JP2014502339A - 移動体上の送信機および／または受信機の協調位置特定の方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、無線手段によって信号の送信および／または受信を行うことが可能ないくつかのノードを備える第１の移動体（１０３）によって保有される第１のノード（１３１、１３２）の協調位置特定を行う方法およびデバイスに関し、前記第１のノードを第２の複数ノードから隔てている距離を測定するステップを含み、前記第２の複数ノードのそれぞれは、選択される、次のエンティティ、すなわち、
●第１の移動体（１０３）、
●前記移動体の送信レンジ内に共に位置する、離れた固定式装置と第２の移動体、
のいずれかによって保有されており、前記第２の複数ノードのすべてのうちの、前記距離測定に使用される少なくとも２つのノードが、別々のタイプの２つのエンティティによって、かつ／または、前記第２の移動体によって保有され、本方法は、前記測定値を利用して、少なくとも前記第１のノードの位置を、少なくとも前記第２の複数ノードのいくつかに対して特定することを可能にするステップを含むことを特徴とする。

Description

本発明は、移動体によって保有される送信機および／または受信機の協調位置特定を行う方法およびデバイスに関する。本発明は、特に、モーションキャプチャ、人の位置特定、身体ネットワークの自動配備、もしくはナビゲーション支援に適用される。

集積化および小型軽量化に関する近年の技術の進歩、ならびに、低ビットレートかつ超低消費電力の無線通信技術の発達により、無線身体ネットワーク、すなわち、ＢＡＮ（「身体エリアネットワーク（Ｂｏｄｙ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」の頭字語）という名前の新しい応用分野が現れている。以下では、用語「身体ネットワーク」および用語「ＢＡＮ」を区別なく用いる。この種の用途では、無線送信素子および／または無線受信素子は、人体上で、または人体に非常に近接して、ネットワークを形成することを意図されている。このようなネットワークの既知の用途として、特に、「分解端末」（ｅｘｐｌｏｄｅｄ ｔｅｒｍｉｎａｌ）」（同じ場所にないスクリーン、キーボード、イヤホンなどを含む）、スポーツ装置（心臓周波数計、腕時計、靴上の歩数計）、または医療装置（たとえば、心臓、脳、および筋肉の活動の移動監視）がある。

ＢＡＮを構成する無線デバイスの位置特定は、以下のような様々な用途で関心を持たれている。
●屋内のあちこちを移動する集団のナビゲーション、および地理的位置特定サービス。
●たとえば、スポーツの動きの追跡のための、または、娯楽やゲームの用途のためのモーションキャプチャ。
●たとえば、リハビリテーション、脆弱者や高齢者の追跡、被災環境で従事する人々（たとえば、燃え上がる建物の内部で従事する消防士）の監視などのための姿勢検出。

無線位置特定は、無線パーソナルネットワーク、すなわち、ＷＰＡＮ（「無線パーソナルエリアネットワーク」）、およびセンサのネットワーク、すなわち、ＷＳＮ（「無線センサネットワーク」）の文脈で研究されてきており、協調位置特定に関しては、複数のソリューションが、衛星位置特定システムの代替または補足として提案されてきている。特に引き合いに出されうるのは、出版物のＮ． Ｐａｔｗａｒｉ， Ｊ．Ｎ． Ａｓｈ， Ｓ． Ｋｙｐｅｒｏｕｎｔａｓ， Ａ．Ｏ． Ｈｅｒｏ， Ｒ．Ｌ． Ｍｏｓｅｓ， ａｎｄ Ｎ．Ｓ． Ｃｏｒｒｅａｌ，「Ｌｏｃａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｎｏｄｅｓ： ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ」 Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｍａｇａｚｉｎｅ， ＩＥＥＥ， ｖｏｌ． ２２，２００５年７月，５４〜６９頁である。これらの位置特定ソリューションは、一般に、各ノードペアのノード間距離の測定をベースとしており、各ノードの相対位置または絶対位置の推定を可能にする。

より最近では、無線身体ネットワーク、すなわち、ＷＢＡＮの枠組内の位置特定の問題を扱う技術が提案されてきている。

したがって、Ｃ．Ｐ． Ｆｉｇｕｅｉｒｅｄｏ， Ｎ．Ｓ． Ｄｉａｓ， ａｎｄ Ｐ．Ｍ． Ｍｅｎｄｅｓ，「３Ｄ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｕｓｉｎｇ ａ ｍｉｃｒｏａｎｔｅｎｎａ」 Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００８． ＥｕＷｉＴ ２００８． Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００８年，４５〜４８頁によって提案された手順では、著者らは、身体上に配置された電極の位置特定の問題に関心を持っている。提案された手順は、身体によって引き起こされる減衰によりよく対処するための低周波無線技術の使用、ならびに、ＳＰＡ（自己位置特定アルゴリズム）と呼ばれる位置特定アルゴリズムの使用をベースとしている。このアルゴリズムは、ＲＳＳＩ（受信信号強度指標）のメトリック、およびカンチレバー型ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）マイクロアンテナの使用によって得られる、様々な電極の間の距離の測定をベースとしている。得られた測定値に基づいて、ＳＰＡアルゴリズムは、最小二乗手順を用いて、仮想座標系内の各電極の位置を推定する。しかしながら、この手順は、各オブジェクトペアのオブジェクト間距離の網羅的測定を実施する。さらに、位置特定は、完全に仮想的であり、ネットワークトポロジの自己組織化および自己検出を伴うタイプの用途に限定される。最後に、この手順は、ＲＳＳＩのメトリック（やや不正確）をベースとしている。

Ｃ． Ｇｕｏ， Ｊ． Ｗａｎｇ， Ｒ．Ｖ． Ｐｒａｓａｄ， ａｎｄ Ｍ． Ｊａｃｏｂｓｓｏｎ，「Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ Ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ Ｐｅｒｓｏｎ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｂｏｄｙ Ａｒｅａ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ： Ａｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ」 Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ２００９． ＣＣＮＣ ２００９． ６ｔｈ ＩＥＥＥ， ２００９年，１〜５頁では、著者らは、屋内での無線身体ネットワークの位置特定の手順の提案および実験評価を行っている。アンテナは、一般には、完全には全方向性でないため、この著者らは、複数の無線オブジェクトを身体全体に分散させ、空間ダイバーシティを利用して、位置特定精度を上げる考えを提案している。距離の測定値は、無線身体ネットワークの各オブジェクトと外部装置（アンカーとも呼ばれる）との間で、ＲＳＳＩ（受信信号強度指標）のメトリックによって得られる。同一身体ネットワークに関して複数のＲＳＳＩ値が得られるため、２つの位置特定手順が提案されている。第１の手順は、身体ネットワーク全体での平均ＲＳＳＩ値の計算をベースとしている。第２の手順は、各無線オブジェクトによって推定される様々な位置に基づいて得られる平均位置の計算をベースとしている。しかしながら、このソリューションが空間ダイバーシティを利用していても、複数の無線オブジェクトを身体全体に分散させることにより、距離の測定がオブジェクトとアンカーの間でのみ行われることから、協調スキームが限定され、このことから、精度および／またはカバレッジが不十分になることがある。

Ｈ． Ｒｅｎ， Ｍ．Ｑ． Ｍｅｎｇ， ａｎｄ Ｌ． Ｘｕ，「Ｉｎｄｏｏｒ Ｐａｔｉｅｎｔ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｂｏｄｙ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」 Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ２００７． ＥＭＢＳ ２００７． ２９ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ， ２００７年，２２７７〜２２８０頁では、著者らは、身体ネットワーク、すなわち、ＢＡＮの位置特定を行う技術を提案しており、各ＢＡＮは単一無線ノードからなる。この技術は、ＲＳＳＩメトリックとパーティクルフィルタの使用とをベースとしており、これによって、１）アンカー、または通信レンジ内にある他のＢＡＮに基づいて得られたＲＳＳＩの測定値、ならびに、２）対応する送信電力を結びつけることが可能になって、各無線身体ネットワークの位置の推定が可能になる。しかしながら、この手順では、ＢＡＮは、単一無線ノードのみで構成され、この場合、複雑な協調スキームを実施することはできない。最後に、使用されるメトリック（ＲＳＳＩ）は、やや不正確である。

Ｃ． Ｌｅｅ， Ｈ． Ｌｅｅ， ａｎｄ Ｊ． Ｋｉｍ，「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ ｏｎｅ−ｗａｙ ｒａｎｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ＷＢＡＮ ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ ｓｅｒｖｉｃｅｓ」 Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００９． ＩＳＣＩＴ ２００９． ９ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ， ２００９年，１４６０〜１４６３頁では、著者らは、ＴＤＯＡ（到達時間差）のメトリック、ならびに、単一無線ノードからなる身体ネットワークと、位置が既知であるアンカーのセットとの間の一方向測距方式の交換をベースとする位置特定技術の性能を評価している。その後、最小二乗手順を用いて、各身体ネットワークの位置を推定する。しかしながら、このソリューションは、位置特定中は協調スキームをまったく実施しない。

Ｆ． Ｃｈｉｔｉ， Ｒ． Ｆａｎｔａｃｃｉ， Ｆ． Ａｒｃｈｅｔｔｉ， Ｅ． Ｍｅｓｓｉｎａ， ａｎｄ Ｄ． Ｔｏｓｃａｎｉ，「Ａｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｅｘｔ Ａｗａｒｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｂｏｄｙ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」 ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， ｖｏｌ． ２７， Ｎｏ． ４，２００９年５月では、著者らは、医療用途のサポートのための「枠組」を提案している。このシステムは、複数のオブジェクトと、ノードＣＨ（クラスタヘッド）と、現在置かれている環境のレベルで配備されたセンサのネットワークと、で構成される無線身体ネットワークをベースとしている。このセンサネットワークは、主としてノードＣＨによって使用されて、医療情報の交換および自身の位置特定が可能になる。位置特定は、ノードＣＨとセンサネットワークのノード群との間のメトリックＤｏＡ（到達方向）の推定によって行われる。これらの、送信電力と組み合わせられたＤｏＡの測定値を、パーティクルフィルタおよび動的ベイジアンネットワークをベースとするアルゴリズムで用いて、ノードＣＨの位置を推定する。しかしながら、ここでも、この技術は、身体ネットワークの特質を利用しない。実際、ＢＡＮ（クラスタヘッド）のノードのうちの１つだけが、インフラストラクチャ（この例ではセンサネットワーク）と対話することにより、自身の位置特定を行うことが可能になる。ＢＡＮ内協調スキームも、ＢＡＮ間協調スキームも使用されない。さらに、距離測定は、ＲＳＳＩメトリックおよび到達方向に基づく。

いくつかの技術が、無線ネットワークにおける協調位置特定、より具体的には、無線身体ネットワーク、または人体上に配置されたノードの位置特定、追跡、およびモーションキャプチャに取り組んでいる。

第１の系列の技術は、主として、無線ネットワークにおける移動端末または固定端末の協調位置特定の課題を対象とする。特に引き合いに出されうるのは、米国特許出願公開第２００８／０２６８８７３号という公開番号で参照される米国特許第出願、ＷＯ２００４／０９５７１４という番号で公開されている国際特許出願、欧州特許出願公開第１２０７４０４号、および、米国特許出願公開第２００７／０２２５０１６号、同第２００８／０２３２２８１号、および同第２００２／００５５３６２号という番号で公開されている米国特許出願である。提案されている協調スキームは、主として、一方では、端末と、位置が既知であるアンカー（すなわち、基地局）との間の無線通信をベースとし、他方では、各種端末間の無線通信をベースとする。

第２の系列の技術は、より具体的には、屋内および／または屋外にいる人々の位置特定および／または追跡の課題、ならびに、身体上に配置されたデバイスによるモーションキャプチャを対象とする。

そこで、ＷＯ ２００８／１４３３７９およびＷＯ ２００５／０９６５６８という番号で公開されている国際特許出願で紹介されている各技術は、非協調の追跡および位置特定の手順を実施する。屋外にいる監督対象者の追跡は、身体上に配置されたＧＰＳモジュールおよびＧＳＭモジュールによって行われる。屋内での位置特定は、人体上に配置されて、ローカルネットワークとリンクされた基地局と通信する無線モジュールによって行われる。しかしながら、これらの技術は、一般に、正確な位置特定および／または良好な位置特定カバレッジを実現することを可能にしない。

米国特許出願公開第２００８／００７７３２６号で紹介されている技術は、ＧＰＳが利用可能でないリスクがある現場で従事する人々の位置特定および追跡を可能にするシステムおよび手順からなる。特に、各人（またはＢＡＮ）に無線モジュールが装着されていて、基地局、または地理的に近接している他の人々との通信が可能になっている。ＢＡＮ間距離の測定およびアンカーまでの距離の測定は、ＲＳＳＩメトリックによって行われ、被災ゾーン内の人々の移動の位置特定および追跡を可能にする。

米国特許出願公開第２００８／０２２３１３１号で紹介されている手順は、超音波ベースのシステムを用いて、移動している人物またはオブジェクトの動きをキャプチャする。人に装着された超音波送信機および超音波受信機自体が、ケーブルによって中央装置とリンクされる。距離測定値は、送信機および受信機の間のやりとりによって得られる。これらの測定値は、その後、慣性センサから発生するデータによって精緻化され、最終的に、人の動きをキャプチャすること、または特定の姿勢を検出することを可能にする。しかしながら、この紹介されている手順は、距離測定を網羅的に行うため、多数回の信号送信が必要である。さらに、この手順は、カバレッジおよび／または精度に関して不十分であることがわかる場合がある。

