JP2022079868A - Data interpolation processing method, data interpolation processing apparatus, program, learning processing device and prediction processing device - Google Patents

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Abstract

To provide a wireless state prediction device capable of acquiring data obtained by appropriately interpolating observation data even under a situation where the observation data is acquired as intermittent data and by using the data, highly accurately and appropriately performing learning processing of a model predicting a future communication quality state.SOLUTION: In a case where observation data is intermittently acquired, a wireless state prediction device 100 is configured to, no matter where a missing part of the observation data is, when data interpolation processing is performed for the same waveform pattern, perform the data interpolation processing so as to acquire substantially the same waveform pattern, In other words, the wireless state prediction device 100 generates Hankel matrix R from the observation data, using the Hankel matrix R to acquire an optimization matrix R_opt acquired by performing optimization processing and performs the data interpolation processing based on the optimization matrix R_opt.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、無線通信等の通信状況、通信状態の推定処理の技術に関する。 The present invention relates to a technique for estimating communication status and communication status such as wireless communication.

工場等の狭空間では工作機械・製品・作業員等の移動に伴う伝搬環境の変化や、複数の無線アプリケーション間の干渉等により、複雑かつダイナミックに無線環境状況が変動する。工場等の狭空間では、工作機械等の移動体の位置情報の把握が困難であることに加え、電波伝搬がマルチパスリッチな環境であるため、想定外な場所に想定外の影響が出る場合が発生する。このように、狭空間において想定外な場所に想定外の影響が出ると、最悪の場合、安定した通信が維持できず、製造現場では、製造ラインの停止等の対処を行うこともあるため、生産性が低下してしまう。つまり、工場等の狭空間では、想定外の通信品質(QoS:Quality of Service)低下が発生し、生産性が低下してしまうことがある。 In a narrow space such as a factory, the wireless environment situation changes complicatedly and dynamically due to changes in the propagation environment due to the movement of machine tools, products, workers, etc., and interference between multiple wireless applications. In a narrow space such as a factory, it is difficult to grasp the position information of moving objects such as machine tools, and since the radio wave propagation is a multipath-rich environment, unexpected effects may occur in unexpected places. Occurs. In this way, if an unexpected impact occurs in an unexpected place in a narrow space, stable communication cannot be maintained in the worst case, and the manufacturing site may take measures such as stopping the manufacturing line. Productivity is reduced. That is, in a narrow space such as a factory, unexpected deterioration in communication quality (QoS: Quality of Service) may occur, resulting in a decrease in productivity.

そのため、QoSの極端な劣化(通信障害)が発生する前に回避行動をとることが必要となり、その実現のために通信障害発生の予測を高精度に行う技術が求められている。このような技術を実現させるために、例えば、時系列に通信品質を示す値の分布を取得し、当該分布に基づいて、将来の通信品質状況を予測する技術(例えば、特許文献1に開示されている技術)を用いることが考えられる。また、このような将来の通信品質状況を予測する技術を、ニューラルネットワークモデル等を用いて実現する技術も開発されている。 Therefore, it is necessary to take evasive action before the extreme deterioration of QoS (communication failure) occurs, and in order to realize it, there is a demand for a technique for predicting the occurrence of communication failure with high accuracy. In order to realize such a technique, for example, a technique for acquiring a distribution of values indicating communication quality in time series and predicting a future communication quality status based on the distribution (for example, disclosed in Patent Document 1). It is conceivable to use the technology that is used. In addition, a technique for predicting such a future communication quality situation has been developed by using a neural network model or the like.

特開2005-18304号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-18304

例えば、ニューラルネットワークモデル等を用いた技術により、将来の通信品質状況を予測する場合、学習処理を行い、学習済みモデルを取得する必要がある。このために、無線通信環境下において、センサにより電波を受信することで、観測データを取得し、当該観測データを用いて、将来の通信品質状況を予測するモデルの学習処理を行う。このとき、センサが常に電波を受信できる訳ではなく、電波受信(フレーム受信)が間欠的になってしまい、その結果、取得される観測データも間欠的なデータとなってしまうという問題がある。このような間欠的な観測データ(欠落部分がある観測データ)を用いて通信品質状況を予測するモデルの学習処理を行うと、学習効率が悪く、また、最適なモデルが取得できない。 For example, when predicting a future communication quality situation by a technique using a neural network model or the like, it is necessary to perform learning processing and acquire a trained model. For this purpose, in a wireless communication environment, observation data is acquired by receiving radio waves by a sensor, and the observation data is used to perform learning processing of a model for predicting future communication quality status. At this time, the sensor cannot always receive radio waves, and radio wave reception (frame reception) becomes intermittent, and as a result, there is a problem that the acquired observation data also becomes intermittent data. If the learning process of a model for predicting the communication quality status is performed using such intermittent observation data (observation data with missing parts), the learning efficiency is poor and the optimum model cannot be obtained.

