンジング技術に従って、ビーコンノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定し、ホスト110との通信によって、測定距離をホスト110に報告する。超音波レンジング技術は、超音波の到着時間に基づくレンジング技術、または超音波の到着時間差に基づくレンジング技術とすることができる。オブジェクトノードは、ビーコンノードの測定についての超音波レンジング技術の要件に従って超音波を送信する。任意選択で、オブジェクトノードは、ホスト110との通信によって決定される動作タイムスロットに従って順次超音波を送信することができる。同時に、ホスト110は、オブジェクトノードの合計数を決定し、時分割多重化(TDM)の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するオブジェクトノードがたった1つ存在するように、ノード120との通信によってオブジェクトノードの動作タイムスロットを調整する。TDMの利点は、超音波チャネルがTDMによって共有されるように、複数のオブジェクトノードが同じ超音波チャネルを使用することである。そうでなければ、TDMが使用されない場合、複数のオブジェクトノードが同じ超音波チャネルで同時に超音波を送信することがあり、それによってシステム効率の低下を引き起こす。ホスト110は、オブジェクトノードを位置決めするために、オブジェクトノードの位置を算出する。この算出はビーコンノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離(即ち超音波レンジング技術に従って測定され、ビーコンノードによって報告される距離)、およびビーコンノードの位置に基づいて行われる。超音波レンジング技術によれば、ホスト110が2次元の座標を決定するには、少なくとも3つのビーコンノードの位置が必要であり、ホスト110が3次元座標を決定するには、少なくとも4つのビーコンノードの位置が必要である。本発明の平面の用途(2次元であるか1次元が一定の3次元)では、ホスト110は、ビーコンノードの数が3未満であると決定すると、さらなるビーコンノードからの報告を待つ、すなわち、いくつかのノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ。ホスト110は、ビーコンノードの数が3以上であると決定すると、オブジェクトノードの位置を算出する。本発明のステレオ(3次元の)用途では、ホスト110は、ビーコンノードの数が4未満であると決定すると、さらなるビーコンノードからの報告を待つ、すなわち、いくつかのノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ。ホスト110は、ビーコンノードの数が4以上であると決定すると、オブジェクトノードの位置を算出する。
As shown in FIG. 1, a
さらに、ある条件下で、ビーコンノードとしてのみ使用されるノードがいくつかある場合があり、こうしたノードはビーコンモードのみを有し、常にビーコンモードである。ビーコンノードとしてのみ使用されるこうしたノードは、「純粋な」ビーコンノードと呼ばれる。純粋なビーコンノードが存在する状況下で、純粋なビーコンノードとホスト110との間の通信は、有線または無線を介することができる。
Further, under certain conditions, there may be some nodes that are only used as beacon nodes, such nodes have only beacon mode and are always beacon mode. Such nodes that are only used as beacon nodes are called “pure” beacon nodes. In the presence of a pure beacon node, communication between the pure beacon node and the
ビーコンノードの位置を決定する際、ホスト110は、まず、システム座標を確立すること、必要な所定の数の最初のビーコンノードの位置を決定することなどを含む初期化プロセスを実行する。所定の数は、2次元の場合、3であり、3次元の場合、4である。最初のビーコンノードの位置を決定する際、相対位置方法を使用することができる。まず、ノード120がすべてビーコンモードに切り替わる。次いで、ホスト110の調整中、オブジェクトモードで動作し、各時点において超音波信号を送信するノード120iがたった1つ存在し、他のノードのそれぞれはノード120iからその距離を算出する。各ノードがオブジェクトノードとして使用された後、システムの2つの任意のノードの間の距離を得ることができる。任意に選択された座標系に対するすべてのノードの相対位置は、過剰決定された方程式を解くための任意の方法によって得ることができる。あるいは、最初のビーコンノードの位置を決定する際、絶対位置方法を使用することができる。まず、ノード120がすべてビーコンモードに切り替わる。ユーザは、オブジェクトモードで動作するノード120iを選択し、位置が既知である4つのポイントにノードを順次配置する。4つのポイントの各々に対して、ビーコンノードのそれぞれは、既知のポイント(ノード120i)からのその距離を算出する。4つのポイントのすべてに対する算出が完了したあと、ホスト110は、過剰決定された方程式を解くための任意の方法によって、ユーザによって示される座標系におけるすべてのノードの絶対位置を算出することができる。
In determining the location of the beacon node, the
初期化プロセス後の動作状態において、初期化プロセスのものと同じ方法によってビーコンノードの位置を算出することは不要である。ビーコンノードの位置は、ノードがビーコンモードに移る前に、ホスト110によって最後に得られたオブジェクトモードであるときの(相関または絶対)位置とすることができる。
In the operating state after the initialization process, it is not necessary to calculate the position of the beacon node by the same method as in the initialization process. The position of the beacon node may be the position (correlated or absolute) when it is in the object mode last obtained by the
説明の便宜上、本発明によるノード120iの構造は、ノード120iが2つのモードを有することを例にとることによって、下記のように説明される。純粋なビーコンノードは、常にビーコンモードであるノード120iの具体例として解釈することができる。 For convenience of explanation, the structure of the node 120 i according to the present invention, the node 120 i is by taking an example that has two modes, is described as follows. A pure beacon node can be interpreted as an example of node 120 i that is always in beacon mode.