ＷＯ ２００７／０９３６４１という番号で公開されている国際特許出願で紹介されている発明は、少なくとも２つのソリッド要素と、これら２つの要素をリンクしている少なくとも１つの関節と、からなる関節チェーンの動きを表す情報を確定する自律システムに関する。このシステムは、デバイス間距離を測定する少なくとも２つのデバイスを含んでおり、これらのデバイスは、上記関節チェーンの２つの別個の要素に固定的に装着されて、得られた測定値を送信するように適合されている。さらに、このシステムは、計算手段を含んでおり、この計算手段は、上記関節チェーンに装着されて、上記関節チェーンの動きを表す情報を、測定値に基づいて計算するように適合されている。しかしながら、このシステムは、デバイス間の直線距離に重点を置いており、関節の動きを特定するために、非常に限定されたスポットにデバイスを配置するという制約があり、用途がモーションのキャプチャまたは再現に限定されている。

このように、無線身体ネットワークの位置特定用途の文脈では、既存のソリューションのほとんどが、単一無線オブジェクトからなるネットワークと、かなりシンプルな協調スキームとに基づいている。実際、同一ＢＡＮネットワークのオブジェクト間の協調（ＢＡＮ内協調）は存在せず、各種ＢＡＮネットワーク間の協調（ＢＡＮ間協調）は、概してクラスタヘッドまたはコーディネータノードとして選択される２つの無線オブジェクトの間の距離測定に限定されている。

さらに、自己組織化タイプまたはモーションキャプチャタイプの用途の文脈では、協調スキームは、同一ＢＡＮの各無線オブジェクトペアのオブジェクト間距離の網羅的測定を実施することに基づいている。さらに、ＢＡＮ間協調は存在せず、これらのオブジェクトの位置特定は、一般に仮想型である。

以上の分析から明らかなこととして、無線身体ネットワークの位置特定、自己組織化、またはモーションキャプチャの文脈で提案されているソリューションのほとんどは、過度に単純化されたＢＡＮ間協調スキーム（たとえば、２つのノードのみのノード間距離の測定）か、ＭＡＣ層の性能面をまったく考慮せずに網羅的距離測定を行うＢＡＮ内協調スキームしか実施しない。さらに、既存のソリューションのうち、様々なタイプのＢＡＮ内測定、ＢＡＮ間測定、およびアンカー−ＢＡＮ測定の同時併用を可能にするものはない。

本発明の目的は、移動体上に配置された送信機デバイスおよび／または受信機デバイスを高信頼性および高精度で位置特定する方法を提案することである。移動体は、たとえば、関節を有する移動生体（人体や動物体など）または無機体（ロボットや自動誘導車両など）である。この目的のための本発明の対象は、無線手段によって信号の送信および／または受信を行うことが可能ないくつかのノードを備える第１の移動体によって保有される複数のノードの協調位置特定方法であり、本方法は、前記複数ノードのうちの少なくとも１つの第１のノードについて、前記第１のノードを第２の複数ノードから隔てている距離を、前記無線手段を用いて測定するステップを含み、前記第２の複数ノードのそれぞれは、選択により、次の別々のタイプのエンティティ、すなわち、
●第１の移動体、
●前記移動体の送信レンジ内に離れて位置する固定式装置、
●第１の移動体の送信レンジ内に離れて位置する第２の移動体、
のいずれかによって保有されており、前記第２の複数ノードのすべてのうちの、前記距離測定に使用される少なくとも２つのノードが、別々のタイプの２つのエンティティによって、かつ／または、前記第２の移動体によって保有され、本方法は、前記測定値を利用して、少なくとも前記第１のノードの位置特定を、少なくとも前記第２の複数ノードのサブセットに対して行うステップを含み、本方法はさらに、移動体によって保有される前記複数ノードの少なくとも１つの他ノードの位置特定を、この他ノードを第３のノードから隔てている距離の少なくとも１つの測定値を利用して行うステップを含み、この第３のノードは前記第１のノードであることが可能であることを特徴とする。

本発明による方法は、用語の最も一般的な意味において、位置特定の、任意の（すべての）有用な目的（すなわち、相対位置特定、絶対位置特定、または単純な、追加の相対距離情報アイテムの取得）のために、特定の数の（たとえば、超広帯域（ＵＷＢ）無線技術に基づく）無線リンク、および特定の数の（最先端ではない協調スキームによる）距離測定値を結集することを可能にする。

移動体上に配置された無線オブジェクトは、無線周波数で通信することが好ましいが、音響リンクまたは光リンクも可能である。ＵＷＢの場合、通信しているエンティティのペアのエンティティ同士を隔てている距離を推定するために利用される無線メトリックは、飛行時間（ＴＯＦ）である。この飛行時間を、空気中の電磁波の速度の知識と組み合わせることにより、これら２つのエンティティの間の距離を算出することが可能になる。これらの距離測定値をアルゴリズムで利用することにより、身体上のオブジェクトの絶対位置または相対位置を推定することが可能になり、最終的に、屋内環境にある身体の全地球位置を推定することが可能になる。ＵＷＢ技術およびＴＯＦ型のメトリックが本発明のための優先的な手段のように見えるが、他の無線位置特定メトリックも適用可能であり、たとえば、（たとえば、Ｚｉｇｂｅｅなどの）狭帯域無線技術の場合は信号の受信電力（ＲＳＳＩ）に依存する無線位置特定メトリックも適用可能である。

本発明による協調位置特定方法の一実装によれば、第１のノードと、第１の移動体から離れたエンティティによって既に位置特定および保有されている第２のノードとの間の距離を測定する第１のステップが実行され、前記測定値に基づいて前記第１のノードの位置を推定する第２のステップが実行され、第２のステップの完了時点で、前記第１のノードの位置を所望の精度で特定することが可能になっていない場合に第３のステップが実行され、第３のステップは、第１のノードと、第１の移動体によって保有されていて第１のステップの完了時点で位置特定されている少なくとも１つの他ノードとの間の距離の少なくとも１つの測定を行うことを含み、その後、前記第１のノードの位置は、第１のステップおよび第３のステップから得られる距離測定値に基づいて推定される。この実装により、第３のステップが実行されない場合はエネルギの節約が可能になる。計算リソースの使用を制限するために、距離測定は選択的である。言い換えると、位置特定が可能になっていないノードだけが、他の、既に位置特定されているオブジェクトとの距離の測定を非協調様式で実施する。

本発明による協調位置特定方法の別の実装によれば、第１のステップが、第１のノードと第２のノードとの間の距離の測定値を取得することを含み、少なくとも１つの第２のノードが、第１の移動体によって保有され、少なくとも１つの他の第２のノードが、第１の移動体から離れたエンティティによって保有され、本方法は、前記距離測定値に基づいて第１のノードの位置を推定する第２のステップを実行する。この実装は、正確な位置特定の達成に有利である。この場合は、ＢＡＮ間測定、ＢＡＮ内測定、およびアンカー−ＢＡＮ測定をすべて同時に行うことが可能である。

本発明による協調位置特定方法の別の実装によれば、第１のノードと第２のノードとの間で送信される超広帯域信号の間接経路の飛行時間の少なくとも１つの測定が行われ、前記経路は、第１のノードと第２のノードとの間での、第１のノードを含む移動体の外部にある面からの１回の反射によって発生し、第２のノードは、選択によって、
○第１の移動体、
○前記移動体の送信レンジ内に離れて位置する固定式装置、
○第１の移動体の送信レンジ内に離れて位置する第２の移動体
に属し、前記飛行時間測定値を利用して、少なくとも第２のノードを基準とする第１のノードの位置を特定する。
本発明による方法のこの実装により、位置特定システムは、反射（たとえば、地面からの反射）に関連付けられたさらなる測定の恩恵を受けることが可能になる。

本発明による協調位置特定方法の別の実装によれば、距離測定は、第１のノードと第２のノードとが同期されている場合に第１のノードと第２のノードとの間で送信される信号の到達時間を測定すること、または、第１のノードと第２のノードとが同期されていない場合に第１のノードと第２のノードとの間で送信される信号のやりとりの到達時間を測定することによって行われる。このメトリックは、特に、精度に関して有利である。

本発明はまた、移動体の協調位置特定方法に関し、本方法は、前記移動体のいくつかのノードについて、前記ノードの位置を推定するために、上述のような協調ノード位置特定方法を実行する第１のステップと、前記位置を利用して前記移動体の位置を特定する第２のステップと、を含む。たとえば、移動体の位置は、複数ノードの位置の組み合わせの結果であることが可能である。したがって、本発明による方法によって、たとえば、既に存在する身体センサネットワークを流用してノードの位置を特定することが可能になる。

本発明はまた、上述のような協調ノード位置特定方法の実装に適したシステムに関し、本システムは、いくつかのノードを含む第１の移動体を含み、このいくつかのノードのうちの少なくとも１つのノードが信号を送信することが可能であり（たとえば、超広帯域無線周波数送信機）、前記ノードは、前記送信機によって送信された信号を受信することが可能な受信機を含む少なくとも１つの第２のノードの送信レンジ内にあり、第１の移動体は、送信機ノードの位置を計算する手段を備える。

上述のような協調ノード位置特定方法の実装に適したシステムの別の実施形態によれば、本システムは、いくつかのノードを含む第１の移動体を含み、このいくつかのノードのうちの少なくとも１つのノードが信号を受信することが可能であり（たとえば、超広帯域無線周波数受信機）、前記ノードは、信号の送信機を含む少なくとも１つの第２のノードの送信レンジ内にあり、本システムは、受信機ノードの位置を計算する手段を備える。

本発明による方法は、複数の用途の対象を形成することが可能である。これにより、ＢＡＮのいくつかのノードの位置を特定するにあたっては、ＢＡＮに関連付けられたローカル基準面を基準とすること、または、周囲のインフラストラクチャに拘束された基準面を基準とすること、または、最初のＢＡＮの地理的近傍で動いている別のＢＡＮに拘束された基準面を基準とすることが可能になる。これは、移動ＢＡＮのグループのナビゲーションを支援することが可能であり、各ノードの、他ノードを基準とする相対位置または絶対位置に応じた、ノードの自己組織化、自己構成を可能にする。本発明による方法を用いて、身体ネットワークの完全性をチェックしたり、人体の特定の姿勢を検出したりすることが可能である。より一般的には、本方法を用いて、任意選択で、おそらくは身体ネットワークの各ノードに既に組み込まれている慣性タイプのセンサの支援を受けながら、人体または特定の手足の動きを再構築することが可能である。

この後に続く、添付図面と関連して与えられる非限定的な実施例によって提供される詳細説明を読むことにより、他の特徴が明らかになるであろう。

運用状況での、本発明による一例示的デバイスを示す図である。 本発明によるデバイスのアーキテクチャを示す図である。 本発明による方法の各ステップを示す概略図である。 先行技術による一例示的身体ネットワーク（ＢＡＮ）を示す図である。 本発明によるデバイスのＢＡＮ内の仮想アンカーの使用を示す図である。 別々の移動体上に位置する２つのＢＡＮの間の「１対１」型のシンプルな協調の一例を示す図である。 別々の移動体上に位置するいくつかのＢＡＮの間の協調リンクの使用例を示す図である（図４ｂは「１対Ｎ」ＢＡＮ間協調であり、図４ｃは「Ｎ対Ｎ」ＢＡＮ間協調である）。 本発明によるデバイスの、いくつかの可能な構成を示す図である。 本発明によるデバイスの第１の実施形態を示す図である。 本発明によるデバイスの第２の実施形態を示す図である。 本発明によるデバイスの第３の実施形態を示す図である。 本発明による第１の例示的方法の配置／構成（８ａ）および各ステップ（８ｂ）を示す図である。 本発明による第２の例示的方法の配置／構成（９ａ）および各ステップ（９ｂ）を示す図である。 本発明による第３の例示的方法の配置／構成（１０ａ）および各ステップ（１０ｂ）を示す図である。 本発明による第４の例示的方法の配置／構成を示す図である。 ＢＡＮ内協調リンクを用いる、本発明によるデバイスによって達成される、ＢＡＮのノードの位置特定精度の向上を示すカーブである。 ＢＡＮ内協調リンクを用いる、本発明によるデバイスによる、ＢＡＮのノードの位置特定の成功率の向上を示すカーブである。 ＢＡＮ内の協調リンクの選択を用いる、本発明によるデバイスによる、ＢＡＮの各ノードの位置特定に必要な時間の低減を示すカーブである。 １つ以上の近接ＢＡＮにある協調リンクを用いる、本発明によるデバイスによって達成される、ＢＡＮのノードの位置特定率の向上を示すカーブである。 １つ以上の近接ＢＡＮにある協調リンクを用いる、本発明によるデバイスによる、ＢＡＮのノードの位置特定の成功率の向上を示すグラフである。 間接経路時間の少なくとも１つの測定値を利用する、本発明による方法の一実装の２つのフェーズを示す概略図である。 間接経路時間の少なくとも１つの測定値を利用する、本発明による方法によって実装される超広帯域受信機の一実施形態を示す図である。 地面からの反射に起因する一例示的間接経路を示す図である。 間接経路時間の少なくとも１つの測定値を利用する、本発明による方法の第１の実装を示す図である。 間接経路時間の少なくとも１つの測定値を利用する、本発明による方法の第２の実装を示す図である。 間接経路時間の少なくとも１つの測定値を利用する、本発明による方法の第３の実装を示す図である。 間接経路時間の少なくとも１つの測定値を利用する、本発明による方法の第４の実装を示す図である。

以下では、「協調ＢＡＮ位置特定」という表現は、同一人体上に位置する移動オブジェクトと、この同じ人体上、または、ある集団の人体上、またはインフラストラクチャのレベルに位置する他のオブジェクトとの間の距離の測定を実施する位置特定の一タイプを意味する。

「絶対位置」という表現は、所与の基準面内で計算されたノード位置を意味し、たとえば、ＧＰＳ型の位置、あるいは、（位置がアプリオリに既知であるアンカーを含む）インフラストラクチャを基準として計算される位置を意味する。

「相対位置」という表現は、絶対基準面を基準とせずに、他の（場合によっては移動しうる）エンティティ（ＢＡＮ、オブジェクト、その他）、あるいは、環境内の要素（たとえば、階層、部屋）を基準として定義されたノード位置を意味する。

