JP2013510307A - 無線ネットワークでの位置検出 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3
Description
メッセージが2つのモジュール間で送信される場合に飛行時間測定法(a time of flight measurement)を、2つのノード間の距離を測定するために構築し使用可能である。距離測定の精度は、時間測定の精度に直接関係する。無線メッシュネットワークでは、1つのノードが送信してもう1つのノードが受信する。無線リンクの他に、2つのノード間を接続するものはない。各ノードは時間の検知機能を自ら有している。グローバルクロックをタイムスタンプメッセージに使用可能だが、この方法は伝搬遅延や限界分解能に起因する誤差を生じる傾向がある。それにもかかわらず、いくつかの現存する無線メッシュネットワーク、特にWirelessHARTを利用する無線メッシュネットワークは、いかなるハードウェアの増設やソフトウェアへの重大な変更を行うことなく、より的確な位置検出が可能な機能強化ができるという特徴を備えている。
d=(1/2)×c×((ノードAの校正乗数に応じたノードAの時間測定の調整)−(ノードBの校正乗数によって調整されたノードBの時間測定))
ここで、dはノード間の距離、cは光速を示している。
ノードBは50,000,025ティックを計測する。
ノードAは50,000,100ティックを計測する。
ノードAは20,000,010のカウント校正乗数を有する。
ノードBは20,000,000のカウント校正乗数を有する。
d=(1/2)×3×108m/s/(1000ms/sec)×((50000100ティック/(20000010/20ティック/ms))−(50000025ティック/(20000000/20ティック/ms)))=7.5m
カウント校正乗数を用いない場合は以下のようになる。
d=(1/2)×3×108m/s/(1000ms/sec)×((50000100ティック/(20000000/20ティック/ms))−(50000025ティック/(20000000/20ティック/ms)))=11.25m
位置探知により、資産についての位置情報を測定することが可能となる。資産は、人員、設備、装置、または他の様々なものとすることができる。位置は、「2号炉」等の既知の記述語、(x,y,z)座標などの絶対的な位置、いくつかの中間点からの(x,y,z)等の相対座標、またはこれら手法の組み合わせで表すことができる。この位置情報は、ハンドヘルド等の装置や、ネットワークノード自身により、或いはゲートウェイやバックエンドサーバにおいて測定することが可能である。位置情報は、資産の位置を示す動的オーバーレイを用いた地図としてユーザに示すことも可能である。資産自体はノードに関連づけられる。WirelessHARTの場合、全てのノードは、フィールドデバイス、ルータとして作動するデバイス、ハンドヘルド、ゲートウェイ、ネットワークマネージャ、ロケータビーコンとして作動するデバイス、及びアダプタとしてさらに分類される装置である。いくつかの装置は物体、即ち認可または不認可資産の可能性がある資産の存在を検知する動作検知装置を備えていてもよい。
Claims (33)
- 第1のノードによって第1カウント校正乗数を測定するステップと、
第2のノードによって第2カウント校正乗数を測定するステップと、
前記第1のノードによって第1のメッセージを送信するステップと、
前記第2のノードによって前記第1のメッセージを受信するステップと、
前記第2のノードによって第2のメッセージを送信するステップと、
前記第1のノードによって前記第2のメッセージを受信するステップと、
前記第1のメッセージの送信開始から前記第2のメッセージの受信開始までの第1経過時間を測定するステップと、
前記第1のメッセージの受信開始から前記第2のメッセージの送信開始までの第2経過時間を測定するステップと、
前記第2のノードによって、前記第2経過時間を含む第3のメッセージを送信するステップと、
前記第1のノードによって前記第3のメッセージを受信するステップと、
前記第1経過時間、前記第2経過時間、前記第1カウント校正乗数、及び前記第2カウント校正乗数に基づいて、前記第1のノードと前記第2のノードとの間の距離を求めるステップと、を含み、
前記第2カウント校正乗数は、前記第2のメッセージまたは前記第3のメッセージのいずれか一方に含まれることを特徴とする無線メッシュネットワーク内のノードを探知する方法。 - 前記第1のメッセージの送信開始から前記第2のメッセージの受信開始までの第1経過時間を測定するステップは、
前記第1のメッセージの送信開始時の第1タイムスタンプを記録するステップと、
前記第2のメッセージの受信開始時の第2タイムスタンプを記録するステップと、
前記第2タイムスタンプから前記第1タイムスタンプを減算することによって前記第1経過時間を求めるステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記第1のメッセージの受信開始から前記第2のメッセージの送信開始までの第2経過時間を測定するステップは、
前記第1のメッセージの受信開始時の第1タイムスタンプを記録するステップと、
前記第2のメッセージの送信開始時の第2タイムスタンプを記録するステップと、