図2は、本発明による3次元(3D)測位システム100で使用されるように構成されたノード120iの概略構造ブロック図である。図3Aおよび図3Bは、本発明による3次元(3D)測位システム100で使用されるように構成されたノード120iの状態切替図である。
FIG. 2 is a schematic structural block diagram of a node 120 i configured for use in a three-dimensional (3D)
図2に示すように、ノード120iは、通信ユニット121、超音波レンジングユニット122、およびモード切替装置123を備える。
As shown in FIG. 2, the node 120 i includes a
通信ユニット121は、ホスト110と通信し、モード切替ユニット123によって決定されたノード120iの現在のモードをホスト110に(明示的にまたは暗黙的に)報告する。さらに、ノード120iがオブジェクトモードであるとき、通信ユニット121は、TDMの方法で決定され、ホスト110によって送信された送信シグナリングを受信するようにも構成される。
The
ノード120iがオブジェクトモードであるとき、超音波レンジングユニット122は、超音波レンジング技術に従って超音波を送信する。さらに、ノード120iがオブジェクトモードであるとき、通信ユニット121は、ホスト110によって送信された送信シグナリングを受信する場合、超音波レンジングユニット122は、送信シグナリングに従ってノード120iに割り当てられる動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信する。
When the node 120 i is in the object mode, the ultrasonic ranging
ノード120iがビーコンモードであるとき、超音波レンジングユニット122は、測定距離として、超音波レンジング技術に従って、ノード120iと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定する。測定距離は通信ユニット121に提供され、通信ユニット121は次いで、その測定距離をホスト110に報告する。
[0055] モード切替ユニット123は、ノード120iの運動状態に基づいて、ノード120iの現在のモードを決定するように構成される。ノード120iが可動状態にあるとき、モード切替ユニット123は、ノード120iがオブジェクトモードである(図3Aおよび図3Bの切替矢印310によって示される)と決定する。ノード120iが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、モード切替ユニット123は、ノード120iがビーコンモードである(図3Aの切替矢印320によって示される)と決定する。任意選択で、ノード120iのモード間の頻繁な切替を回避するために、モード切替時間の閾値を設定することができる。ノード120iがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、モード切替ユニット123は、ノード120iがビーコンモードである(図3Bの切替矢印330によって示される)と決定する。ノード120iの運動状態を決定するために、モード切替ユニット123は、運動センサまたは慣性センサによって実施することができる運動検出サブユニット1231を備え得る。ノード120iの位置が既知であると決定するために、ノード120iの位置を、ホスト110とノード120iとの間の通信によって通知することができる。あるいは、ノード120iの位置が既知であると決定するために、ノード120iは、ノード120iと別のビーコンノードとの間の距離を含み、前記別のビーコンノードによってホスト110に送信される(すなわちシステムにおけるブロードキャスト)情報通信(情報パケット、データパケット、信号など)を受信することができる。
When the node 120 i is in the beacon mode, the ultrasonic ranging
[0055]
図4Aは、本発明による3次元(3D)測位システム100で使用されるように構成されたノード120iの動作フローチャート例である。
FIG. 4A is an example operational flowchart of a node 120 i configured for use in a three-dimensional (3D)
図4Aに示すように、ステップS410で、モード切替ユニット123は、ノード120iの現在のモードを決定する。
As shown in FIG. 4A, in step S410, the
ステップS420で、通信ユニット121は、ホスト110と通信して、モード切替ユニット123によって決定されたノード120iの現在のモードをホスト110に(明示的にまたは暗黙的に)報告する。
In step S420, the
ステップS430で、モード切替ユニット123によって決定されたノード120iの現在のモードがビーコンモードであるかオブジェクトモードであるかが決定される。
In step S430, it is determined whether the current mode of the node 120 i determined by the
モード切替ユニット123によって決定されたノード120iの現在のモードがオブジェクトモードである場合、ステップS440で、超音波レンジングユニット122は、超音波レンジング技術に従って超音波を送信する。超音波の送信の後、フローは、ステップS410に戻る。
If the current mode of the node 120 i determined by the
モード切替ユニット123によって決定されたノード120iの現在のモードがビーコンモードである場合、ステップS450で、超音波レンジングユニット122は、超音波レンジング技術に従って、ノード120iと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を測定距離として測定する。ステップS460で、超音波レンジングユニット122は、測定距離を通信ユニット121に提供し、通信ユニット121はその距離をホスト110に報告する。距離の報告の後、フローはステップS410に戻る。
If the current mode of the node 120 i determined by the
図4Bは、本発明による3次元(3D)測位システム100で使用されるように構成されたノード120iの別の動作フローチャート例である。図4Bは、TDM操作の方法を導入するという点で、図4Aと異なる。説明を簡単にするために、図4Aのものと類似している図4Bのステップは、同一の参照符号によって識別され、その詳細な説明は省略する。
FIG. 4B is another example operational flowchart of node 120 i configured for use in a three-dimensional (3D)
ステップS470で、通信ユニット121は、TDMの方法で決定され、ホスト110によって送信された送信シグナリングを受信する。
In step S470, the
ステップS440’で、超音波レンジングユニット122は、ノード120iに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信する。
In step S440 ′, the ultrasonic ranging
さらに、図4Aおよび図4Bが明示的な報告に関して示されている点に留意されたい。暗黙的な報告が使用される場合、ステップS420を、ステップS430の左の分岐(ビーコン分岐)に配置することができる。あるいは、ステップS430を省略することができる。 Furthermore, it should be noted that FIGS. 4A and 4B are shown for explicit reporting. If implicit reporting is used, step S420 can be placed in the left branch (beacon branch) of step S430. Alternatively, step S430 can be omitted.