第１のＢＡＮ「に地理的に近接しているＢＡＮ」、または第１のＢＡＮ「から離れているＢＡＮ」という表現は、第１のＢＡＮの通信レンジ内にあるＢＡＮを意味するものと理解されたい。

以下では、本発明による一例示的デバイスを、具体的かつ非限定的な文脈で、図１ａと併せて説明する。移動人体１０３が、身体ネットワーク１３０を形成している複数の通信ノード１３１、１３２、１３３を含んでおり、身体ネットワーク１３０は、身体ネットワーク（Ｂｏｄｙ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）を意味するＢＡＮ１３０という名前でも呼ばれる。これらのノード１３１、１３２、１３３は、それぞれ無線オブジェクトであり、これらは、送信機、受信機、または両者を一緒にしたものであってよい。この無線オブジェクトは、移動体の内部に、たとえば、インプラント形式で、固定することによって、あるいは、移動体の表面に、たとえば、人の手足のいずれかに直接接触させる形で、または人の衣服と一体化させる形で、固定することによって、同一ＢＡＮの各ノードが互いに対して可動であるようにしてよく、かつ、生体力学レベルの関係（たとえば、ノードが手に接触配置されていて、手は必然的に、手の動きの程度を制限する腕を介して人体にリンクされている）、または、これらのノードの移動度を管理する力学レベルの関係が存在するようにしてよく、これらの関係は、任意選択的に、本発明の枠組の範囲内で可動性である。本発明によるデバイスは、カバレッジを拡大して、ＢＡＮ１３０の１つ以上のノードの位置を正確に特定することを可能にしており、これは、特に、以下のノード間での協調位置特定方法を一緒に実装することによる、すなわち、
◆同一ＢＡＮ１３０のノード間。このタイプの協調方法を、以下では「ＢＡＮ内」協調方法と称する。
◆通信レンジ内に位置するＢＡＮに属するノード間。この実施例では、ＢＡＮ１３０に含まれる少なくとも１つのノードと、地理的に近接しているＢＡＮ１５０、１７０、１９０に含まれる少なくとも１つのノードとの間。このタイプの協調方法を、以下では「ＢＡＮ間」協調方法と称する。
したがって、ＢＡＮ１３０の各ノードの位置は、次のように特定される、すなわち、
◆任意選択で、既知の位置を有するか、特定可能になっている位置を有する、同一ＢＡＮ１３０のノードとの関連で、
◆周囲のＢＡＮ１５０、１７０、１９０のノードとの関連で。
ＢＡＮ内測定またはＢＡＮ間測定に役立っていた、周囲のＢＡＮ１５０、１７０、１９０に属するノード、または同一ＢＡＮ１３０の他のノードの絶対位置が特定されていない場合でも、複数の距離測定を行い、これらの測定値を組み合わせることにより、たとえば、１つのノードの、周囲の他ノードに対する相対位置（または相対距離）を示すことが可能になる。

たとえば、モーションキャプチャや、ネットワーク内の情報中継による送信の最適化のように、用途によっては、相対位置を特定すれば十分な場合がある。一方、絶対位置、すなわち、既知の地理的基準面（たとえば、ＷＧＳ８４測地基準面）内に配置可能な位置を得るために、本発明によるデバイスは、ＢＡＮ１３０のノード１３１、１３２、１３３とアンカー１１１、１１２、１１３、１１４（これらは、地理的位置が既知である、周囲の基地局である）との間の協調を実施することも可能である。

本発明による方法は、ＢＡＮの各ノードの部分的位置特定にも、完全位置特定にも、同様に良好に適用される。「部分的位置特定」という表現は、本発明による方法が、ＢＡＮの第１のノードの絶対位置、および、この第１のノードに対する、同ＢＡＮの他ノードの相対位置（または相対距離）を特定することを可能にするが、それらの他ノードの絶対位置を特定することができない状況を意味する。

図１ａの実施例は、３つのノード１３１、１３２、１３３からなるＢＡＮ１０３を示している。第１のノード１３１は、身体１０３の上部（たとえば、肩）に位置し、第１のアンカー１１１および第２の移動体１０５の通信レンジ内（たとえば、超広帯域無線ネットワークの場合には数十メートル以内）にある。第２のノード１３２は、身体１０３の中央付近（たとえば、腰）に位置し、第３の移動体１０７の通信レンジ内にある。第３のノード１３３は、身体１０３の下部（たとえば、足）に位置し、第２のアンカー１１２、第２の移動体１０５、および第４の移動体１０９の通信レンジ内にある。第２、第３、および第４の移動体１０５、１０７、１０９は、それぞれＢＡＮ１５０、１７０、１９０を含んでおり、これらも、本発明による方法を実施して、それぞれのノードの位置を特定することが可能である。言い換えると、本発明による複数のデバイス同士が協調することが可能であり、各ＢＡＮ１３０、１５０、１７０、１９０にあるノードは、同一ＢＡＮの他ノードまたは近接ＢＡＮのノードと対話することが可能である。

本発明による方法およびデバイスは、選択的測定を行うことにより、媒体アクセス層、すなわち、ＭＡＣ（「媒体アクセス制御」）層の性能に対する影響が小さくなるように構成可能である。

図１ｂは、本発明によるデバイスのアーキテクチャを図示している。デバイス１０１は、Ｎ個の通信ノードＸ_１、Ｘ_２、…、Ｘ_Ｎを備えた第１のＢＡＮ１３０を含んでいる（Ｎは２以上）。デバイス１０１は、Ｍ個の通信ノードＹ_１、Ｙ_２、…、Ｙ_Ｍを備えた少なくとも１つのリモート装置１０２（Ｍは１以上）の通信レンジ内に位置しており、このリモート装置１０２は、たとえば、固定アンカー、自身のＢＡＮを含む、本発明による別のデバイス、または、単一通信ノードを備えた移動体である。

図１ｂのデバイスは、アンカーとＢＡＮとの間の測定、ＢＡＮ内測定、およびＢＡＮ間測定のうちから少なくとも２タイプの距離測定の併用に依存する２つのフェーズで動作する。第１のフェーズでは、第１のＢＡＮ１３０の複数のノードＸ_１、Ｘ_２、…、Ｘ_Ｎが、このノードと、第１のＢＡＮ１３０または装置１０２のいずれかに属する第２のノードとの間の距離を少なくとも１回測定する。これは、行われるすべての距離測定のうち、少なくとも１回の測定が、リモート装置１０２に属する第２のノードＹ_１、Ｙ_２、…、Ｙ_Ｍと行われるようにする。これらの距離測定が行われた後、本デバイスは、第２のフェーズでこれらの距離測定値を用いて、第１のＢＡＮ１３０の通信ノードＸ_１、Ｘ_２、…、Ｘ_Ｎの位置を特定し、任意選択で、その特定結果から、第１のＢＡＮ１３０の位置を、装置１０２との関連で推定する。

図２は、本発明による方法の各ステップの概略図である。本発明による方法は、２つの主フェーズ２０１、２０２を含む。第１のフェーズ２０１は、距離を測定するフェーズであり、第２のフェーズ２０２は、これらの測定値を利用するフェーズである。これらの目的は、１つ以上の用途２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃで必要になる情報を提供することであり、それらの用途は、移動体の位置特定、および任意選択で、その移動体の時間経過追跡と、動きまたは姿勢のキャプチャと、身体ネットワークの自己組織化と、であり、言い換えると、身体ネットワークの自動配備を支援して、これを手動で構成することを不要にすることである。

第１のフェーズ２０１は、同一ＢＡＮのノード間の距離測定、異なるＢＡＮのノード間の距離測定、および任意選択で、ＢＡＮの少なくとも１つのノードと１つ以上のアンカーとの間の距離測定を含む。２つのノード間の距離測定は、これらのノード間での信号のやりとり、または２つのノード間での信号の、少なくとも１回の送信によって行うことが可能であり、様々なメトリックを用いて、ノード同士を隔てている距離を推定することが可能である。

２つの無線装置の間の距離の推定は、一般に、（頭字語ＴＯＦで呼ばれることもある）飛行時間の計算に基づき、かつ、空気中の波（たとえば、無線送信の場合の電磁波や音波）の速さの知識に基づく。飛行時間は、送信機と受信機とを隔てている距離を波が伝搬するのに要する時間を示す。有利には、超広帯域型の無線技術を用いることにより、ＴＯＦを非常に正確に測定することが可能になる。これは、信号分解能特性と、チャネル微細同期または時間表現機能とによるものである。

以下は、位置特定を行うために特に用いられうる時間的無線メトリック（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｒａｄｉｏ ｍｅｔｒｉｃｓ）である、すなわち、
◆ＴＯＦの値が、アプリオリに非同期である複数のデバイス（ノード）の間でのいくつかの信号（またはパケット）のやりとりに続く到達時間（ＴＯＡ）の測定によって決定される到達時間（ＴＯＡ）メトリック。これらの技術は、「２方向レンジング」、「３方向レンジング」、または「両面２方向レンジング」という用語で知られている。
◆ＴＯＦの値が、同期しているデバイスのペアのデバイス間での信号の送信に続く到達時間（ＴＯＡ）の測定によって決定される到達時間（ＴＯＡ）メトリック。この技術は、「１方向レンジング」という用語で知られ、２つの無線デバイスの間の同期は、当業者には知られている手順を用いて行われ、たとえば、ケーブルまたは追加無線リンクでこの２つの無線デバイスと物理的にリンクされたクロックおよび／または１つ以上のリモートトリガを用いて行われ、かつ、同じこれらの手段により２つの無線デバイスに同期「ピップ」を伝達することによって行われ、かつ／または、２つの無線デバイスのそれぞれに搭載されたＧＰＳ受信機の存在などによって行われる。
◆到達時間差（ＴＤＯＡ）メトリック。ＴＤＯＡは、実際の送信時点に関係なく等時性と見なされる（すなわち、同じ時間基準を共有する）複数の受信機による「１方向レンジング」の技術に従って到達時間（ＴＯＡ）の差を測定することによって得られる。

したがって、２つの装置の間の距離の測定値は、受信信号電力のようなタイプのメトリック（すなわち、ＲＳＳＩ（「受信信号強度指標」））を用いても得られる。しかしながら、受信信号電力に基づく距離推定は簡単ではない。特に、主にマスキング効果および高速フェージング現象によって無線送信チャネルが大きく変動する無線身体ネットワークに適用される場合には簡単ではない。さらに、ＲＳＳＩメトリックを使用する場合は、以下の知識が必要になる、すなわち、
◆一方では、送信機と受信機との間を電波が伝搬する距離と、その関数としての、送信される電力の減衰量（「経路損失」と呼ばれることもある）との関係を確立するモデル（たとえば、いわゆる「自由空間」伝搬の場合の平均減衰量のモデル）の知識、および、
◆他方では、この同じモデルに関する十分に正確なパラメータの知識（たとえば、減衰係数（すなわち、「経路損失指数」）、マスキング（すなわち、「シャドウイング」）および／または高速フェージング（すなわち、「小規模フェージング」）の各現象に関連する変動の標準偏差、基準距離での減衰量または受信された電力、または、実際には、送信電力、送信アンテナおよび受信アンテナの利得。これらのパラメータのほとんどは、主に伝搬環境に依存し、特に、距離測定が屋内で行われるか、屋外で行われるか、静止オブジェクトに対して行われるか、移動オブジェクトに対して行われるか、測定時に無線リンクの障害物があるかどうか、に依存する。結果として、本発明の枠組内では、最初の２つのメトリックＴＯＡおよびＴＤＯＡが好ましい。

本発明による方法の第２のフェーズ２０２は、上述の様々な協調方法（ＢＡＮ内、ＢＡＮ間、アンカー−ＢＡＮ）に従って第１のフェーズ２０１の間に得られた距離測定値を利用して、１つのＢＡＮまたは複数のＢＡＮの１つ以上のノードの相対位置または絶対位置を特定するフェーズである。

距離測定値に基づく位置特定に用いられるアルゴリズムとして、たとえば、非線形最適化法、線形化最小二乗行列手順、マルチラテレーションおよびトライラテレーション手順、カルマンフィルタ、パーティクルフィルタ（協調パーティクルフィルタを含む）などの既知アルゴリズムがある。このアルゴリズムは、入力として、利用可能な、かつ／または、選択された様々な距離測定値を取得し、出力として、所与の用途（たとえば、ナビゲーション、ＢＡＮの位置特定、モーションキャプチャ）に用いられる相対位置（たとえば、同一ＢＡＮの全移動ノード間の相対距離）、絶対位置などの、必要とされる様々な情報を返す。

図３ａは、先行技術による一例示的ＢＡＮを表しており、これを用いて、既知のＢＡＮにおいて遭遇される問題点を示す。距離の測定が、人体３００上に位置するＢＡＮの無線ノード３０１、３０２、３０３、３０４と、周囲空間内に位置する４つのアンカー３１１、３１２、３１３、３１４との間で行われる。距離測定値は、無線ノード間での信号のやりとりを経て得られるが、人体の動きによって誘起される高速フェージングおよびマスキング効果の現象は、これらの信号のやりとりを妨害することがあり、したがって、測定を妨害することがある。さらに、アンカー３１１、３１２、３１３、３１４に対する人体３００の向きによっては、得られる距離測定値は、不完全なものになることがあり、これは、たとえば、以下の理由による、すなわち、
◆ネットワークのトポロジの動的特性が特定の無線リンクの一時的消滅を引き起こすため。
◆非常に高いパケットエラーレート（ＰＥＲ）が存在するため（このＰＥＲは、復調エラーおよび／または同期エラーの後に送信されるデータパケットが失われる確率を表す）。これは、位置特定に有用なパケット（距離の測定値、および／または、（クロック「タイマ」の形での）距離または座標の測定または推定された量などの情報の送信）が失われることを意味する。
◆人体を通過する信号の減衰が大きいため。
◆送信電力が小さいことから、１つ以上のノードがアンカー３１１、３１２、３１３、３１４のレンジから外れるため。