そこで、本発明は上記課題に鑑み、観測データが間欠的なデータとして取得される状況下においても、観測データを適切に補間したデータを取得し、当該データを用いて、将来の通信品質状況を予測するモデルの学習処理を高精度かつ適切に行うことができる無線状況予測装置、および、それに用いられるデータ補間処理方法、プログラムを実現することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention acquires data obtained by appropriately interpolating the observation data even in a situation where the observation data is acquired as intermittent data, and uses the data to determine the future communication quality status. It is an object of the present invention to realize a radio condition prediction device capable of performing training processing of a prediction model with high accuracy and appropriately, and a data interpolation processing method and program used for the radio condition prediction device.

上記課題を解決するために、第1の発明は、間欠的に取得される観測データに対して、補間処理を行うためのデータ補間処理方法であって、観測データ取得ステップと、データ保持ステップと、行列生成ステップと、行列分解処理ステップと、最適化処理ステップと、補間データ処理ステップと、を備える。 In order to solve the above problems, the first invention is a data interpolation processing method for performing an interpolation process on intermittently acquired observation data, which includes an observation data acquisition step and a data retention step. , A matrix generation step, a matrix factorization processing step, an optimization processing step, and an interpolation data processing step.

観測データ取得ステップは、無線信号から通信品質に関するデータの観測データを取得する。 The observation data acquisition step acquires observation data of data related to communication quality from the radio signal.

データ保持ステップは、観測データ取得ステップにより取得された観測データを所定の期間記憶し保持する。 The data retention step stores and retains the observation data acquired by the observation data acquisition step for a predetermined period of time.

行列生成ステップは、所定の単位期間に相当するウィンドウを時間方向に所定の期間である第1時間ずつずらしたときに当該ウィンドウに相当する期間内に含まれるデータ群が1行の要素となるようにハンケル行列Rを生成する。そして、行列生成ステップは、(1)ハンケル行列Rの要素に相当するデータがデータ保持ステップで記憶保持された観測データである場合、当該要素に相当するデータを当該観測データに設定し、(2)ハンケル行列Rの要素に相当するデータがデータ保持ステップで記憶保持されていない場合、当該要素に相当するデータを欠落部分のデータであることを示す値に設定することで、ハンケル行列Rを生成する。 In the matrix generation step, when the window corresponding to a predetermined unit period is shifted by the first hour, which is a predetermined period in the time direction, the data group included in the period corresponding to the window becomes an element of one row. The Hankel matrix R is generated in. Then, in the matrix generation step, (1) when the data corresponding to the element of the Hankel matrix R is the observation data stored and held in the data holding step, the data corresponding to the element is set in the observation data, and (2). ) When the data corresponding to the element of the Hankel matrix R is not stored and retained in the data retention step, the Hankel matrix R is generated by setting the data corresponding to the element to a value indicating that it is the data of the missing part. do.

行列分解処理ステップは、行列生成ステップにより生成されたハンケル行列Rに対して行列分解を行い、分解行列を取得する。 The matrix factorization processing step performs matrix factorization on the Hankel matrix R generated by the matrix factorization step and acquires a factorization matrix.

最適化処理ステップは、行列分解処理ステップにより分解された行列の積により取得される要素の値と、ハンケル行列の要素の値とに基づき、さらに、時系列において隣接している値の差が所定の範囲内に入ることを表す評価式に基づいて、最適化処理を行うことで、最適化行列を取得する。 The optimization processing step is based on the value of the element obtained by the product of the matrices decomposed by the matrix factorization processing step and the value of the element of the Hankel matrix, and the difference between the adjacent values in the time series is determined. The optimization matrix is acquired by performing the optimization process based on the evaluation formula indicating that the product falls within the range of.

補間データ処理ステップは、最適化行列に基づいて、観測データが欠落している部分のデータを補間する。 The interpolation data processing step interpolates the data of the part where the observation data is missing based on the optimization matrix.

このデータ補間処理方法では、所定の単位期間に相当するウィンドウを時間方向に第1時間(例えば、サンプル周期)ずつずらしながら取得されるデータをスタックすることでハンケル行列Rを取得する。AGV(Automated guided vehicle)等の無線アプリケーションでは、無線端末(例えば、AGVに搭載された無線端末)が固定の経路を繰り返し移動するため、補間対象となる通信品質情報も周期的に変動する。このため、上記のようにして取得されるハンケル行列Rは、行間の相関性が高いため低ランクとなる。したがって、当該ハンケル行列Rを行列分解することで、低ランクの行列に分解することができる。そして、このデータ補間処理方法では、行列分解処理ステップにより分解された行列の積により取得される要素の値と、ハンケル行列の要素の値とに基づき、さらに、時系列において隣接している値の差が所定の範囲内に入ることを表す評価式に基づいて、最適化処理を行うので、計算量を低減しながら、最適化処理を実行することができる。 In this data interpolation processing method, the Hankel matrix R is acquired by stacking the acquired data while shifting the window corresponding to the predetermined unit period by the first time (for example, the sample period) in the time direction. In a wireless application such as an AGV (Automated guided vehicle), a wireless terminal (for example, a wireless terminal mounted on an AGV) repeatedly moves on a fixed route, so that the communication quality information to be interpolated also changes periodically. Therefore, the Hankel matrix R acquired as described above has a high correlation between rows and therefore has a low rank. Therefore, by decomposing the Hankel matrix R into a matrix, it can be decomposed into a low-ranked matrix. Then, in this data interpolation processing method, based on the value of the element acquired by the product of the matrices decomposed by the matrix factorization processing step and the value of the element of the Hankel matrix, the values adjacent to each other in the time series are further increased. Since the optimization process is performed based on the evaluation formula indicating that the difference is within a predetermined range, the optimization process can be executed while reducing the amount of calculation.