図5は、本発明による3次元(3D)測位ステム100で使用されるように構成されたホスト110の概略構造ブロック図である。
FIG. 5 is a schematic structural block diagram of a
図5に示すように、ホスト110は、通信ユニット111と、ノード数決定ユニット112と、位置算出ユニット113とを備える。さらに、TDMの方法を使用した技術的なソリューションでは、ホスト110は、オブジェクトノード調整ユニット114(図の点線によって示される)をさらに備える。
As shown in FIG. 5, the
通信ユニット111は、ノードと通信して、ノードによって(明示的にまたは暗黙的に)報告されたノードの現在のモード、およびビーコンノードと現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を受信し、この距離は、超音波レンジング技術に従って測定され、ノードによって報告される。
The
ノード数決定ユニット112は、通信ユニット111によって受信されたモード報告に基づいてビーコンノードの数を決定し、ビーコンノードの数が必要な所定の数以上であるかどうかを判定する。2次元の場合、所定の数は3であり、3次元の場合、所定の数は4である。
The node
ビーコンノードの数が必要な所定の数以上であるとノード数決定ユニット112が判定すると、位置算出ユニット113は、オブジェクトノードを位置決めするために、オブジェクトノードの位置を算出する。この算出は、ビーコンノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離(即ち超音波レンジング技術に従って測定され、ビーコンノードによって報告される距離)、およびビーコンノードの位置に基づいて行われる。
When the node
ビーコンノードの数が必要な所定の数未満であるとノード数決定ユニット112が判定すると、位置算出ユニット113は、オブジェクトノードの位置を算出しない。ノード数決定ユニット112は、さらなるビーコンノードからの報告を待つ。すなわち、ノード数決定ユニット112は、いくつかのノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ。
If the node
TDMを使用した技術的なソリューションでは、ノード数決定ユニット112は、オブジェクトノードの合計数をさらに決定する。オブジェクトノード調整ユニット114は、TDMの方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するビーコンモードがたった1つ存在するように、オブジェクトノードの合計数に基づいて、オブジェクトノードの動作タイムスロットを調整し、オブジェクトノード調整ユニット114は、対応する動作タイムスロットが対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成する。通信ユニット111は、ノードと通信して、オブジェクトノード調整ユニット114によって生成された送信シグナリングを送信する。
In a technical solution using TDM, the node
さらに、通信ユニット111は、ビーコンモードと通信して、位置算出ユニット113によって算出されたオブジェクトノードの位置を送信することもできる。
Furthermore, the
図6Aは、本発明による3次元(3D)測位システム100で使用されるように構成されたホスト110の動作フローチャート例である。
FIG. 6A is an example operational flowchart of a
図6Aに示すように、ステップS600で、ホスト110は、システム座標を確立すること、必要な所定の数の最初のビーコンノードの位置を決定することなどを含む初期化プロセスを実行する。所定の数は、2次元の場合、3であり、3次元の場合、4である。
As shown in FIG. 6A, at step S600, the
ステップS610〜S650は、初期化プロセス後の動作状態を示す。 Steps S610 to S650 show the operating state after the initialization process.
ステップS610で、通信ユニット111は、ノードと通信して、ノードによって(明示的にまたは暗黙的に)報告されたノードの現在のモードを受信する。
In step S610, the
ステップS620において、ノード数決定ユニット112は、受信されたモード報告に基づいてビーコンノードの数を決定する。
In step S620, the node
ステップS630において、ノード数決定ユニット112によって決定されたビーコンノードの数が必要な所定の数以上であるかどうかがを判定する。
In step S630, it is determined whether or not the number of beacon nodes determined by the node
ノード数決定ユニット112によって決定されたビーコンノードの数が必要な所定の数(ステップS630では「N」)未満であると判定された場合、フローは、初期化ステップS600に戻り、初期化プロセスを再度実行するように、いくつかのノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ。
If it is determined that the number of beacon nodes determined by the node
ノード数決定ユニット112によって決定されたビーコンノードの数が必要な所定の数(ステップS630では「Y」)以上であると判定された場合、ステップS640で、通信ユニット111は、ノードと通信して、ビーコンノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離であって、超音波レンジング技術に従って測定され、ビーコンノードによって報告される距離を受信する。ステップS650で、位置算出ユニット113は、ビーコンノードの位置、および通信ユニット111によって受信された距離に基づいて、オブジェクトノードを位置決めするために、オブジェクトノードの位置を算出する。
If it is determined that the number of beacon nodes determined by the node
図6Bは、本発明による3次元(3D)測位システム100で使用されるように構成されたホスト110の別の動作フローチャート例である。図6Bは、TDM操作の方法を導入するという点で、図6Aと異なる。説明を簡単にするために、図6Aのステップと類似している図6Bのステップは、同一の参照符号によって識別され、その詳細な説明は省略する。
FIG. 6B is another example operational flowchart of the
ステップS631で、ノード数決定ユニット112は、オブジェクトノードの合計数を決定する。
In step S631, the node
ステップS632で、オブジェクトノード調整ユニット114は、TDMの方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するビーコンモードがたった1つ存在するように、オブジェクトノードの合計数に基づいて、オブジェクトノードの動作タイムスロットを調整し、オブジェクトノード調整ユニット114は、対応する動作タイムスロットが対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成する。
In step S632, the object
ステップS633で、通信ユニット111は、ノードと通信して、オブジェクトノード調整ユニット114によって生成された送信シグナリングを送信する。
In step S633, the
さらに、図6Aおよび図6Bが明示的な報告に関して示されている点に留意されたい。暗黙的な報告が使用される場合、ステップS640を、ステップS610とステップS620との間、またはステップS620とステップS630との間に配置することができる。暗黙的な報告が使用される場合、すなわちモードが報告されない場合、ステップS610をステップS640と置き換えることができる。 Furthermore, it should be noted that FIGS. 6A and 6B are shown for explicit reporting. If implicit reporting is used, step S640 can be placed between step S610 and step S620, or between step S620 and step S630. If implicit reporting is used, ie if no mode is reported, step S610 can be replaced with step S640.