一般に、（たとえば、トライラテレーション手法を用いて）ノードの３次元の非協調位置特定を行う場合は、ノード当たり４つの距離測定値が必要であり、２次元の位置特定を行う場合は、３つの測定値が必要である。したがって、図３ａに示したように、トライラテレーションアルゴリズムを用いた場合は、２つのノード３０１、３０２の位置特定のみが可能である。第１のノード３０１の２次元の位置は、この第１のノード３０１と３つのアンカー３１１、３１２、３１３との間で距離測定を行うことによって特定可能であり、第２のノード３０２の３次元の位置は、この第２のノード３０２と４つのアンカー３１１、３１２、３１３、３１４との間で距離測定を行うことによって特定可能である。得られる測定値の数が過度に少ない（３つより少ない）場合には、これらのアンカーの基準面内にある他の２つのノード３０３、３０４の絶対位置を特定することはできない。たとえば、身体３００上にある４つのノード３０１、３０２、３０３、３０４のうちの２つのノード３０３、３０４の位置を特定できないことは、このＢＡＮの位置を推定することに影響を及ぼす。これは、ＢＡＮの位置の推定が、たとえば、アンカーと関連するリンクに基づいて単独で位置特定することが可能になっている複数のノードの座標の重心を計算することによって行われる場合である。

図３ａのＢＡＮの上述の弱点を改善するための第１の手法として、アンカーと関連して既に存在するリンクと関連した、ＢＡＮ内型の協調方法がある。この協調方法は、ＢＡＮ内距離の測定、すなわち、同一ＢＡＮに属するノード間の距離の測定を実施する。

さらに、ＭＡＣ層の性能に対する影響（特に、ビットレート、エネルギ、レイテンシに関する影響）を制限する場合は、ノード間の無線リンクを、網羅的な形では考慮しない。実際、距離測定の第１のフェーズ２０１（図２を参照）の間は、無線リンクのサブセットだけを考慮する。このサブセットの一部を形成する無線リンクを選択するための十分な条件は、位置特定が可能になっていないノードと、位置特定が可能になっているノードと、の間のリンクだけを選択することである。したがって、（アンカーとの距離の測定によって）既に位置特定されているノードは、その後、「仮想アンカー」、すなわち、ＢＡＮから離れた装置の形で既に存在するアンカーと同様に、それぞれの順番において基準フレームとして使用可能なオブジェクトと見なされる。したがって、これらの仮想アンカーは、同じＢＡＮに属する特定ノードが、各自の位置を特定できるように使用することが可能になる。本発明による方法に従う別のソリューションは、前の協調方法の場合と厳密に同じ測定値を用いるが、すべての移動ノードの同時位置特定を確実に行う。これは、仮想アンカーの位置の中間的計算に頼らずに、使用可能な、かつ／または、選択された測定値を、位置特定または追跡の単一アルゴリズムステップに与えることにより、行う。

図３ｂは、本発明によるデバイスのＢＡＮ内での仮想アンカーの使用（言い換えると、ＢＡＮ内型の協調方法）を示す。ＢＡＮ３５０は、３つのノード３５１、３５２、３５３を含んでおり、４つのアンカー３６１、３６２、３６３、３６４に囲まれている。第１のノード３５１を第１のアンカー３６１、第２のアンカー３６２、および第４のアンカー３６４から隔てている各距離を測定することにより、この第１のノード３５１の位置を特定できるようにすることが可能になっている。一方、第２および第３のノード３５２、３５３を、それらのアンカーと関連するリンクだけで位置特定することはできない。これは、それらを第３および第４のアンカー３６３、３６４からそれぞれ隔てている各距離だけを測定することが可能になっているためである。

したがって、第２および第３のノード３５２、３５３の位置を特定するためには、図３ｂにおいて実線矢印で表されている、第１のノード３５１までの距離の測定を実施する。実際、第１のノード３５１の位置が特定されると、この第１のノード３５１は、他のノード３５２、３５３からは、追加アンカーと見なされる。アンカー３６３、３６４について既に得られた距離測定値、ならびに、第１のノード３５１からなる「仮想」アンカーまでの距離の追加測定値を合わせることにより、第２および第３のノード３５２、３５３の位置の推定を可能にするのに十分な数の測定値が利用可能になる。利用可能な測定値の数が、第２および第３のノード３５２、３５３の位置の推定を可能にするのには不十分な場合でも、追加で得られる距離測定値により、これらのノード３５２、３５３が位置しがちな地理的ゾーンを空間的に制限することが可能になる。

有利には、１つ以上の「仮想」アンカーに頼ることが必要になるのは、ＢＡＮ３５０に近接する装置で構成されるアンカー３６１、３６２、３６３、３６４との距離の測定値では位置特定が可能になっていないノードの場合だけである。したがって、本方法は、同一ＢＡＮのノード間の距離の選択的測定を伴う。この、ＢＡＮ内協調の方法は、無線ノードの空間ダイバーシティを利用することにより、各ノードペアのノード間距離の網羅的測定に頼らずに、したがって、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）の実施への影響を抑えて、ＢＡＮの位置特定のカバレッジおよび精度を最大化する。

図３ａのＢＡＮの上述の弱点を改善するための第２の手法として、異なる複数のＢＡＮに属するノード間の距離測定を実施する、ＢＡＮ間型の協調方法がある。先行技術において提案されているソリューションは、一般に、非常に限定されたノードペアのノード間の距離測定を実施することで間に合わせている。こうした従来のケースでは、ＢＡＮは、単一無線ノードで形成されていると見なされるか、または、ＢＡＮを形成しているノードのうちの（「クラスタヘッド」と呼ばれることもある）１つだけが、距離測定を実施することを認められている（または実施することが可能である）。

図４ａは、「１対１」型のシンプルな協調を示しており、これは、先行技術において既に用いられているソリューションと同様である。２つのＢＡＮ４０１、４０２が、互いに近接しながら、あちこち移動する。各ＢＡＮ４０１、４０２において、それぞれのノードのうちの１つがリーダノード４０５、４０６（すなわち、「クラスタヘッド」）として選択され、通信レンジ内にあるリーダノード４０５、４０６の間でのみ、距離測定が実施される。この協調方法は、空間ダイバーシティおよび情報冗長性を考慮することを可能にしない点で限定的であり、これらの考慮は、身体上に複数のノードが存在することで可能になる。

本発明による方法の第１のフェーズ２０１は、複数のＢＡＮの間での協調スキームの実施に好適であり、第１のＢＡＮの第１のノードと第２のＢＡＮの第２のノードとの間のシンプルな関係を用いるのではなく、それらのＢＡＮの複数のノードの間の距離の測定値を用いる。本発明による方法によれば、第１のＢＡＮの各ノードは、以下のものとの距離の測定を実施することが可能である、すなわち、
●地理的に近接している、言い換えると、第１のＢＡＮの通信レンジ内にある、複数のＢＡＮに位置する他ノード。
●周囲のインフラストラクチャ、すなわち、固定されたセンサネットワークの複数のアンカーまたはノードに属するノード。

図４ｂ、４ｃは、別々の移動体上に位置する複数のＢＡＮの間での協調リンクの使用を示す図である。図４ｂは、「１対ｎ」型の協調を示している。各ＢＡＮ４１１、４１２では、ノードの１つ４１５が、地理的に近接しているＢＡＮに含まれている他のすべてのノード４１６、４１７、４１８との距離の測定を実施することが可能になる。図４ｃは、「ｎ対ｎ」型の協調を示している。同一ＢＡＮ４２１のすべてのノード４２３、４２４、４２５が、地理的に近接しているＢＡＮ４２２に含まれているノード４２６、４２７、４２８との距離の測定を実施することが可能である。

したがって、近接ＢＡＮの１つ以上のノードを用いて、相補的な距離測定を実施することが可能である。ＢＡＮ間協調により、アンカーまたは基地局のレンジ外にいると考えられる人々は、これらの、地理的に近接している他のＢＡＮとの距離の測定値を利用することにより、自身の位置を特定することが可能になる。これらのＢＡＮ、または、これらのＢＡＮを形成しているノードは、たとえば、仮想アンカーの役割を果たすことが可能であり、これによって、位置特定カバレッジを増やすことが可能になる。なお、相補型距離測定の実施に使用可能であるように、ノードを仮想アンカー（すなわち、位置が特定されているノード）にすることは必須ではない。

図４−１、４−２、４−３、４−４、４−５は、本発明によるデバイスの、いくつかの可能な構成を示す図である。ＢＡＮを形成しうる複数のノードをそれぞれが含んでいる移動体が卵形で表されており、アンカーが四角形で表されており、×印はノードを表しており、直線は、距離の測定を目的とする通信リンクを表している。

図４−１では、第１の移動体４４１が２つのノード４４１ａ、４４１ｂを含んでおり、第１のノード４４１ａは、アンカー４４３との距離の測定を実施し、第２のノード４４１ｂは、第１の移動体４４１と近接しながらあちこち移動する第２の移動体４４２のノード４４２ａとの距離の測定を実施する。

図４−２では、移動体４５１が２つのノード４５１ａ、４５１ｂを含んでおり、第１のノード４５１ａは、アンカー４５３との距離の測定を実施し、第２のノード４５１ｂは、移動体４５１の第１のノード４５１ａとの距離の測定を実施する。

図４−３では、第１の移動体４６１が２つのノード４６１ａ、４６１ｂを含んでおり、第１のノード４６１ａは、第１の移動体４６１から離れている第２の移動体４６２のノード４６２ａとの距離の測定を実施し、第１の移動体４６１の第２のノード４６１ｂは、同じ移動体４６１の第１のノード４６１ａとの距離の測定を実施する。

図４−４では、第１の移動体４７１が２つのノード４７１ａ、４７１ｂを含んでおり、第１のノード４７１ａは、第１の移動体４７１から離れている第２の移動体４７２の第１のノード４７２ａとの距離の測定を実施し、第１の移動体４７１の第２のノード４７１ｂは、第２の移動体４７２の第２のノード４７２ｂとの距離の測定を実施する。

図４−５では、第１の移動体４８１が２つのノード４８１ａ、４８１ｂを含んでおり、第１のノード４８１ａは、第１の移動体４８１から離れている第２の移動体４８２のノード４８２ａとの距離の測定を実施し、第１の移動体４８１の第２のノード４８１ｂは、最初の２つの移動体４８１、４８２から離れてあちこち移動する第３の移動体４８４のノード４８４ａとの距離の測定を実施する。

図４−６では、第１の移動体４９１が２つのノード４９１ａ、４９１ｂを含んでおり、第１のノード４９１ａは、第１の移動体４９１から離れた第２の移動体４９２の第１のノード４９２ａとの距離の測定を実施し、さらに、第２の移動体４９２の第２のノード４９２ｂとの距離の測定を実施する。

図４−７では、第１の移動体４９１が２つのノード４９１ａ、４９１ｂを含んでおり、第１のノード４９１ａおよび第２のノード４９１ｂは、それぞれが、第１の移動体４９１から離れた第２の移動体４９２の第１のノード４９２ａとの距離の測定を実施し、さらに、第２の移動体４９２の第２のノード４９２ｂとの距離の測定を実施する。

図４−８では、第１の移動体４９１が２つのノード４９１ａ、４９１ｂを含んでおり、第１のノード４９１ａおよび第２のノード４９１ｂは、それぞれが、第１の移動体４９１から離れた第２の移動体４９２の第１のノード４９２ａとの距離の測定を実施し、さらに、第２の移動体４９２の第２のノード４９２ｂとの距離の測定を実施し、第１のノード４９１ａおよび第２のノード４９１ｂは、それぞれが、第１の移動体４９１から離れた第３の移動体４９３の第１のノード４９３ａとの距離の測定を実施し、さらに、第３の移動体４９３の第２のノード４９３ｂとの距離の測定を実施する。

上述のケースのそれぞれにおいて、異なる複数の要素に属するノードに対して行う距離測定を組み合わせることにより、第１の移動体４４１、４５１、４６１、４７１、４８１、４９１が保有するノードの位置特定のカバレッジおよび精度を向上させることが可能になる。

次に、本発明によるデバイスの非限定的な実施形態をいくつか紹介する。選択されるモードに応じて、各ノードは、送信機とすることも、受信機とすることも、同時に両方とすることもでき、距離メトリックは、様々とすることができ、たとえば、ＴＯＡ、ＴＤＯＡ、またはＲＳＳＩであり得る。さらに、本発明による方法の第２のフェーズ２０２（図２を参照）の間に、第１のフェーズ２０１の間に取得される距離測定値に基づいて実施される位置の計算は、集中化すること、すなわち、（たとえば、ＢＡＮ内のノードにある）単一の計算ユニットで実施することが可能であり、あるいは、分散化すること、言い換えると、分散しているいくつかの計算ユニット（たとえば、ＢＡＮのいくつかのノードにまたがって分散している複数の計算ユニット）で実施することが可能である。

図５は、本発明によるデバイスの第１の実施形態を示す。この、本発明によるデバイスは、図中で文字「Ｅ」で表されている、送信機であるノードで形成された移動ＢＡＮ５０１を含んでいる。移動ＢＡＮ５０１の通信レンジ内には、アンカー５１１、５１２、５１３、５１４と別の移動式装置５０２とがあり、それぞれは、図中で「Ｒ」で表されている、受信機の形の通信ノード、または、図中で「Ｅ／Ｒ」で表されている、送受信機の形の通信ノードを含んでおり、「送受信機」という表現は、信号の送信および受信が可能なノードを意味する。受信に適したこれらのノードは、移動ＢＡＮ５０１との無線周波数リンクを確保することを可能にし、最終的には、この移動ＢＡＮ５０１の送信機ノードの位置特定を可能にする。矢印付きダッシュ（ａｒｒｏｗｅｄ ｄａｓｈｅｓ）は、送信機によって送信される信号を表す。

