JP2018197717A - 位置推定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[1.1.無線ネットワークの構成]
図1は、本発明の実施の形態に係る無線ネットワーク100の構成を示す概略図である。図1に示すように、無線ネットワーク100は、無線ノードS−1,S−2,・・・,S−kと、シンク4と、位置推定装置5とを備える。kは5以上の整数である。
図3は、図1に示す無線ノードS−1の構成を示す機能ブロック図である。図3に示すように、無線ノードS−1は、アンテナ11と、送受信部12と、制御部13とを含む。
図4は、図1に示すシンク4の構成を示す機能ブロック図である。図4に示すように、シンク4は、アンテナ41と、送受信部42と、制御部43とを含む。
図5は、図1に示す位置推定装置5の構成を示す機能ブロック図である。図に示すように、位置推定装置5は、取得部51と、対称面決定部52と、仮想ノード情報生成部53と、トポロジ生成部54と、自己位置生成部55と、仮想ノード位置生成部56と、位置更新部57と、変換部58と、トポロジ矛盾判定部59と、を備える。
位置推定装置5は、上述のように、無線ノードの仮の自己位置が設定される暫定座標系において、仮想ノードを配置する。位置推定装置5は、無線ノード及び仮想ノードの各々の隣接ノード情報を用いて、無線ノードの位置を推定する。以下、位置推定装置5が、無線ノードの位置を推定するにあたり,仮想ノードを使用する理由を説明する。
無線ノードS−1〜S−kを施設の屋内における略直方体空間に配置した場合において、無線ノードS−1〜S−kの位置を、従来の位置推定方法を用いて推定した場合、無線ノードS−1〜S−kの位置推定精度が低下することがある。
図8は、無線通信空間10における無線ノードの配置の一例を示す図である。図8において、無線ノードS−1,S−3,S−4がアンカーノードであり、無線通信空間10における床面10Aに配置されている。床面10Aは、太い実線で示されている。
[3.1隣接ノード情報の取得]
図10は、位置推定装置5の動作を示すフローチャートである。以下、図10を参照しながら、位置推定装置5が無線ノードの位置を推定する動作について詳しく説明する。
仮想ノード情報生成部53は、無線ノードの隣接ノード情報を取得部51から受け、その受けた隣接ノード情報に基づいて、仮想ノードの隣接ノード情報を生成する(ステップS502)。仮想ノード情報生成部53は、その生成した仮想ノードの隣接ノード情報をトポロジ生成部54に出力する。
トポロジ生成部54は、無線ノードの隣接ノード情報を取得部51から受け、仮想ノードの隣接ノード情報を仮想ノード情報生成部53から受ける。トポロジ生成部54は、その受けた無線ノードの隣接ノード情報及び仮想ノードの隣接ノード情報に基づいて、無線ノード及び仮想ノードの各々に対応するトポロジを生成する(ステップS503)。トポロジ生成部54は、その生成したトポロジを位置更新部57へ出力する。
(1)位置推定対象ノードE−iの隣接ノード情報に含まれる位置推定対象ノードを、位置推定対象ノードE−iの1次近傍ノードE−jとする。jは、i≠jを満たし、1以上(2k−p)以下の整数である。
(2)1次近傍ノードE−jの隣接ノード情報に含まれる位置推定対象ノードで、位置推定対象ノードE−iの隣接ノード情報に含まれない位置推定対象ノードを、位置推定対象ノードE−jを中継ノードとする位置推定対象ノードE−iの2次近傍ノードとする。
(3)同様に、n次近傍ノードの隣接ノード情報に含まれる位置推定対象ノードで、(n−1)次までの近傍ノード群の隣接ノード情報に含まれない位置推定対象ノードを、n次近傍ノードを中継ノードとする位置推定対象ノードE−iの(n+1)次近傍ノードとする。ここで、nは、3以上であることが望ましい。
(4)上記(1)〜(3)を再帰的に繰り返すことにより、位置推定対象ノードE−iの多次近傍ノードを設定する。このようにして設定された位置推定対象ノードE−iの多次近傍ノードが、位置推定対象ノードE−iのトポロジに相当する。
トポロジ生成部54は、上記(1)〜(4)を位置推定対象ノードEの各々について実行し、位置推定対象ノードEの各々についての固定トポロジを生成する。
位置更新部57は、各位置推定対象ノードEのトポロジを参照して、各位置推定対象ノード間の距離をホップ数を用いて設定する(ステップS504)。
次に、位置推定装置5は、ステップS505〜S508を実行して、位置推定対象ノードの各々の絶対位置を推定する。
自己位置生成部55は、ステップS502で取得された無線ノードの隣接ノード情報に基づいて、無線ネットワーク100を構成する無線ノードS−1〜S−kを認識する。自己位置生成部55は、その認識した無線ノードS−1〜S−kの仮の自己位置wsq(t)をランダムに生成する(ステップS505)。qは、1以上k以下の整数である。仮の自己位置は、図6に示す無線通信空間10に対応する暫定座標系状に設定される。仮の自己位置wsq(t)において、qは、無線ノードS−1〜S−kのいずれかを示す。tは、仮の自己位置の更新回数を示す。
仮想ノード位置生成部56は、自己位置生成部55から出力される無線ノードS−qについての仮の自己位置wsq(t)を受ける。仮想ノード位置生成部56は、その受けた仮の自己位置wsq(t)に基づいて、無線ノードS−qに対応する仮想ノードの仮の自己位置wvq(t)を生成する(ステップS506)。
以下の説明において、位置更新部57は、自己位置生成部55から無線ノードの仮の自己位置wsq(t)を取得し、仮想ノード位置生成部56から仮想ノードの仮の自己位置wvq(t)を取得する。以下、位置推定対象ノードE−iについての仮の自己位置を、wi(t)と記載する。