前記第2タイムスタンプから前記第1タイムスタンプを減算することによって前記第2経過時間を求めるステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記第1のメッセージの送信開始から前記第2のメッセージの受信開始までの第1経過時間を測定するステップは、
前記第1のメッセージの送信開始時にカウンタのカウントを開始するステップと、
前記第2のメッセージの受信開始時に前記カウンタのカウント値を読み込み、前記第1経過時間を測定するステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記第1のメッセージの受信開始から前記第2のメッセージの送信開始までの第2経過時間を測定するステップは、
前記第1のメッセージの受信開始時にカウンタのカウントを開始するステップと、
前記第2のメッセージの送信開始時に前記カウンタのカウント値を読み込み、前記第2経過時間を測定するステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記第1経過時間及び前記第2経過時間は、少なくとも1ナノ秒の分解能を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第1経過時間及び前記第2経過時間は、約10ナノ秒の分解能を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第1経過時間及び前記第2経過時間は、約20ナノ秒の分解能を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第1のノードと第3のノードとの間の距離を測定するステップと、
前記第1のノードと前記第2のノードとの間の距離と、前記第1のノードと前記第3のノードとの間の距離とに基づき、2次元での前記第1ノードの位置を演算するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記第1のノードの位置をネットワークマネージャに通知するステップと、
前記ネットワークマネージャによって、前記第1のノードの位置を含む地図を維持管理するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。 - グラフィカルインタフェースに前記地図を表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記地図によって規定された領域内にある全ての既知ノードの位置を維持管理するステップと、
前記領域内の物体を検出するステップと、
前記領域内の前記物体が既知のノードではない場合に警報を発するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記第1のノードと第3のノードとの間の距離を測定するステップと、
前記第1のノードと第4のノードとの間の距離を測定するステップと、
前記第1のノードと前記第2のノードとの間の距離、前記第1のノードと前記第3のノードとの間の距離、及び前記第1のノードと前記第4のノードとの間の距離に基づき、3次元での前記第1のノードの位置を演算するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記第1のノードの位置をネットワークマネージャに通知するステップと、
前記ネットワークマネージャによって、前記第1のノードの位置を含む地図を維持管理するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。 - グラフィカルインタフェースに前記地図を表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記地図によって規定された領域内にある全ての既知ノードの位置を維持管理するステップと、
前記領域内にある物体を検出するステップと、
前記物体が前記領域内の既知のノードではない場合に、警報を発するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項15に記載の方法。 - 無線メッシュネットワーク内の2つ以上の位置にノードを配置するステップと、
各位置に関し、前記ノードの位置情報を測定するステップと、
前記ノードと、前記無線メッシュネットワークに設置された複数のノードとの間でカウント校正乗数を取り交わすステップと、
飛行時間測定法及び前記カウント校正乗数を使用して、前記複数のノードから各位置の前記ノードまでの第1の複数の距離を測定するステップと、
前記第1の複数の距離と、各位置のノードに関する位置情報とをネットワークマネージャに送信するステップと、
前記ネットワークマネージャによって、前記第1の複数の距離と、各位置の位置情報とを蓄積するステップと、