図５の実施形態については、いくつかの位置特定メトリックが使用可能である。考えられる第１のメトリックは、ＴＤＯＡ手順であり、これは、「受信機」ノードおよび／または「送受信機」ノードを同期させることが必要である。第２のメトリックは、ＴＯＡメトリックである。これは、一方の側の送信機と、他方の側の受信機および／または送受信機とが、外部手段（たとえば、ＧＰＳまたは有線リンク）によって同期される場合に実施可能である。適用可能な第３のメトリックは、受信される無線電力（たとえば、ＲＳＳＩメトリック）に関連しており、当該環境のレベルに存在するデバイスを位置特定目的で同期させることをまったく必要としない（ただし、送信機と、受信機または送受信機との間での通信のための粗同期を除く）。この実施例では、移動ＢＡＮ５０１の各ノードの位置の計算は、集中方式で、かつ、インフラストラクチャのレベルで（すなわち、たとえば、アンカー５１１、５１２、５１３、５１４のレベルで）実施することが好ましい。

図６は、本発明によるデバイスの第２の実施形態を示す。この、本発明によるデバイスは、図中で文字「Ｒ」で表されている、受信機であるノードで形成された移動ＢＡＮ６０１を含んでいる。移動ＢＡＮ６０１の通信レンジ内には、アンカー６１１、６１２、６１３、６１４と別の移動式装置６０２とがあり、それぞれは、図中で「Ｅ」で表されている、受信機の形の通信ノード、または、図中で「Ｅ／Ｒ」で表されている、送受信機の形の通信ノードを含んでいる。送信に適したこれらのノードは、移動ＢＡＮ６０１との無線周波数リンクを確保することを可能にし、最終的には、この移動ＢＡＮ６０１の受信機ノードの位置特定を可能にする。矢印付きダッシュは、送信機によって送信される信号を表す。

図６の実施形態については、２つの主要な位置特定メトリックが使用可能である。考えられる第１のメトリックは、時間型のメトリックであり、たとえば、ＴＯＡメトリックまたはＴＤＯＡメトリックである。これらは、「送信機」ノードおよび／または「送受信機」ノードを同期させることを必要とする。第２のメトリックは、受信される無線電力（たとえば、ＲＳＳＩメトリック）に関連しており、当該環境のレベルに存在するデバイスを位置特定目的で同期させることをまったく必要としない（ただし、送信機と、受信機または送受信機との間での通信のための粗同期を除く）。この実施例では、移動ＢＡＮ６０１の各ノードの位置の計算は、移動ＢＡＮ６０１のレベルに埋め込まれた計算モジュール（図示せず）により、（ノードのレベルで集中化された方式で、または、ＢＡＮ６０１のいくつかのノードに分散した計算で）実施可能である。ＢＡＮ６０１の各ノードの位置の計算は、たとえば、移動ＢＡＮ６０１の受信機ノードのレベルで実施される距離測定の結果が、他の無線通信手段によってインフラストラクチャに伝達される場合にも、インフラストラクチャのレベルで実施可能である。

図７は、本発明によるデバイスの第３の実施形態を示す。この、本発明によるデバイスは、図中で文字「Ｅ／Ｒ」で表されている、送受信機であるノードで形成された移動ＢＡＮ７０１を含んでいる。移動ＢＡＮ７０１の通信レンジ内には、アンカー７１１、７１２、７１３、７１４と別の移動式装置７０２とがあり、それぞれは、図中で「Ｅ／Ｒ」で表されている、送受信機の形の通信ノードを含んでいる。ＴＯＡ、ＴＤＯＡ、およびＲＳＳＩの各メトリックは、この実施形態に使用可能であり、ＢＡＮ７０１の各ノードの位置の計算は、移動ＢＡＮ７０１のレベルで（ノードのレベルで集中化された方式で、または、ＢＡＮ７０１のいくつかのノードに分散した計算で）の実施と、インフラストラクチャのレベルでの実施とが同等に可能である。

さらに、図５、図６、および図７に示された実施例を組み合わせて、ＢＡＮが、たとえば、送信機ノードと受信機ノードとを含むようにすることが可能である。ＢＡＮの構成は、特に、目的となる用途、および、その用途に関係する制約（たとえば、消費電力やノードの同期）に応じて選択される。

本発明による方法の、さらに別の実施態様は、目的とする用途に応じた変形形態を形成することが可能である。使用される協調スキームの観点での可能な適応、ならびに、これらが用いられる順序を示すための、他のいくつかの非限定的な実施例を、以下の図において示す。

図８ａおよび８ｂは、本発明による第１の例示的方法におけるネットワーク構成およびステップを示しており、本方法では、インフラストラクチャを基準とする位置特定に加えて、ＢＡＮ内型の協調を利用することにより、エネルギ消費の制約が重要である状況において、ＢＡＮ８０１の各ノードの絶対位置を特定する。距離測定値は、ノード間の信号送信によって取得されるので、エネルギ消費を抑えるためには、これらの送信の回数を最小限にすることが妥当である。したがって、距離測定の実施順序が重要である。

図８ａおよび８ｂの実施例では、第１のステップ８１１で、アンカー８０５、８０６、８０７、８０８とＢＡＮの各ノードとの間で距離測定を実施して、これらのノードの、インフラストラクチャを基準とする位置を特定する。この第１のステップが完了した時点では、ＢＡＮ８０１の特定ノード８２１、８２２のみが位置特定することができ、他のノード８２３、８２４の位置を特定することは可能になっていない。これは、特に、無線チャネルのレベルにおいて、特に、衝突および干渉によって、あるいは、信号対ノイズ比が悪すぎるために発生した損失によるものである。

第２のステップ８１２は、構成８１１によって特徴付けられている第１のステップが完了した時点でＢＡＮの特定ノードの位置特定が可能になっていない場合のみ実行され、このステップでは、網羅的に、ではなく、選択的に、距離測定を実施する。より正確に言えば、図８ａにおいて破線で表された、ＢＡＮ内距離の測定を、第１のステップ８１１の間に位置特定が可能になっていない第１のノード８２３、８２４と、アンカーとの距離の測定によって既に位置特定されている第２のノード８２１、８２２との間で実施する。信号のやりとりを制限してエネルギ消費を抑えるために、いくつかの協調リンクを意図的に犠牲にする。

任意選択の第３のステップでは、ＢＡＮの全地球位置を推定する。これは、たとえば、位置が推定済みであるノードの座標の重心を計算することによって行う。

より正確に言えば、図８ｂは、この第１の実施例による位置特定方法のフローを示している。

まず、８５１において、ＢＡＮ８０１（図８ａを参照）の各ノードと、周囲のアンカー８０５、８０６、８０７、８０８との間で、距離測定を実施する。距離測定は、たとえば、ＢＡＮ８０１の各ノードと各アンカーとの間で無線周波数信号を送信またはやりとりする第１のステップ８５１ａと、送信またはやりとりされた信号に基づいて、上述の無線位置特定メトリックのいずれかを用いて距離を評価する第２のステップ８５１ｂとを含んでいる。これらの距離測定を実施した後、これらの距離測定値を組み合わせることにより、ＢＡＮ８０１の各ノードの位置を推定するステップ８５２を実行する。この推定ステップ８５２が完了した時点で、テスト８５３を実行して、ＢＡＮのすべてのノードの位置特定が可能になっているかどうかを確認する。ＢＡＮ８０１のすべてのノードが位置特定されている場合は、各ノードの推定済みの位置を組み合わせることにより、ＢＡＮ８０１の全地球位置を推定するステップ８６０を実行することが可能である。これに対し、ＢＡＮ８０１のいくつかのノードの位置特定が可能になっていない場合は、８５４において、ＢＡＮ８０１内でＢＡＮ内測定を実施する。その後、各ノードの位置を推定する前ステップ８５２の間に位置特定されていなかったノードの位置を推定する補足的ステップ８５５を実行する。この補足的推定ステップ８５５が完了した時点で、ＢＡＮ８０１の全地球位置を推定するステップ８６０を実行することが可能であり、これは、補足的推定ステップ８５５の間に、特に、ＢＡＮ８０１の、より正確な全地球的推定位置を得るように、各ノード位置が特定されることから恩恵を得ている。

図９ａおよび９ｂは、本発明による第２の例示的方法におけるネットワーク構成およびステップを示しており、本方法では、インフラストラクチャを基準とする位置特定に加えて、ＢＡＮ内型の協調およびＢＡＮ間型の協調を一緒に利用することにより、エネルギ消費の制約が重要である状況において、ＢＡＮ９０１の各ノードの絶対位置を特定する。図８ａ、８ｂの第１の実施例と同様に、エネルギ消費を制限するためには、距離測定の実施順序が重要である。

第１のステップ９１１は、図８ａの第１のステップ８１１と同じである。ＢＡＮ９０１のノード９２１、９２２、９２３、９２４と周囲のアンカー９０５、９０６、９０７、９０８との間で距離測定を実施して、これらのアンカー９０５、９０６、９０７、９０８からなるインフラストラクチャとの関連で、いくつかのノードの位置を特定する。

第２のステップ９１２では、２タイプの距離測定を同時に実施する。第１のタイプの測定は、図９ａにおいて破線で表されており、これは、図８に示されたＢＡＮ内協調と同様の方式でＢＡＮ９０１のノード間で測定を行うことを必要とする。第２のタイプの測定は、第１のＢＡＮ９０１と第２のＢＡＮ９０２との間の実線で表されており、これは、第１のステップ９０１の間に位置特定が可能になっていない、第１のＢＡＮ９０１のノード９２３、９２４と、第１のＢＡＮ９０１の通信レンジ内にある別のＢＡＮ９０２のノード９３１、９３２、９３３との間で、ＢＡＮ間型の距離測定を行うことを必要とする。これらのＢＡＮ内協調およびＢＡＮ間協調を組み合わせて、ＢＡＮ９０１の位置特定済みノードの数を最大化し、ＢＡＮ９０１の各ノードの位置の推定を精緻化する。

より正確に言えば、図９ｂは、この第２の実施例による位置特定方法のフローを示している。

まず、９５１において、第１のＢＡＮ９０１（図９ａを参照）の各ノードと、周囲のアンカー９０５、９０６、９０７、９０８との間で、距離測定を実施する。距離測定は、たとえば、第１のＢＡＮ９０１の各ノードと各アンカーとの間で無線周波数信号を送信する第１のステップ９５１ａと、上述のメトリックのいずれかを用いて距離を評価する第２のステップ９５１ｂとを含んでいる。これらの距離測定を実施した後、これらの距離測定値を組み合わせることにより、ＢＡＮ９０１の各ノードの位置を推定するステップ９５２を実行する。この推定ステップ９５２が完了した時点で、テスト９５３を実行して、ＢＡＮのすべてのノードの位置特定が可能になっているかどうかを確認する。第１のＢＡＮ９０１のすべてのノードが位置特定されている場合は、各ノードの推定済みの位置を組み合わせることにより、第１のＢＡＮ９０１の全地球位置を推定するステップ９６０を実行することが可能である。これに対し、第１のＢＡＮ９０１のいくつかのノードの位置特定が可能になっていない場合は、９５４において、ＢＡＮ９０１内でＢＡＮ内測定を実施する。並行して、第１のＢＡＮ９０１と第２のＢＡＮ９０２との間で、ＢＡＮ間測定９５４’を実施する。その後、各ノードの位置を推定する前ステップ９５２の間に位置特定されていなかったノードの位置を推定する補足的ステップ９５５を実行する。この補足的推定ステップ９５５が完了した時点で、ＢＡＮ８０１の全地球位置を推定するステップ９６０を実行することが可能であり、これは、補足的推定ステップ９５５の間に、特に、第１のＢＡＮ９０１の、より正確な全地球的推定位置を得るように、各ノード位置が特定されることから恩恵を得ている。

図１０ａおよび１０ｂは、本発明による第３の例示的方法におけるネットワーク構成およびステップを示しており、本方法では、インフラストラクチャを基準とする位置特定に加えて、ＢＡＮ内型の協調およびＢＡＮ間型の協調を一緒に利用することにより、精度の制約が重要である状況において、ＢＡＮ１００１の各ノードの絶対位置を特定する。そして、実施可能なすべての距離測定を考慮に入れる。

したがって、距離測定は、ＢＡＮ１００１の各ノードと以下のものとの間で、同時に、網羅的に、かつ、達成可能な送信リンクの限界において（すなわち、制限された接続性の条件下で）実施する、すなわち、
◆通信レンジ内にあるすべてのアンカー１００５、１００６、１００７、１００８、
◆ＢＡＮ１００１のすべての他ノード（ＢＡＮ内協調）。これらの距離測定は、図１０ａでは破線で表されている、
◆通信レンジ内にあるＢＡＮ１００２、１００３に含まれるすべてのノード（ＢＡＮ間協調）。
本発明による方法をこのように実施する場合、測定の実行順序は重要ではない。これは、各ノードの位置を推定するためにすべての測定値を同時に利用するためである。この実施例では、エネルギ消費に弊害があっても位置特定の精度を上げるために、すべての協調リンク（ＢＡＮ内、ＢＡＮ間、およびアンカー１００５、１００６、１００７、１００８を一緒に考慮する。

図１０ｂは、より正確にこの第３の実施例による位置特定方法のフローを示している。

まず、１０１１において、距離測定のステップ１０５１、１０５２、１０５３を、並行して、または順次的に、ただし網羅的に、実施する。ステップ１０５１は、ＢＡＮ１００１とアンカー１００５、１００６、１００７、１００８との間の測定に関連し、別の、実施されるステップ１０５２は、ＢＡＮ内測定に関連し、さらに別の、実施されるステップは、ＢＡＮ１００１と、他のＢＡＮ１００２、１００３との間のＢＡＮ間測定に関連する。これらの距離測定ステップ１０５１、１０５２、１０５３が完了した時点で、ＢＡＮ１００１の各ノードの位置を推定するステップ１０５５を実行し、次に、ＢＡＮ１００１の全地球位置を推定する、任意選択のステップ１０６０を実行する。