変換部58は、ステップS507によって得られた各位置推定対象ノードの相対推定位置(更新が完了した位置推定対象ノードの仮の自己位置Wi(t))を、位置更新部57から受ける。変換部58は、その受けた各位置推定対象ノードの相対推定位置を、アンカーノードの相対推定位置と絶対位置とを用いて絶対位置へ変換する(ステップS509)。
トポロジ矛盾判定部59は、位置推定対象ノードの絶対位置を変換部58から受ける。トポロジ矛盾判定部59は、その受けた位置推定対象ノードの絶対位置に基づいて、位置推定対象ノードの各々におけるトポロジ矛盾の有無を判定して、位置推定対象ノードの各々についての領域判定値を計算する(ステップS509)。
図13は、位置推定対象ノードの位置を推定した場合に生じるトポロジ矛盾を示す概念図である。図13に示すように、位置推定対象ノードE−iは、仮の自己位置wi(t)に存在する。位置推定対象ノードE−iから距離d1の位置に1次近傍ノードが存在し、位置推定対象ノードE−iから距離d2の位置に2次近傍ノードが存在する。
図14は、トポロジ矛盾が発生しているか否かを判定する処理を説明するための概念図である。
本実施の形態で説明した位置推定方法を用いて直方体空間に配置された無線ノードの位置推定処理をシミュレーションし、そのシミュレーション結果を評価した。
なお、上記実施の形態では、無線ノードS1〜S−kが施設の屋内に配置される場合を例に説明したが、これに限られない。無線ノードS1〜S−kが屋外に配置されていてもよい。
V−1〜V−k 仮想ノード
5 位置推定装置
51 取得部
52 対称面決定部
53 仮想ノード情報生成部
54 トポロジ生成部
55 自己位置生成部
56 仮想ノード位置生成部
57 位置更新部
58 変換部
59 トポロジ矛盾判定部
Claims (7)
- 1つの無線ノードから1ホップの位置に存在する1次近傍ノードの情報である隣接ノード情報をm(mは、4以上の整数)個の無線ノードの各々から取得する取得部と、
所定の座標系において、m個の無線ノードの各々についての仮の自己位置を生成する自己位置生成部と、
前記所定の座標系において対称面を設定する対称面設定部と、
前記m個の無線ノードのうち前記対称面に配置されていない一の無線ノードと前記対称面を基準にして面対称の関係にある仮想ノードを生成し、前記仮想ノードについての隣接ノード情報を前記一の無線ノードについての隣接ノード情報に基づいて生成する仮想ノード情報生成部と、
前記一の無線ノードの仮の自己位置に基づいて前記仮想ノードの仮の自己位置を生成する仮想ノード位置生成部と、
前記m個の無線ノードの各々についての隣接ノード情報と、前記仮想ノードの隣接ノード情報とに基づいて、前記m個の無線ノードと前記仮想ノードとを含む位置推定対象ノードの配置関係を示すトポロジを生成するトポロジ生成部と、
前記トポロジに基づいて前記位置推定対象ノードの各々についての仮の自己位置を更新することにより、前記m個の無線ノードの位置を推定する位置更新部と、
を備える位置推定装置。 - 請求項1に記載の位置推定装置であって、
前記仮想ノード情報生成部は、前記一の無線ノードの隣接ノード情報を参照して、前記一の無線ノードについての1次近傍ノードを特定し、前記一の無線ノードについての1次近傍ノードに対応する仮想ノードを、前記一の無線ノードに対応する仮想ノードの隣接ノードとして特定する位置推定装置。 - 請求項2に記載の位置推定装置であって、
前記仮想ノード情報生成部は、前記一の無線ノードについての1次近傍ノードが対称面に配置されている場合、前記一の無線ノードについての1次近傍ノードを、前記一の無線ノードに対応する仮想ノードの隣接ノードとして特定する位置推定装置。 - 請求項1に記載の位置推定装置であって、
前記対称面において、前記m個の無線ノードのうち絶対位置が指定されている少なくとも1つのアンカーノードが配置されている位置推定装置。 - 請求項1又は2に記載の位置推定装置であって、
前記対称面は、前記無線ノードが配置されている無線通信空間における水平面である位置推定装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の位置推定装置であって、
前記仮想ノード情報生成部は、前記一の無線ノードが前記対称面に配置されている場合、前記一の無線ノードを仮想ノードの生成対象から除外する位置推定装置。 - 無線ノードの位置推定をコンピュータに実行させるための位置推定プログラムであって、
1つの無線ノードから1ホップの位置に存在する1次近傍ノードの情報である隣接ノード情報をm(mは、4以上の整数)個の無線ノードの各々から取得するステップと、
所定の座標系において、m個の無線ノードの各々についての仮の自己位置を生成するステップと、
前記所定の座標系において対称面を設定するステップと、
前記m個の無線ノードのうち前記対称面に配置されていない一の無線ノードと前記対称面を基準にして面対称の関係にある仮想ノードを生成し、前記仮想ノードについての隣接ノード情報を前記一の無線ノードについての隣接ノード情報に基づいて生成するステップと、
前記一の無線ノードの仮の自己位置に基づいて前記仮想ノードの仮の自己位置を生成するステップと、
前記m個の無線ノードの各々についての隣接ノード情報と、前記仮想ノードの隣接ノード情報とに基づいて、前記m個の無線ノードと前記仮想ノードとを含む位置推定対象ノードの配置関係を示すトポロジを生成するステップと、
前記トポロジに基づいて前記位置推定対象ノードの各々についての仮の自己位置を更新することにより、前記m個の無線ノードの位置を推定するステップと、
を備える位置推定プログラム。
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