本発明の他の構成は、方法実施形態(最初に概要が説明され、後に詳述されている)のステップおよび操作を実行するソフトウェアプログラムを含む。より詳細には、コンピュータプログラム製品は、コード化されたコンピュータプログラムロジックを含むコンピュータ可読媒体を備えるこうした一実施形態である。コンピュータプログラムロジックは、コンピュータデバイス上で実行されると、上記の3D測位ソリューションを提供するための対応する動作を提供する。コンピュータプログラムロジックは、少なくとも1つのプロセッサ上で実行されると、コンピューティングシステムの少なくとも1つのプロセッサが本発明の実施形態の動作(方法)を実行できるようにする。本発明のこうした構成は、通常、光媒体(例えばCD−ROM)、フロッピー若しくはハードディスク、または1つまたは複数のROM、RAM、PROMチップにおけるファームウェアまたはマイクロコードなどの他の媒体、特定用途向けIC(ASIC)、または1つまたは複数のモジュールにおけるダウンロード可能なソフトウェア画像および共有データベースなど、コンピュータ可読媒体に設けられ、または符号化されるソフトウェア、コード、および/または他のデータ構造として提供される。ソフトウェア、ハードウェア、またはこうした構成は、コンピューティングデバイスにおける1つまたは複数のプロセッサが本発明の実施形態によって記載されている技術を実行することができるように、コンピューティングデバイスに搭載することができる。例えば一群のデータ通信デバイスまたは他のエンティティにおけるコンピューティングデバイスと組み合わせて動作するソフトウェアプロセスも本発明のノードおよびホストを提供することができる。本発明によるノードおよびホストは、複数のデータ通信デバイス上の複数のソフトウェアプロセス、一群の小型の特定のコンピュータ上で稼働するすべてのソフトウェアプロセス、または単一のコンピュータ上で稼働するすべてのソフトウェアプロセスの間に分散することもできる。 Other configurations of the present invention include software programs that perform the steps and operations of the method embodiments (first outlined and detailed later). More particularly, a computer program product is one such embodiment comprising a computer readable medium that includes encoded computer program logic. When executed on a computing device, the computer program logic provides corresponding operations to provide the 3D positioning solution described above. The computer program logic, when executed on at least one processor, enables at least one processor of the computing system to perform the operations (methods) of the embodiments of the invention. Such an arrangement of the present invention typically includes optical media (eg, CD-ROM), floppy or hard disk, or other media such as firmware or microcode in one or more ROM, RAM, PROM chips, application specific ICs ( ASIC), or software, code, and / or other data structures provided or encoded on computer readable media, such as downloadable software images and shared databases in one or more modules. Software, hardware, or such a configuration can be implemented in a computing device such that one or more processors in the computing device can perform the techniques described by the embodiments of the present invention. . For example, software processes operating in combination with computing devices in a group of data communication devices or other entities can also provide the nodes and hosts of the present invention. Nodes and hosts in accordance with the present invention can comprise multiple software processes on multiple data communication devices, all software processes running on a group of small specific computers, or all software processes running on a single computer. It can also be distributed between.
本発明の実施形態は、簡潔に言えばデータ処理デバイス、または個々のソフトウェア、および/または個々の回路上のソフトウェアプログラム、ソフトウェア、およびハードウェアとして実施することができる点に留意されたい。 It should be noted that embodiments of the present invention can be implemented simply as a data processing device, or individual software, and / or software programs, software, and hardware on individual circuits.
以上、好ましい実施の形態をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも、上記実施の形態に限定されるものでなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。 The present invention has been described above with reference to preferred embodiments. However, the present invention is not necessarily limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea. it can.
さらに、上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これに限定されない。 Further, a part or all of the above-described embodiment can be described as in the following supplementary notes, but is not limited thereto.