図１１は、図１０ａ、１０ｂに示された第３の実施例による方法の複数使用を示す。本方法では、インフラストラクチャを基準とする位置特定に加えて、ＢＡＮ内型の協調およびＢＡＮ間型の協調を一緒に利用することにより、精度の制約が非常に重要である状況において、いくつかのＢＡＮ１１０１、１１０２、１１０３の各ノードの絶対位置を同時に特定する。

上述の第３の実施例の各ステップが、ＢＡＮ１１０１、１１０２、１１０３のそれぞれによって実行され、各ＢＡＮが網羅的測定を同時に行うことによって、それぞれのノードの位置を推定する。

したがって、高精度であることが必要なのか、低エネルギ消費および低レイテンシであることが必要なのかに応じて、絶対位置特定が必要なのか、相対位置特定が必要なのか、に応じて、実施すべき距離測定が網羅的であるか選択的であるか、組み合わせるべき協調スキームのタイプ（ＢＡＮ内とＢＡＮ間、アンカー−ＢＡＮとＢＡＮ間、アンカー−ＢＡＮとＢＡＮ間、アンカー−ＢＡＮとＢＡＮ内とＢＡＮ間）、ならびに、これらのスキームの実施順序を様々に選択する。

まとめると、特に、以下のように実施モードを決定することが可能である、すなわち、
●低エネルギ消費が必要な場合は、選択的モードの距離測定を選択することが好ましく、かつ、
○絶対位置特定が必要な場合は、アンカーとの距離の測定を最初に伴う協調スキームを選択し、
○相対位置特定が必要な場合は、ＢＡＮ内スキームとＢＡＮ間スキームとの組み合わせを選択する。
●高精度が必要な場合は、網羅的モードの距離測定を選択し、かつ、
○絶対位置特定が必要な場合は、順序に関係なく、使用可能なすべての協調スキーム（アンカー−ＢＡＮとＢＡＮ内とＢＡＮ間）を含み、
○相対位置特定が必要な場合は、ＢＡＮ内スキームとＢＡＮ間スキームとの組み合わせを選択する。

図１２ａおよび１２ｂは、ＢＡＮ内の協調リンク、言い換えると、ＢＡＮ内型の協調方法を用いて、本発明によるデバイスによって達成された位置特定精度の向上を表すカーブを示す。この実施例において想定されているのは、リアルな移動性モデルに従って屋内のあちこちを移動する無線身体ネットワーク（すなわち、ＢＡＮ）である。
このＢＡＮは、可変個数の無線センサで構成され、各センサは、アンカーとの距離の測定を実施することに加えて、次の３つの位置特定プロトコルを実装する。
●第１のプロトコルは、人体上に位置する複数のセンサの空間ダイバーシティを利用するが、ＢＡＮ内協調を実施しない（センサ間の距離を測定しない）。
●第２のプロトコルは、選択的距離測定を伴うＢＡＮ内協調スキームを実施する（複数のセンサのサブセットのセンサ間の距離を測定する）。
●第３のプロトコルは、すべての可能なセンサペアのセンサ間距離の網羅的測定を伴うＢＡＮ内協調スキームを実施する。
この実施例では、ＢＡＮの全地球位置の推定は、身体ネットワークを構成する各ノードの推定された座標の重心を計算することによって行われる。

より正確に言えば、図１２ａは、ＢＡＮ当たりのセンサ個数（２個から１６個）に対するＢＡＮの位置特定の平均誤差を示しており、図１２ｂは、飛行時間の推定誤差（１ｃｍから１５ｍ）に対するＢＡＮの位置特定の平均誤差を示している。実線のカーブ１２１１、１２２１は、ＢＡＮがＢＡＮ内型の協調方法から恩恵を受けていない場合を示しており、破線のカーブ１２１２、１２２２は、ＢＡＮが網羅的ＢＡＮ内型の協調方法から恩恵を受けている場合を示しており、カーブ１２１３、１２２３は、ＢＡＮが選択的ＢＡＮ内型の協調方法から恩恵を受けている場合を示している。網羅的アプローチは、使用可能なすべての距離測定値を考慮することになり、ノードの位置特定のために選択されたアルゴリズムがすべてのノードに適用される。言い換えると、網羅的アプローチの場合は、距離測定値の数が不十分な（たとえば、平面内で２個以下である）ノードであっても位置特定され、これが誤差につながることがある。これに対し、選択的アプローチの場合は、距離測定値の数が十分である（たとえば、平面内で３個以上である）ノードだけが位置特定され、そうでないノードは位置特定されない。したがって、選択的アプローチは、網羅的アプローチに比べて、より高精度の位置特定の達成を可能にする。

図１２ａに示されたように、ＢＡＮのセンサ数が多いほど、身体ネットワークの位置特定誤差は小さい。さらに、図１２ａおよび図１２ｂによれば、選択的ＢＡＮ内型または網羅的ＢＡＮ内型の協調は、ＢＡＮの全地球的位置特定の精度をかなり向上させることを可能にする。この向上は、特に、多様な距離測定値により、空間ダイバーシティおよび情報冗長性をよりよく利用することによって達成される。この冗長性は、様々な（ただし、１つ以上の同じノードを含む）リンクに関連付けられた複数の距離測定値がこれらのノードの位置に関する多量の相互情報を含んでいる（すなわち、同一位置が複数の距離で存在しうる）という事実によるものである。空間ダイバーシティは、移動体当たり複数のオブジェクト（送信機および／または受信機）を分散させて、それぞれが異なる伝搬状態を示す、統計的に独立した複数の無線リンクを確保することにより（すなわち、１つのノードから複数の近接ノードへのリンク、または複数のノードから同一近接ノードへのリンクの場合に）、必然的に達成される。したがって、たとえば、オブジェクトの１つが、アンカーから見てマスクされている場合には、この同じアンカーから見て可視である別のオブジェクトが存在して、そのアンカーとの距離の測定値が得られるようにすることが可能である。したがって、身体当たりのオブジェクト数が多いほど、距離測定の成功率は高い。

図１２ｃは、ＢＡＮ内で協調リンクを用いる、本発明によるデバイスによる、ＢＡＮのノードの位置特定の成功率の向上を表すカーブを示す。ノードの位置特定が成功と見なされるのは、位置特定誤差が、目的の用途に応じて定義された特定の閾値より小さい場合である（図１２ｃの実施例では、閾値は２ｍに定義されている）。第１のカーブ１２３１は、協調方法を用いないＢＡＮの場合を示しており、第２のカーブ１２３２は、選択的な協調方法を用いたＢＡＮの場合を示しており、第３のカーブ１２３３は、網羅的な協調方法を用いたＢＡＮの場合を示している。図１２ｃによれば、ＢＡＮ内型の協調は、特に飛行時間推定誤差が５０ｃｍを超える場合のカバレッジ率の向上を可能にする。

図１２ｄは、用いられる手順ごとの、ＢＡＮのノードの位置特定に必要な遅延を表すカーブを示す。図１２ｄの実施例は、「３方向レンジング」タイプのやりとり、および、８０２．１５．４「ビーコン対応」タイプのプロトコル層または「媒体アクセス制御」（ＭＡＣ）のやりとりに相当する。なお、ここでは、位置特定に必要な距離測定値の取得に関連する遅延のみを考慮しており、アルゴリズムおよび計算プラットフォームの選択に依存する処理時間は考慮に入れていない。このタイプのプロトコル層は、コーディネータノードの存在を前提としており、コーディネータノードは、周期的に「ビーコン」（言い換えると、特定のシグナリングおよび同期パケット）を送信することにより、ベースノードのスーパフレームの（このビーコンと同期された後の）開始範囲を定め、このスーパフレーム内で各ノードの送信を調整する。ビーコン対応型のＭＡＣ層は、特に、Ｍ． Ｍａｍａｎ， Ｆ． Ｄｅｈｍａｓ， Ｒ． Ｄ'Ｅｒｒｉｃｏ， ａｎｄ Ｌ． Ｏｕｖｒｙ，「Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ａ ＴＤＭＡ ＭＡＣ ｆｏｒ Ｂｏｄｙ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｍｏｄｅｌ」 Ｔｈｅ ２０ｔｈ Ｐｅｒｓｏｎａｌ， Ｉｎｄｏｏｒ ａｎｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ （ＰＩＭＲＣ ２００９），日本，東京，２００９年９月の主題になっている。

距離測定値は、信号（またはパケット）のノード間送信によって得られるため、位置特定プロトコルは、媒体アクセス制御（ＯＳＩモデルの第２層）のレベルで達成される性能に対して無視できない影響を及ぼし、特に、無線位置特定メトリックの測定値の使用可能性（たとえば、「２方向レンジング」型のプロトコルスキームにおいてやりとりされるパケットのＴＯＡの推定に基づく、ポイントツーポイント距離測定のためのリソースの割り当て）および／またはそれらの同じ測定値のリフレッシュレートに関して、無視できない影響を及ぼす。

第１のカーブ１２４１は、協調方法を用いないＢＡＮの場合を示しており、第２のカーブ１２４２は、選択的な協調方法を用いたＢＡＮの場合を示しており、第３のカーブ１２４３は、網羅的な協調方法を用いたＢＡＮの場合を示している。図１２ｄによれば、網羅的なＢＡＮ内協調の場合、データ取得遅延が非常に長く、「歩行者ナビゲーション」タイプのリアルタイム用途では禁止的になる可能性すらある。これに対し、本発明による、選択的ＢＡＮ内協調の実施は、限られたリソース（すなわち、専用時間間隔の割り当てによって有効になる、いくらかの無線リンクまたは測定値）を、これらのリソースが必要になった場合のみ結集することにより、エネルギの節約が可能になるという点で、本質的に節約的である。このアプローチにより、ここでの実施例では、遅延の半減が達成可能になる。

図１３ａおよび図１３ｂは、１つ以上の近接ＢＡＮにある協調リンクを用いる、本発明によるデバイスによって達成される、ＢＡＮのノードの位置特定率の向上を表すカーブを示す。これらの実施例では、リアルな移動性モデルに従って屋内環境内のあちこちを移動する無線身体ネットワークの一群が想定されている。

図１３ａのケースでは、飛行時間推定誤差は３ｃｍに等しいと想定しており、図１３ｂのケースでは、飛行時間推定誤差は３ｍに等しいと想定している。縦座標軸は、自身の位置特定に成功していないＢＡＮのパーセンテージを表しており（位置特定誤差の最大閾値は考慮していない）、横座標軸は、群当たりのＢＡＮの数（２から１６の範囲）を表している。

第１のカーブ１３１１、１３２１は、協調方法を用いないＢＡＮの場合を示しており、第２のカーブ１３１２、１３２２は、「１対ｎ」型の協調方法を用いたＢＡＮの場合を示しており、第３のカーブ１３１３、１３２３は、「ｎ対ｎ」型の協調方法を用いたＢＡＮの場合を示している。図１３ａ、１３ｂからわかるように、ＢＡＮ間協調を用いない場合の位置特定の失敗率は、平均で２５％に等しい。ＢＡＮ間協調スキームを実施した場合、この率は、「１対１」型の協調では２０％未満まで減少し、「ｎ対ｎ」型の協調では１０％未満まで減少する。

図１３ｃおよび図１３ｄは、１つ以上の近接ＢＡＮにある協調リンクを用いる、本発明によるデバイスによる、ＢＡＮのノードの位置特定の成功率の向上を表すグラフを示す。縦座標軸は、達成される位置特定率を表しており、横座標軸は、群当たりのＢＡＮの数を表している。図１３ｃのケースでは、飛行時間推定誤差は３ｃｍに等しいと想定しており、図１３ｄのケースでは、飛行時間推定誤差は３ｍに等しいと想定している。

第１のヒストグラム１３３１、１３４１は、「１対ｎ」型の協調方法を用いたＢＡＮの場合を示しており、第３のカーブ１３３２、１３４２は、「ｎ対ｎ」型の協調方法を用いたＢＡＮの場合を示している。図１３ｃおよび図１３ｄは、位置特定成功率に関して、ＢＡＮ間協調によって達成される向上を、ＢＡＮ間協調を用いない場合と対比して目立たせている。これらのＢＡＮ間協調スキームによって達成可能な向上は、協調を用いない場合に比べて、１０％から９０％の範囲で様々である。この向上は、特に、群当たりのＢＡＮの数と、協調モードが「１対１」か「ｎ対ｎ」かによって変わる。

本発明による方法の一実装によれば、本方法はさらに、ＢＡＮの第１のノードと第２のノードとの間で送信される超広帯域信号の間接経路の飛行時間を測定するステップを含んでおり、上記経路は、第１のノードと第２のノードとの間にある、ＢＡＮをサポートしている移動体の外部にある面での単一反射によって発生しており、第２のノードは、選択により、以下のいずれかに属する、すなわち、
○第１のノードを擁するＢＡＮ
○上記身体から離れている固定式装置
○第２のＢＡＮ
１つ以上の間接経路時間測定を実施することの利点は、反射に関連する追加測定によって、位置特定システムが、特に以下に示される恩恵を、より低コストで得られることである、すなわち、
◆距離測定が不十分な場合に現れうる幾何学的曖昧さが排除される、
◆得られる測定値の冗長性および豊富さによって位置特定の精度が向上する、または、
◆身体の幾何学的制約および／または生体力学的制約に応じた相対的位置特定が可能である。