を含むことを特徴とする無線メッシュネットワーク内のノードを探知する方法。 - 前記ネットワークマネージャによって、前記第1の複数の距離と、各位置の位置情報とを蓄積するステップは、前記第1の複数の距離をフィルタリングして固定ノードに関連する距離だけを蓄積するステップをさらに有することを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記ネットワークマネージャによって、前記第1の複数の距離と、各位置の位置情報とを蓄積するステップは、前記第1の複数の距離を予め蓄積された複数の距離の一群と比較し、前記予め蓄積された複数の距離の一群の標準偏差内にある距離だけを蓄積するステップをさらに有することを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記第1の複数の距離と、各位置のノードに関する位置情報とをネットワークマネージャに送信するステップは、前記第1の複数の距離をフィルタリングし、固定ノードに関連する距離だけを送信するステップをさらに備えることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記複数のノードの少なくとも1つはロケータビーコンであることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記ノードはモバイルノードであることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記複数のノードから各位置の前記ノードまでの第1の複数の距離を測定するステップは、飛行時間測定法及びカウント校正乗数を使用して前記第1の複数の距離を演算するステップを有することを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 各位置の前記ノードに関する位置情報を測定するステップは、前記ノードの位置のGPS測定結果を取得するステップをさらに有することを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 各位置の前記ノードに関する位置情報を測定するステップは、前記無線メッシュネットワークの近傍に設置されたGPS中継器を使用してGPS測定結果の信号強度を強めるステップをさらに有することを特徴とする請求項24に記載の方法。
- 前記無線メッシュネットワーク内に前記ノードを配置するステップと、
前記無線メッシュネットワークに設置された前記複数のノードから前記ノードまでの第2の複数の距離を測定するステップと、
前記第2の複数の距離を前記ネットワークマネージャに送信するステップと、
前記第2の複数の距離、蓄積された前記第1の複数の距離、及び蓄積された前記位置情報に基づいて前記ノードの位置を特定するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。 - 前記無線メッシュネットワークに第2のノードを配置するステップと、
前記無線メッシュネットワークに設置された前記複数のノードから前記第2のノードまでの第2の複数の距離を測定するステップと、
前記第2の複数の距離を前記ネットワークマネージャに送信するステップと、
前記第2の複数の距離、蓄積された前記第1の複数の距離、及び蓄積された前記位置情報に基づいて前記第2のノードの位置を特定するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。 - 前記無線メッシュネットワークに設置された前記複数のノードから前記第2のノードまでの前記第2の複数の距離を測定するステップは、飛行時間測定法及びカウント校正乗数を使用して前記第2の複数の距離を演算するステップをさらに有することを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 前記第2の複数の距離、蓄積された前記第1の複数の距離、及び蓄積された前記位置情報に基づいて前記第2のノードの位置を特定するステップは、前記第2の複数の距離に基づく領域を三角測量し、蓄積された前記第1の複数の距離及び蓄積された前記位置情報で前記領域内にあるものだけを検索するステップをさらに有することを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 前記第2の複数の距離、蓄積された前記第1の複数の距離、及び蓄積された前記位置情報に基づいて前記第2のノードの位置を特定するステップは、蓄積された前記第1の複数の距離と、蓄積された前記位置情報とを、最小自乗法を用いて検索するステップをさらに有することを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 前記第2の複数の距離、蓄積された前記第1の複数の距離、及び蓄積された前記位置情報に基づいて前記第2のノードの位置を特定するステップは、蓄積された前記第1の複数の距離と、蓄積された前記位置情報とを、ニューラルネットワークアルゴリズムを用いて検索するステップをさらに有することを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 前記第2のノードの位置をグラフィックで表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 前記無線メッシュネットワークにある全ての既知ノードの位置の状態を維持管理するステップと、
前記無線メッシュネットワークの適用範囲の領域内にある物体の位置を検出するステップと、
前記物体の位置が前記無線メッシュネットワークの既知のノードでない場合には、警報を発するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項27に記載の方法。
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