(付記1)
3次元測位システムで使用されるように構成されたノードであって、
測定距離をホストに報告するためにホストと通信するように構成された通信ユニットと、
前記ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成され、前記ノードがビーコンモードである場合、超音波レンジング技術に従って、前記ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を、前記通信ユニットに提供すべき測定距離として測定するように構成された超音波レンジングユニットと、
前記ノードの運動状態に基づいて、前記ノードが現在オブジェクトモードであるかビーコンモードであるかを決定するように構成されたモード切替ユニットと
を備えることを特徴とするノード。
(Appendix 1)
A node configured to be used in a 3D positioning system,
A communication unit configured to communicate with the host to report the measurement distance to the host;
When the node is in the object mode, the node is configured to transmit an ultrasonic wave according to an ultrasonic ranging technique. When the node is in the beacon mode, the node and the object node to be currently measured are configured according to the ultrasonic ranging technique. An ultrasonic ranging unit configured to measure a distance between as a measurement distance to be provided to the communication unit;
A mode switching unit configured to determine whether the node is currently in an object mode or a beacon mode based on a motion state of the node.
(付記2)
前記通信ユニットは、
さらに、前記ノードの現在のモードを前記ホストに報告するように構成されることを特徴とする付記1に記載のノード。
(Appendix 2)
The communication unit is
The node of
(付記3)
前記通信ユニットは、
前記ノードがオブジェクトモードである場合、前記ホストによって送信される時分割多重化(TDM)の方法で決定された送信シグナリングを受信するように構成され、
前記超音波レンジングユニットは、
送信シグナリングに基づいて前記ノードに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成される
ことを特徴とする付記2に記載のノード。
(Appendix 3)
The communication unit is
When the node is in object mode, the node is configured to receive transmission signaling determined by a time division multiplexing (TDM) method transmitted by the host;
The ultrasonic ranging unit is
The node according to appendix 2, wherein the node is configured to transmit an ultrasonic wave according to an ultrasonic ranging technique in an operation time slot assigned to the node based on transmission signaling.
(付記4)
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが可動状態にあるとき、前記ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記ノードがビーコンモードであると決定するように構成され、
或いは
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが可動状態にあるとき、前記ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、
前記モード切替ユニットが、
前記ノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記ノードがビーコンモードであると決定するように構成される
ことを特徴とする付記1から付記3の何れか1項に記載のノード。
(Appendix 4)
The mode switching unit is
Configured to determine that the node is in object mode when the node is in a movable state;
The mode switching unit is
Configured to determine that the node is in beacon mode when the node is stationary and its position is known;
Or the mode switching unit
Configured to determine that the node is in object mode when the node is in a movable state;
The mode switching unit is
Any one of
(付記5)
前記モード切替ユニットが、
運動検出サブユニットを備えることを特徴とする付記4に記載のノード。
(Appendix 5)
The mode switching unit is
The node according to claim 4, further comprising a motion detection subunit.
(付記6)
前記運動検出サブユニットが、
運動センサまたは慣性センサであることを特徴とする付記5に記載のノード。
(Appendix 6)
The motion detection subunit comprises:
The node according to appendix 5, wherein the node is a motion sensor or an inertial sensor.
(付記7)
前記ノードの位置が既知であると決定するために、前記ノードの位置が前記ノードと前記ホストとの間の通信によって通知され、
或いは、
またはビーコンモードのノードによって送信された、ノードからビーコンモードのノードまでの距離を含む情報通信を受信するノードは、ノードの位置が既知であることを示す
ことを特徴とする付記4から付記6の何れか1項に記載のノード。
(Appendix 7)
In order to determine that the location of the node is known, the location of the node is communicated by communication between the node and the host;
Or
Alternatively, the node receiving the information communication including the distance from the node to the beacon mode node transmitted by the beacon mode node indicates that the position of the node is known. The node according to any one of the items.
(付記8)
3次元測位システムで使用されるように構成されたホストであって、
ノードと通信して、現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信するように構成された通信ユニットと、
前記通信ユニットによって受信された報告に基づいて前記ビーコンモードのノードの数を決定し、前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定するように構成されたノード数決定ユニットと、
前記ノード数決定ユニットが、前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であると決定した場合、前記ビーコンモードのノードによって報告される距離、および前記ビーコンモードのノードの位置に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出するように構成された位置算出ユニットとを備え、
前記位置算出ユニットが、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数未満であるとノード数決定ユニットが決定した場合、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出するのではなく、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つように構成され、
前記通信ユニットが受信する前記距離は、
超音波レンジング技術に従って、前記ビーコンモードのノードによって測定される
ことを特徴とするホスト。
(Appendix 8)
A host configured to be used in a 3D positioning system,
A communication unit configured to communicate with the node and receive a distance between the object mode node to be currently measured and the beacon mode node reported by the beacon mode node;
Node number determination unit configured to determine the number of nodes in the beacon mode based on a report received by the communication unit and to determine whether the number of nodes in the beacon mode is greater than or equal to a predetermined number When,
If the node number determining unit determines that the number of beacon mode nodes is greater than or equal to a predetermined number, based on the distance reported by the beacon mode nodes and the position of the beacon mode nodes, A position calculation unit configured to calculate the position of a node in object mode;
The position calculating unit is
If the node number determination unit determines that the number of nodes in the beacon mode is less than a predetermined number, the node of the object mode does not calculate the position of the node in the object mode, but the additional node in the object mode Configured to wait to switch to
The distance received by the communication unit is:
Measured by a node in the beacon mode according to an ultrasonic ranging technique.
(付記9)
前記通信ユニットが、
前記ノードによって報告された、前記ノードの現在のモードを受信するように構成される
ことを特徴とする付記8に記載のホスト。
(Appendix 9)
The communication unit is
The host of claim 8 configured to receive a current mode of the node reported by the node.