ここで、この後に用いるいくつかの用語および表現を定義しておく。「単純反射」という表現は、連続して何度も反射した信号ではなく、１回の反射を意味するものと理解されたい。「時間再現可能（ｔｉｍｅ−ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｌｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）」という表現は、さらにすべてのものが等しい場合に、反射信号が再送信された場合には必ず、時間が経過してもまったく同じ再現が可能な反射を意味するものと理解されたい。「空間再現可能」という表現は、信号が再送信された場合には必ず、（要素移動性（ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）に従って）空間的にまったく同じ再現が可能な反射を意味するものと理解されたい。これは、特に、床または天井からの反射に関する場合である。この再現性はさらに、バウンドの可能性、または波伝搬路の受信の時点（または一時的な期間）を予測する可能性を含む。「追跡アルゴリズム」という表現は、たとえば、時間の経過に対する位置（または１つ以上の経路、または速度、または加速度）の追跡（たとえば、動的位置特定）を可能にするアルゴリズムを意味するものと理解されたい。そのようなアルゴリズムの一例が、カルマンフィルタである。

この後に示す実施例は、人体に関する例示であるが、他のタイプの有機体や無機体（ロボットや自動誘導式の乗り物など）も用いてよい。

図１４は、間接経路時間の測定値を利用する、本発明による方法の２つの主要フェーズ１５０１、１５０２を示す概略図である。

第１のフェーズ１５０１は、多経路チャネルのイメージを再現することが可能な（言い換えると、波伝搬チャネルのインパルス応答を推定することが可能な）ＵＷＢ受信機を利用し、単純反射、時間再現可能反射、および空間再現可能反射（たとえば、床、天井、あるいは、壁や家具からの反射）によって発生する少なくとも１つの経路の到達時間を推定するアルゴリズムを実行する。したがって、第１のフェーズ１５０１は、ノードによって受信される無線電気信号１５１１に基づいて、それぞれが波伝搬路（間接（または二次）経路であるこれらの経路のうちの少なくとも１つの経路）に対応する１つ以上の到達時間推定値ＴＯＡ_１、…、ＴＯＡ_ｎを与える。

その後、第２のフェーズ１５０２は、位置特定および／または追跡アルゴリズムを通して、到達時間推定値ＴＯＡ_１、…、ＴＯＡ_ｎを利用して、位置特定されるべきノードを、相対的または絶対的に追跡または位置特定する。

以下、第１のフェーズ１５０１について詳述する。ＵＷＢ信号の受信に関しては、コヒーレント受信および非コヒーレント受信という２つの技術カテゴリを区別することが可能である。

コヒーレント受信技術では、スライディング相関に依存することが可能である。これによって、準最適性能が達成可能になる。パルスの到達時点に応じて、非常に短い観察窓を配置し、受信された信号とパターン（すなわち、送信された信号の推定）との間の相関率の計算を実施する。この技術は、場合によっては、かなり複雑になる可能性があり、かなり強い同期制約を必要とし、これはエネルギ制約のあるシステムにはあまり適していない。

非コヒーレント受信技術では、受信された信号のエンベロープの振幅を所与の閾値と比較することにより、その信号のエネルギを検出する。この技術は、信号電力の積分間隔に応じて、少なくとも２つの変形形態が可能である。第１の変形形態によれば、積分は、チャネルのインパルス応答の多経路の時間的広がり（ＲＭＳ遅延スプレッドとも呼ばれる）（すなわち、屋内で約２０から８０ｎｓ）の期間にわたって行われる。第２の変形形態によれば、積分は、送信されたＵＷＢパルスの規模（すなわち、約数ｎｓ）で行われる。第１の変形形態は、エネルギの最大値を復元することを可能にするため、通信用途に、より適しており、一方、第２の手順は、ＵＷＢ信号の高時間分解能をよりよく利用することを可能にするため、チャネルを位置特定または推定する用途に、より適している。

送信機ノードとＵＷＢ受信機ノードとの間の無線リンクが解析可能であるためには、ＵＷＢ受信機のレベルでの多経路伝搬チャネルのイメージの再構築が十分正確であることが重要である。したがって、どの技術を採用する場合でも、この、無線電気信号１５１１を受信する第１のステップの最後において、ＵＷＢ受信機ノードは、２つのＵＷＢ送受信機ノードの間で想定される無線リンクに対応する多経路チャネルのイメージをベースバンドで有しなければならず、直接経路および再現可能反射に関連する経路にそれぞれ対応する到達時間を抽出することが可能でなければならない。

図１５は、間接経路時間の少なくとも１つの測定値を利用する方法によって実装される超広帯域受信機の一実施形態を示す。受信機１６００は、第１の増幅モジュール１６０１を含んでおり、これは、受信された信号を増幅し、ベースバンドへの変換を行うモジュール１６０２へ供給する。モジュール１６０２は、受信され周波数置換された信号をアナログデジタル変換器１６０３に与える。アナログデジタル変換器１６０３は、その信号を少なくともナイキスト周波数でサンプリングする。アナログデジタル変換器１６０３は、変換結果を、一方でインパルス応答を推定するモジュール１６０４に供給し、他方でＲＡＫＥ受信機１６０５に供給する。ＲＡＫＥ受信機（またはフィンガ型受信機）は、一方で、受信したいくつかのエコーを位相結合することによって多経路の影響を打ち消すことを可能にし、他方で信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を向上させることによって、信号の検出性／同期／復調を改善する（チャネルに適合されたフィルタを含む）最適受信機である。ＲＡＫＥ受信機から発生する信号は、その後、ブロック１６０７で、送信されていた有用データを復元するためにデコードされる。並行して、アナログデジタル変換器１６０３は、変換結果を、チャネルインパルス応答を推定するモジュール１６０４にも供給し、その推定結果は、経路を抽出するモジュール１６０６によって利用される。

直接経路および一連の再現可能間接経路（床、天井などからの反射）に対応する到達時間を抽出するステップ１６０６は、特に、障害物がある状況（すなわち、ＮＬＯＳ状況）における非常に高いレートの無線リンクによって特徴付けられる無線身体ネットワークの文脈においては、困難である可能性がある。

直接経路に関して到達時間を推定することは、既知のアルゴリズムによって可能である。特に、Ｊ． Ｈｏｇｂｏｒｎ，「Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｗｉｔｈ ａ Ｎｏｎ−Ｒｅｇｕｌａｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ Ｂａｓｅｌｉｎｅｓ」 Ａｓｔｒｏｎ． ａｎｄ Ａｓｔｒｏｐｈｙｓ． Ｓｕｐｐｌ． Ｓｅｒ， ｖｏｌ． １５， １９７４年で発表されたＣＬＥＡＮアルゴリズムに基づく一般化最大尤度（ＧＭＬ）アルゴリズムが挙げられる。

さらに、単純反射および再現可能反射によって発生する経路の抽出を容易にすることが可能であり、これは、たとえば、（利用可能な最後の位置または同期に基づく）直接経路の時間的位置の知識に基づいて、かつ／または、環境の幾何学的形状のアプリオリな知識に基づいて、かつ／または、幾何学的制約および生体力学的制約（たとえば、身体上の送信機ノードおよび／または受信機ノードの配置、ならびに、地面に対する身体の高さ）に基づいて、窓形成または経路追跡を適用することにより可能である。窓形成は、チャネルのインパルス応答の一部分だけを選択することである。実際、移動体（または無線ノード）の高さの知識、および反射の性質（床、天井、その他）の知識によって、そのような反射経路によってトラバース可能な最大距離が算出される。この後、無関係な経路を排除するために、チャネルのインパルス応答に時間窓形成を適用することが可能である。単純反射によって発生する二次経路の抽出も、追跡アルゴリズムによって実施することが可能であり、追跡アルゴリズムは、これらの経路の（既に推定されている）直前の時間的位置の知識に基づいて、これらの経路の現在位置を推定する。

なお、経路を抽出するステップの間に、ＬＯＳ状況とＮＬＯＳ状況との弁別を容易にするために、かつ／または、位置特定アルゴリズムを支援してその精度を上げるために、無線メトリック（たとえば、「ＲＭＳ遅延スプレッド」など）を活用しようとすることも可能である。この「遅延スプレッド」メトリックは、多経路に関連する、遅延の有意な時間的広がり（すなわち、拡散）を評価することを可能にする。この広がりは、無線リンクに障害物がある状況（すなわち、ＮＬＯＳ状況）において増える傾向があり、チャネル状態を決定するツールを構成する。

第２のフェーズ１５０２（図１４を参照）では、第１のフェーズ１５０１で発生した、直接経路、ならびに、一連の単純反射、時間再現可能反射、および空間再現可能反射に対応する到達時間測定値ＴＯＡ_１、…、ＴＯＡ_ｎを利用して、１つ以上の移動体ネットワークの各ノードを位置特定または追跡する。

非限定的な例示として、この後に想定する到達時間は、直接経路と、地面からの反射によって発生する経路とに関連する到達時間であるが、他のタイプの経路を考慮に入れてもよく、たとえば、天井からの反射や、（各ノードが環境の事前知識を有していると仮定して）他の障害物（壁や周囲の物体など）に関連する反射をを考慮に入れてもよい。

図１６は、地面からの反射に起因する一例示的間接経路を示す。送信機ノード１７０１から受信機ノード１７０２へ、無線電気信号が送信される。２つのノード１７０１、１７０２の間の第１の経路１７１１は、直接経路であり、言い換えると、２つのノードをリンクする直線セグメントである。図１６において一点鎖線で表されている第２の経路１７１２は、地面１７２０からの反射によって発生した間接経路である。地面に対する第２の経路１７１２の入射角Θ１と反射角Θ２は等しいことを思い出されたい。

上述のようにＵＷＢ受信機を使用することにより、受信機ノード１７０２は、チャネルのインパルス応答の少なくとも一部分を推定すること、ならびに、直接経路１７１１および間接経路１７１２にそれぞれ対応する到達時間ＴＯＡ_１およびＴＯＡ_２を抽出することが可能である。

３次元基準系で表される座標を考えることにより、かつ、各ノードが同期されていると仮定することにより、到達時間と、各ノードの距離および座標との関係を、次式のように表すことが可能である。

ただし、
●Ｄ_０は、送信機１７０１と受信機１７０２との間の地上距離を表す。
●Ｄ_１は、直接経路１７１１の長さを表す。
●Ｒ_１は、間接経路１７１２の長さを表す。
●ｃは、電磁波の速度を表す。
●ＴＯＡ_１およびＴＯＡ_２は、第１の経路１７１１および第２の経路１７１２に沿って伝搬する各信号の飛行時間に相当する到達時間の測定値である。
●ｈ_１およびｈ_２は、送信機１７０１および受信機１７０２がそれぞれ位置している高さである。

この実施例は、非同期系のケースに拡張することが可能であり、そのケースでは、到達時間の推定に加えて、飛行時間が、Ｎ方向レンジング型のプロトコル（たとえば、Ｄ． Ｍａｃａｇｎａｎｏ ａｎｄ Ａｌ．，「ＭＡＣ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｒａｃｋｉｎｇ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」， Ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ４ｔｈ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ， Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ （ＷＰＮＣ），２００７年３月で発表されているものなど）によって推定される。

この局面で、受信機ノード１７０２は、これら２つの距離測定値を利用して、送信機ノード１７０１と関連する、受信機ノード１７０２の絶対位置または相対位置の計算を精緻化することが可能である。

この位置特定および／または追跡アルゴリズムは、様々な距離測定値および関連するメトリックを入力として取得し、所与の用途（たとえば、ナビゲーション、位置特定、モーションキャプチャ）に必要な情報（たとえば、相対位置、絶対位置）を出力として提供する。受信機ノード１７０２の位置特定または追跡を実施するために使用可能なアルゴリズムはいくつかあり、特に、非線形最適化アルゴリズム、線形化最小二乗手順、トライラテレーション手順、カルマンフィルタ（拡張カルマンフィルタ（ＥＫＦ）を含む）、およびパーティクルフィルタが使用可能である。

次に、間接経路時間の測定値を利用する、本発明による方法のいくつかの実装を、制限的でなく網羅的でもない様式で例示する。簡略化するために、以下では、間接経路は地面からの反射によるものとする。

図１７ａおよび図１７ｂは、間接経路時間の測定値を利用する、本発明による方法の第１の実装を示しており、この実装では、身体に装着された第２のノード１８０２の位置特定を、同じ身体に装着された第１のノード１８０１との関連で実施する。

この実施例では、ノード１８０１、１８０２は、動いている人体１８００に装着されている。第１のノード１８０１の位置は、身体に対してローカルな基準面において、または、既存の任意の基準面との関連で、既知であるものとする。第１のノード１８０１は、第２のノード１８０２へ信号を送信する。第２のノード１８０２は、一方では直接経路の長さＤ_１を推定し、他方では地面１８４０からの反射の結果である間接経路の長さＲ_１を推定することにより、本発明による方法を実行する。

この実施例では、地面１８４０からの反射に対応する間接経路Ｒ_１の長さの測定値は、第１のノード１８０１の高さの約２倍に相当する。そして、第２のノード１８０２は、第１のノード１８０１を通る水平面に近接して位置していると推定することが可能である。さらに、直接経路の長さＤ_１の測定値が身体の股関節部の幅より大きいことから、第２のノード１８０２は、第１のノード１８０１の右にある手首の高さに位置していると推定することが可能である。

したがって、図１７ａに示されたように、直接経路の長さＤ_１の測定値だけでは、第２のノード１８０２を位置特定することは可能にならない。これは、第２のノード１８０２が、図１８ａに破線で表された、第１のノード１８０１を中心とする、半径Ｄ_１の球１８１１の表面上に位置していると考えられるためである。同じ無線リンクに関して、地面からの反射による、追加の飛行時間測定値を考慮することにより、第２のノード１８０２は、幾何学的かつ／または生体力学的な関係および制約によって、自身の相対位置または絶対位置を推定するために利用可能な情報をさらに有する。図１７ｂに示されたように、第２のノード１８０２は、第１のノード１８０１を中心とする、半径Ｄ_１の第１の球１８１１と、地面１８４０上の反射点１８５０を中心とする第２の球１８１２との交点に位置する。各経路（直接および間接）の飛行時間の測定値の数が多いほど、第２のノード１８０２の位置特定の精度に関しては好ましいことは明らかであろう。