(付記10)
オブジェクトノード調整ユニットをさらに備え、
前記ノード数決定ユニットが、
前記オブジェクトモードのノードの数を決定するように構成され、
前記オブジェクトノード調整ユニットが、
時分割多重化(TDM)の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するための前記オブジェクトモードのノードがたった1つ存在するように、前記オブジェクトモードのノードの数に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの動作タイムスロットを調整するように構成され、対応する動作タイムスロットがオブジェクトモードの対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成するように構成され、
前記通信ユニットが、
前記オブジェクトノード調整ユニットによって生成された送信シグナリングを送信するように構成される
ことを特徴とする付記9に記載のホスト。
(Appendix 10)
An object node adjustment unit;
The node number determining unit is
Configured to determine the number of nodes in the object mode;
The object node coordination unit is
In the time division multiplexing (TDM) method, the object is based on the number of nodes in the object mode so that there is only one object mode node for transmitting ultrasonic waves in each operation time slot. Configured to adjust the operating time slot of the mode node and configured to generate transmit signaling to indicate that the corresponding operating time slot is assigned to the corresponding node in object mode;
The communication unit is
The host according to appendix 9, wherein the host is configured to transmit transmission signaling generated by the object node coordination unit.
(付記11)
3次元座標のある1つの次元が一定の座標を有する状況では、所定の数は3であり、3次元座標の状況では、所定の数は4である
ことを特徴とする付記8から付記10の何れか1項に記載のホスト。
(Appendix 11)
In the situation where one dimension of the three-dimensional coordinates has a certain coordinate, the predetermined number is 3, and in the situation of the three-dimensional coordinates, the predetermined number is 4. The host according to any one of the above.
(付記12)
前記ビーコンモードのノードは、
前記ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わるように構成され、
前記オブジェクトモードのノードは、
前記オブジェクトモードのノードが可動状態から静止状態に移行し、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるように構成され、
或いは、
前記ビーコンモードのノードは、
前記ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わるように構成され、
前記オブジェクトモードのノードは、
前記オブジェクトモードのノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるように構成される
ことを特徴とする付記8から付記11の何れか1項に記載のホスト。
(Appendix 12)
The beacon mode node is:
When the beacon mode node transitions from a stationary state to a movable state, the beacon mode is configured to switch to the object mode,
The object mode node is:
When the object mode node transitions from a movable state to a stationary state and its position is known, the object mode is configured to switch to the beacon mode,
Or
The beacon mode node is:
When the beacon mode node transitions from a stationary state to a movable state, the beacon mode is configured to switch to the object mode,
The object mode node is:
Any one of appendix 8 to appendix 11, wherein the object mode node is configured to switch from the object mode to the beacon mode when the node is stationary for a mode switching time threshold or more and the position is known. The host according to
(付記13)
前記ビーコンモードのノードの位置は、
ノードがビーコンモードに切り替わる前にオブジェクトモードであったときに、前記ホストによって最後に取得された位置である
ことを特徴とする付記12に記載のホスト。
(Appendix 13)
The position of the node in the beacon mode is
The host according to appendix 12, wherein the host is the position last acquired by the host when the node was in the object mode before switching to the beacon mode.
(付記14)
3次元測位システムで使用されるように構成されたホストを動作させる方法であって、
現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信する報告受信ステップと、
受信された報告に基づいて前記ビーコンモードのノードの数を決定する第1のノード数決定ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定する判定ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数未満である場合、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ待機ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、前記報告受信ステップで受信された距離、および前記ビーコンモードのノードの位置に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出する測位ステップとを含み、
前記報告受信ステップで受信する距離は、超音波レンジング技術に従って、前記ビーコンモードのノードによって測定される
ことを特徴とする方法。
(Appendix 14)
A method of operating a host configured to be used in a 3D positioning system, comprising:
A report receiving step for receiving a distance between an object mode node to be measured and a beacon mode node reported by the beacon mode node;
A first node number determining step for determining the number of nodes in the beacon mode based on a received report;
A determination step of determining whether the number of nodes in the beacon mode is equal to or greater than a predetermined number;
If the number of nodes in the beacon mode is less than a predetermined number, waiting for additional nodes in the object mode to switch from the object mode to the beacon mode;
If the number of beacon mode nodes is equal to or greater than a predetermined number, a positioning step of calculating the position of the object mode node based on the distance received in the report reception step and the position of the beacon mode node Including
The distance received in the report receiving step is measured by the beacon mode node according to an ultrasonic ranging technique.
(付記15)
前記報告受信ステップにおいて、
前記ノードによって報告された前記ノードの現在のモードも受信されることを特徴とする付記14に記載の方法。
(Appendix 15)
In the report receiving step,
The method of claim 14, wherein the current mode of the node reported by the node is also received.
(付記16)
受信された報告に基づいて前記オブジェクトモードのノードの数を決定する第2のノード数決定ステップと、
時分割多重化(TDM)の方法で、各動作タイムスロットにおいて超音波を送信するための前記オブジェクトモードのノードがたった1つ存在するように、前記オブジェクトモードのノードの数に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの動作タイムスロットを調整し、対応する動作タイムスロットがオブジェクトモードの対応するノードに割り当てられることを示すための送信シグナリングを生成する調整ステップと、
前記調整ステップで生成された送信シグナリングを送信するシグナリング送信ステップとをさらに含む
ことを特徴とする付記15に記載の方法。
(Appendix 16)
A second node number determining step for determining the number of nodes in the object mode based on the received report;
In the time division multiplexing (TDM) method, the object is based on the number of nodes in the object mode so that there is only one object mode node for transmitting ultrasonic waves in each operation time slot. Adjusting the operation time slot of the mode node and generating transmission signaling to indicate that the corresponding operation time slot is assigned to the corresponding node in object mode;
The method according to claim 15, further comprising a signaling transmission step of transmitting the transmission signaling generated in the adjustment step.
(付記17)
3次元座標のある1つの次元が一定の座標を有する状況では、所定の数は3であり、3次元座標の状況では、所定の数は4である
ことを特徴とする付記14から付記16の何れか1項に記載の方法。
(Appendix 17)
In the situation where one dimension of the three-dimensional coordinates has a certain coordinate, the predetermined number is 3, and in the situation of the three-dimensional coordinates, the predetermined number is 4. The method according to any one of the above.
(付記18)
前記ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、前記ビーコンモードのノードは、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わり、
前記オブジェクトモードのノードが可動状態から静止状態に移行し、その位置が既知であるとき、前記オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わる
或いは、
前記ビーコンモードのノードが静止状態から可動状態に移行するとき、前記ビーコンモードのノードは、ビーコンモードからオブジェクトモードに切り替わり、
前記オブジェクトモードのノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記オブジェクトモードのノードは、オブジェクトモードからビーコンモードに切り替わる
ことを特徴とする付記14から付記17の何れか1項に記載の方法。
(Appendix 18)
When the beacon mode node transitions from a stationary state to a movable state, the beacon mode node switches from beacon mode to object mode,
When the object mode node transitions from a movable state to a stationary state and its position is known, the object mode node switches from the object mode to the beacon mode; or
When the beacon mode node transitions from a stationary state to a movable state, the beacon mode node switches from beacon mode to object mode,
Appendices 14 to 17, wherein the object mode node switches from the object mode to the beacon mode when the object mode node is in a stationary state for a mode switching time threshold or more and its position is known. The method according to any one of the above.
(付記19)
前記ビーコンモードのノードの位置は、ノードがビーコンモードに切り替わる前にオブジェクトモードであったときに、ホストによって最後に取得された位置である
ことを特徴とする付記18に記載の方法。
(Appendix 19)
The method of claim 18, wherein the position of the node in the beacon mode is the position last acquired by the host when the node was in the object mode before switching to the beacon mode.
(付記20)
付記1から付記7の何れか1項に記載のノードと、
付記8から付記13の何れか1項に記載のホストと
を備えることを特徴とする3次元測位システム。
(Appendix 20)
The node according to any one of
A three-dimensional positioning system comprising: the host according to any one of appendix 8 to appendix 13.
120i:ノード
121:通信ユニット
122:超音波レンジングユニット
123:モード切替ユニット
310:可動状態
320:静止状態、および位置が既知
330:静止状態の時間≧モード切替時間の閾値、および位置が既知
110:ホスト
111:通信ユニット
112:ノード数決定ユニット
113:位置算出ユニット
114:オブジェクトノード調整ユニット
120 i : node 121: communication unit 122: ultrasonic ranging unit 123: mode switching unit 310: movable state 320: stationary state and known position 330: stationary state time ≥ mode switching time threshold and position known 110 : Host 111: Communication unit 112: Node number determination unit 113: Position calculation unit 114: Object node adjustment unit
Claims (10)
測定距離をホストに報告するためにホストと通信するように構成された通信ユニットと、
前記ノードがオブジェクトモードである場合、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成され、前記ノードがビーコンモードである場合、超音波レンジング技術に従って、前記ノードと、現在測定すべきオブジェクトノードとの間の距離を、前記通信ユニットに提供すべき測定距離として測定するように構成された超音波レンジングユニットと、
前記ノードの運動状態に基づいて、前記ノードが現在オブジェクトモードであるかビーコンモードであるかを決定するように構成されたモード切替ユニットと
を備えることを特徴とするノード。 A node configured to be used in a 3D positioning system,
A communication unit configured to communicate with the host to report the measurement distance to the host;
When the node is in the object mode, the node is configured to transmit an ultrasonic wave according to an ultrasonic ranging technique. When the node is in the beacon mode, the node and the object node to be currently measured are configured according to the ultrasonic ranging technique. An ultrasonic ranging unit configured to measure a distance between as a measurement distance to be provided to the communication unit;
A mode switching unit configured to determine whether the node is currently in an object mode or a beacon mode based on a motion state of the node.
さらに、前記ノードの現在のモードを前記ホストに報告するように構成されることを特徴とする請求項1に記載のノード。 The communication unit is
The node of claim 1, further configured to report the current mode of the node to the host.
前記ノードがオブジェクトモードである場合、前記ホストによって送信される時分割多重化(TDM)の方法で決定された送信シグナリングを受信するように構成され、
前記超音波レンジングユニットは、
送信シグナリングに基づいて前記ノードに割り当てられた動作タイムスロットで、超音波レンジング技術に従って超音波を送信するように構成される
ことを特徴とする請求項2に記載のノード。 The communication unit is
When the node is in object mode, the node is configured to receive transmission signaling determined by a time division multiplexing (TDM) method transmitted by the host;
The ultrasonic ranging unit is
The node according to claim 2, wherein the node is configured to transmit an ultrasonic wave according to an ultrasonic ranging technique in an operation time slot assigned to the node based on transmission signaling.