なお、本発明による方法の別の実装によれば、第１のノード１８０１に信号を送信するのが第２のノード１８０２であり、そして、経路に関連付けられた飛行時間を、別の通信リンクから第２のノード１８０２へ再送信することが可能である。

図１８ａおよび図１８ｂは、間接経路時間の少なくとも１つの測定値を利用する、本発明による方法の第２の実装を示す。この実施例では、３つのノード１９０１、１９０２、１９０３が、人体１９００に装着されている。第１のノード１９０１および第３のノード１９０３は、位置が既知である。この方法は、第１および第３のノード１９０１、１９０３を基準とする第２のノード１９０２の位置を特定するために用いられる。

第１のノード１９０１は、第２のノード１９０２へ信号を送信し、第３のノード１９０３も、第２のノード１９０２へ信号を送信する。その後、第２のノード１９０２は、第１のノード１９０１と第２のノード１９０２との間の直接経路の長さＤ_１と、地面１９４０からの反射の結果である、第１のノード１９０１と第２のノード１９０２との間の間接経路の長さＲ_１と、第３のノードと第２のノード１９０２との間の直接経路の長さＤ_３と、を推定することにより、本発明による方法を実行する。

図１８ａに示されたように、直接経路Ｄ_１およびＤ_３の長さの測定値だけでは、第２のノード１９０２の位置を正確に推定することは可能にならない。これは、特定の幾何学的曖昧さが残っているためである。図１８ａの実施例では、第１のノード１９０１を中心とする、半径Ｄ１の第１の球１９１１と、第３のノード１９０３を中心とする、半径Ｄ３の第２の球１９１２との交点をマーキングしている点の高さで、第２のノード１９０２を位置特定することが可能である。間接経路の長さＲ_１の追加測定値により、特定の幾何学的曖昧さを排除して、第２のノード１９０２をより正確に位置特定することが可能である。これは、地上の反射点１９５０を中心とする第３の球１９１３の表面という形で新たな位置特定制約が追加されるためである。

図１９は、間接経路時間の少なくとも１つの測定値を利用する、本発明による方法の第３の実装を示しており、この実装では、同一身体に装着されていて、それぞれの位置がアプリオリに未知である一連のノードを、相対的に位置特定する。

この実施例では、３つのノード２００１、２００２、２００３が、人体２０００に装着されている。この方法は、各ノードの位置特定を、他の２つを基準にして行う。この実施例では、各ノードペアのノード間で信号を送信し、以下のように経路長を測定する、すなわち、
●第２のノード２００２と第３のノード２００３との間で、直接経路の長さＤ_２、および地面２０４０から反射された間接経路の長さＲ_２を推定する。
●第１のノード２００１と第３のノード２００３との間で、直接経路の長さＤ_３を推定する（この実施例では、これら２つのノードの間で間接経路の測定を行わない）。
●第１のノード２００１と第２のノード２００２との間で、地面２０４０から反射された間接経路の長さＲ_１を推定する（この実施例では、これら２つのノードの間で直接経路の測定を行わない）。

（特に地面からの反射に関連付けられた経路長Ｒ_１、Ｒ_２の測定値を考慮することによる）ＵＷＢチャネルの多経路ダイバーシティの利用により、直接経路に関連付けられた測定値のみに依存する場合に発生しうる幾何学的曖昧さを最小限に抑えることが可能になる。したがって、各ノードの位置特定を、互いを基準にして相対的に再構築することが可能である。

このタイプの完全に相対的な位置特定は、様々な用途に有用となる可能性があり、たとえば、人の動きの再構築、人へのノード装着の確認、これらのノードによって形成されるネットワークの完全性の検証などの用途に有用となる可能性がある。

図２０ａおよび図２０ｂは、間接経路時間の少なくとも１つの測定値を利用する、本発明による方法の第４の実装を示しており、この実装では、移動ノード２１０２の位置特定を、通信レンジ内に位置する他のノード２１０１、２１０３との関連で実施する。

図２０ａの実施例では、第１のノード２１０１および第２のノード２１０２が第１の人体２１１０上に位置しており、第３のノード２１０３が、第２のノード２１０２の通信レンジ内の第２の人体２１２０上に位置している。第１のノード２１０１および第３のノード２１０３の位置は既知である。目的は、第２のノード２１０２の位置を特定することである。そこで、経路長の測定を、以下のように実施する、すなわち、
●第１のノード２１０１と第２のノード２１０２との間で、直接経路の長さＤ_１、および地面２１４０から反射された間接経路の長さＲ_１を推定する（ＢＡＮ内測定）。
●第３のノード２１０３と第２のノード２１０２との間で、直接経路の長さＤ_３、および地面２１４０から反射された間接経路の長さＲ_３を推定する（ＢＡＮ間測定）。

図２０ａの実施例で行われるすべての測定は、同一身体ネットワーク（第１の人体２１１０に関連付けられたＢＡＮ）内のノード間での信号送信によるものである。これらの測定値Ｄ_１、Ｒ_１、Ｄ_３、Ｒ_３は、ＢＡＮ内測定値と呼ばれ、第２のノード２１０２の位置特定に利用される。

図２０ｂの実施例では、第１のノード２１０１、第２のノード２１０２、および第３のノード２１０３が、第１の身体２１１０上に位置しており、第１の身体２１１０は、「アンカー」とも呼ばれる固定基地局２１３０の通信レンジ内を動き回る。基地局２１３０は、ノード２１０４を含んでいる。目的は、第２のノード２１０２の絶対位置を特定することである。そこで、経路長の測定を、以下のように実施する、すなわち、
●第１のノード２１０１と第２のノード２１０２との間で、直接経路の長さＤ_１、および地面２１４０から反射された間接経路の長さＲ_１を推定する（ＢＡＮ内測定）。
●第３のノード２１０３と第２のノード２１０２との間で、直接経路の長さＤ_３、および地面２１４０から反射された間接経路の長さＲ_３を推定する（ＢＡＮ内測定）。
●アンカー２１３０のノード２１０４と第２のノード２１０２との間で、直接経路の長さＤ４、および地面２１４０から反射された間接経路の長さＲ４を推定する（アンカー−ＢＡＮ測定）。

この場合も、第２のノード２１０２は、位置特定または追跡アルゴリズム（たとえば、トライラテレーション手順、最小二乗手順、フィルタリング）を用い、間接経路の長さＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３の測定値を利用して、自身の位置特定の精度を上げることが可能である。

本発明による方法およびデバイスは、たとえば、コストや消費電力が制約要因にならない軍事用途、セキュリティ用途、またはレスキュー用途で用いることが可能である。より一般的には、本発明による方法およびデバイスは、一般大衆向けに、たとえば、モーションキャプチャ、姿勢検出、ナビゲーション、オブジェクトのペアのオブジェクト間のポイントツーポイントリンクを必要とする拡張ソーシャルネットワーク、および地理的位置特定サービスに向けて、企図されたデバイスにおいて使用可能である。たとえば、本発明によるデバイスは、衛星位置特定デバイスが使用できない建物、たとえば、商業地区、空港、博物館、工場地区、または役所など、の中を動き回る移動集団の位置特定を可能にすることができる。これによって、ユーザが、あるゾーンに位置して、たとえば、関心のある行程を決定したり、強化されたリアリティ技術の恩恵を受けたりすることが可能となるようにできる。

Claims (8)

1. 無線手段によって信号の送信および／または受信を行うことが可能ないくつかのノードを備える第１の移動体によって保有される複数のノード（４４１ａ、４４１ｂ、４５１ａ、４６１ａ、４７１ａ、４７１ｂ、４８１ａ、４８１ｂ、４９１ａ、４９１ｂ）の協調位置特定方法であって、前記方法は、前記複数ノードのうちの少なくとも１つの第１のノードについて、前記第１のノードを第２の複数ノード（４５１ｂ、４５３、４６１ｂ、４６２ａ、４９２ａ、４９２ｂ、４９３ａ、４９３ｂ）から隔てている距離を、前記無線手段を用いて測定するステップを含み、前記第２の複数ノードのそれぞれは、選択により、次の別々のタイプのエンティティ、すなわち、
   ●前記第１の移動体（４５１、４６１）、
   ●前記移動体の送信レンジ内に離れて位置する固定式装置（４４３、４５３）、
   ●前記第１の移動体の送信レンジ内に離れて位置する第２の移動体（４４２、４６２、４７２、４８２、４８４、４９２、４９３）
   のいずれかによって保有されており、前記第２の複数ノードのすべてのうちの、前記距離測定に使用される少なくとも２つのノードが、別々のタイプの２つのエンティティによって、かつ／または、前記第２の移動体（４７２、４９２）によって保有され、前記方法は、前記測定値を利用して、少なくとも前記第１のノードの位置特定を、少なくとも前記第２の複数ノードのサブセットに対して行うステップを含み、前記方法はさらに、前記移動体によって保有される前記複数ノード（４４１ａ、４４１ｂ、４５１ａ、４６１ａ、４７１ａ、４７１ｂ、４８１ａ、４８１ｂ、４９１ａ、４９１ｂ）の少なくとも１つの他ノード（４５１ｂ、４６１ｂ、４９１ｂ）の位置特定を、この他ノードを第３のノード（４５１ａ、４６１ａ、４９２ａ、４９２ｂ、４９３ａ、４９３ｂ）から隔てている距離の少なくとも１つの測定値を利用して行うステップを含み、この第３のノードは前記第１のノードであることが可能であることを特徴とする方法。
2. 前記第１のノードと、前記第１の移動体から離れたエンティティによって既に位置特定および保有されている第２のノードとの間の距離を測定する第１のステップ（８５１）が実行され、前記測定値に基づいて前記第１のノードの位置を推定する第２のステップ（８５２）が実行され、前記第２のステップ（８５２）の完了時点で、前記第１のノードの位置を所望の精度で特定することが可能になっていない場合に第３のステップ（８５４）が実行され、前記第３のステップ（８５４）は、前記第１のノードと、前記第１の移動体によって保有されていて前記第１のステップ（８５１）の完了時点で位置特定されている少なくとも１つの他ノードとの間の距離の少なくとも１つの測定を行うことを含み、その後、前記第１のノードの位置は、前記第１のステップ（８５１）および前記第３のステップ（８５４）から得られる距離測定値に基づいて推定される、請求項１に記載の協調位置特定方法。
3. 第１のステップ（１０５１、１０５２、１０５３）が、前記第１のノードと前記第２のノードとの間の距離の測定値を取得することを含み、少なくとも１つの第２のノードが、前記第１の移動体によって保有され、少なくとも１つの他の第２のノードが、前記第１の移動体から離れたエンティティによって保有され、前記方法は、前記距離測定値に基づいて前記第１のノードの位置を推定する第２のステップ（１０５５）を実行する、請求項１に記載の協調位置特定方法。
4. 前記第１のノード（１８０２、１９０２、２００２、２１０２）と第２のノード（１８０１、１９０１、１９０３、２００１、２００３、２１０１、２１０３、２００４）との間で送信される超広帯域信号の間接経路の飛行時間の少なくとも１つの測定が行われ、前記経路は、前記第１のノードと前記第２のノードとの間での、前記第１のノードを含む前記移動体の外部にある面（１８４０、１９４０、２０４０、２１４０）からの１回の反射によって発生し、前記第２のノードは、選択によって、
   ○前記第１の移動体（１８００、１９００、２０００、２１１０）、
   ○前記移動体の送信レンジ内に離れて位置する固定式装置（２１３０）、
   ○前記第１の移動体の送信レンジ内に離れて位置する第２の移動体（２１２０）
   に属し、前記飛行時間測定値を利用して、少なくとも前記第２のノードに対する前記第１のノードの位置を特定する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の協調位置特定方法。
5. 前記距離測定は、前記第１のノードと第２のノードとが同期されている場合に前記第１のノードと前記第２のノードとの間で送信される信号の到達時間を測定すること、または、前記第１のノードと第２のノードとが同期されていない場合に前記第１のノードと前記第２のノードとの間で送信される信号のやりとりの到達時間を測定することによって行われる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の協調位置特定方法。
6. 移動体の協調位置特定方法であって、前記移動体のいくつかのノードについて、前記ノードの位置を推定するために、請求項１〜６のいずれか一項に記載の、ノードの協調位置特定を行う第１のステップと、前記位置を利用して前記移動体の位置を特定する第２のステップと、を含む方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法の実装に適したシステムであって、前記システムは、いくつかのノードを含む第１の移動体（５０１、７０１）を含み、前記いくつかのノードのうちの少なくとも１つのノード（Ｅ、Ｅ／Ｒ）が信号を送信することが可能、たとえば、超広帯域無線周波数送信機、であり、前記ノード（Ｅ、Ｅ／Ｒ）は、前記送信機によって送信された信号を受信することが可能な受信機を含む少なくとも１つの第２のノード（５１１、５１２、５１３、５１４、７１１、７１２、７１３、７１４）の送信レンジ内にあり、前記第１の移動体は、前記送信機ノードの位置を計算する手段を備える、システム。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法の実装に適したシステムであって、前記システムは、いくつかのノードを含む第１の移動体（５０１、７０１）を含み、前記いくつかのノードのうちの少なくとも１つのノード（Ｒ、Ｅ／Ｒ）が信号を受信することが可能、たとえば、超広帯域無線周波数受信機、であり、前記ノード（Ｒ、Ｅ／Ｒ）は、信号の送信機を含む少なくとも１つの第２のノード（６１１、６１２、６１３、６１４、７１１、７１２、７１３、７１４）の送信レンジ内にあり、前記システムは、前記受信機ノードの位置を計算する手段を備える、システム。

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