前記ノードが可動状態にあるとき、前記ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記ノードがビーコンモードであると決定するように構成され、
或いは
前記モード切替ユニットが、
前記ノードが可動状態にあるとき、前記ノードがオブジェクトモードであると決定するように構成され、
前記モード切替ユニットが、
前記ノードがモード切替時間の閾値以上静止状態にあり、その位置が既知であるとき、前記ノードがビーコンモードであると決定するように構成される
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載のノード。 The mode switching unit is
Configured to determine that the node is in object mode when the node is in a movable state;
The mode switching unit is
Configured to determine that the node is in beacon mode when the node is stationary and its position is known;
Or the mode switching unit
Configured to determine that the node is in object mode when the node is in a movable state;
The mode switching unit is
The node is configured to determine that the node is in a beacon mode when the node is in a stationary state for a mode switching time threshold or more and its position is known. The node according to any one of the items.
運動検出サブユニットを備えることを特徴とする請求項4に記載のノード。 The mode switching unit is
The node of claim 4, comprising a motion detection subunit.
運動センサまたは慣性センサであることを特徴とする請求項5に記載のノード。 The motion detection subunit comprises:
The node according to claim 5, wherein the node is a motion sensor or an inertial sensor.
或いは、
またはビーコンモードのノードによって送信された、ノードからビーコンモードのノードまでの距離を含む情報通信を受信するノードは、ノードの位置が既知であることを示す
ことを特徴とする請求項4から請求項6の何れか1項に記載のノード。 In order to determine that the location of the node is known, the location of the node is communicated by communication between the node and the host;
Or
The node receiving the information communication including the distance from the node to the node in the beacon mode transmitted by the node in the beacon mode indicates that the position of the node is known. The node according to any one of 6.
ノードと通信して、現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信するように構成された通信ユニットと、
前記通信ユニットによって受信された報告に基づいて前記ビーコンモードのノードの数を決定し、前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定するように構成されたノード数決定ユニットと、
前記ノード数決定ユニットが、前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であると決定した場合、前記ビーコンモードのノードによって報告される距離、および前記ビーコンモードのノードの位置に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出するように構成された位置算出ユニットとを備え、
前記位置算出ユニットが、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数未満であるとノード数決定ユニットが決定した場合、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出するのではなく、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つように構成され、
前記通信ユニットが受信する前記距離は、
超音波レンジング技術に従って、前記ビーコンモードのノードによって測定される
ことを特徴とするホスト。 A host configured to be used in a 3D positioning system,
A communication unit configured to communicate with the node and receive a distance between the object mode node to be currently measured and the beacon mode node reported by the beacon mode node;
Node number determination unit configured to determine the number of nodes in the beacon mode based on a report received by the communication unit and to determine whether the number of nodes in the beacon mode is greater than or equal to a predetermined number When,
If the node number determining unit determines that the number of beacon mode nodes is greater than or equal to a predetermined number, based on the distance reported by the beacon mode nodes and the position of the beacon mode nodes, A position calculation unit configured to calculate the position of a node in object mode;
The position calculating unit is
If the node number determination unit determines that the number of nodes in the beacon mode is less than a predetermined number, the node of the object mode does not calculate the position of the node in the object mode, but the additional node in the object mode Configured to wait to switch to
The distance received by the communication unit is:
Measured by a node in the beacon mode according to an ultrasonic ranging technique.
現在測定すべきオブジェクトモードのノードと、ビーコンモードのノードによって報告されるビーコンモードのノードとの間の距離を受信する報告受信ステップと、
受信された報告に基づいて前記ビーコンモードのノードの数を決定する第1のノード数決定ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上であるかどうかを判定する判定ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数未満である場合、オブジェクトモードの追加のノードがオブジェクトモードからビーコンモードに切り替わるのを待つ待機ステップと、
前記ビーコンモードのノードの数が所定の数以上である場合、前記報告受信ステップで受信された距離、および前記ビーコンモードのノードの位置に基づいて、前記オブジェクトモードのノードの位置を算出する測位ステップとを含み、
前記報告受信ステップで受信する距離は、超音波レンジング技術に従って、前記ビーコンモードのノードによって測定される
ことを特徴とする方法。 A method of operating a host configured to be used in a 3D positioning system, comprising:
A report receiving step for receiving a distance between an object mode node to be measured and a beacon mode node reported by the beacon mode node;
A first node number determining step for determining the number of nodes in the beacon mode based on a received report;
A determination step of determining whether the number of nodes in the beacon mode is equal to or greater than a predetermined number;
If the number of nodes in the beacon mode is less than a predetermined number, waiting for additional nodes in the object mode to switch from the object mode to the beacon mode;
If the number of beacon mode nodes is equal to or greater than a predetermined number, a positioning step of calculating the position of the object mode node based on the distance received in the report reception step and the position of the beacon mode node Including
The distance received in the report receiving step is measured by the beacon mode node according to an ultrasonic ranging technique.
請求項8に記載のホストと
を備えることを特徴とする3次元測位システム。 The node according to any one of claims 1 to 7,
A three-dimensional positioning system comprising: the host according to claim 8.
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