そして、このデータ補間方法では、最適化処理により取得された最適化行列を用いて、欠落部分のデータを高精度に補間することができる。 Then, in this data interpolation method, the data in the missing portion can be interpolated with high accuracy by using the optimization matrix acquired by the optimization process.

その結果、このデータ補間処理方法では、適切な波形パターン(補間処理後の波形パターン)が取得でき、当該波形パターンを用いて、例えば、将来値予測のためのPNN(Probabilistic neural network)モデル等の学習処理を行うことで、高精度で、かつ、効率の良い学習処理を行うことができる。さらに、このデータ補間処理方法により取得された波形パターンに対して、学習処理により取得された学習済みモデルを用いた予測処理を行うことで、高精度な予測処理を実現できる。 As a result, in this data interpolation processing method, an appropriate waveform pattern (waveform pattern after interpolation processing) can be obtained, and the waveform pattern can be used, for example, in a PNN (Probabilistic neural network) model for predicting future values. By performing the learning process, it is possible to perform the learning process with high accuracy and efficiency. Further, by performing the prediction processing using the trained model acquired by the learning process on the waveform pattern acquired by this data interpolation processing method, highly accurate prediction processing can be realized.

さらに、このデータ補間処理方法では、時系列において隣接している値(所定のサンプル周期で規定されるサンプル値)の差が所定の範囲内に入ることを表す評価式に基づいて、最適化処理を行うので、取得される補間後の波形パターンが滑らかなものとなる。つまり、このデータ補間処理方法では、時系列に隣接するサンプル同士の値の差が所定の範囲内となるようにデータ補間処理がなされるため、取得される補間後の波形パターンが滑らかなものとなり、適切な補間データが取得することができる。 Further, in this data interpolation processing method, optimization processing is performed based on an evaluation formula indicating that the difference between adjacent values (sample values defined by a predetermined sample period) in a time series falls within a predetermined range. Therefore, the acquired waveform pattern after interpolation becomes smooth. That is, in this data interpolation processing method, the data interpolation processing is performed so that the difference between the values of adjacent samples in the time series is within a predetermined range, so that the acquired waveform pattern after interpolation becomes smooth. , Appropriate interpolation data can be obtained.

なお、「観測データ」は、例えば、通信品質を示すデータ(QoSデータ)であり、例えば、RSSI値である。 The "observation data" is, for example, data (QoS data) indicating communication quality, and is, for example, an RSSI value.

また、「時系列において隣接している値の差が所定の範囲内に入ることを表す評価式」とは、例えば、時系列において、互いに隣接するサンプルの値(サンプル値)の差を定量的に評価できる式であり、例えば、最適化処理を行うときの損失関数に含められる項(式)(時系列において隣接サンプル同士の値の変化が少ない(時系列において隣接サンプル間の電力の変化が少ない)ときに最適解が取得されるようにする正則化項(制限項))である。この最適化処理を行うときの損失関数に含められる項(式)は、例えば、行列分解処理ステップにより分解された行列の積により取得される要素の値であって、時系列で隣接するサンプル値に対応する要素の値の差の絶対値の総和(処理対象のサンプルについての総和)を求める式(例えば、実施形態に示した(数式4)がこれに相当)である。このような正則化項を含む損失関数により、最適化処理を行うことで、最適解が、時系列において隣接している値の差が所定の範囲内に入る場合の解(波形パターン(時系列において隣接サンプル間の値の変化が緩やかであり、滑らかな波形パターン))となる確率が高くなり、その結果、高精度の補間処理を行うことができる。 Further, the "evaluation formula indicating that the difference between adjacent values in a time series falls within a predetermined range" is, for example, quantitatively the difference between the values (sample values) of adjacent samples in a time series. For example, the term (expression) included in the loss function when performing optimization processing (the change in the value between adjacent samples is small in the time series (the change in power between adjacent samples in the time series) It is a regularization term (restriction term) that makes it possible to obtain the optimum solution when there are few). The term (expression) included in the loss function when performing this optimization process is, for example, the value of an element obtained by the product of the matrices decomposed by the matrix decomposition process step, and is a sample value adjacent in time series. It is an equation (for example, (Equation 4) shown in the embodiment corresponds to this) for obtaining the sum of the absolute values of the differences between the values of the elements corresponding to (for example, the sum of the samples to be processed). By performing the optimization process by the loss function including such a regularization term, the optimum solution is the solution when the difference between adjacent values in the time series falls within a predetermined range (waveform pattern (time series). In, the change in the value between adjacent samples is gradual, and the probability of a smooth waveform pattern)) increases, and as a result, high-precision interpolation processing can be performed.

第2の発明は、第1の発明であって、行列分解処理ステップは、ハンケル行列Rに対して特異値分解を行うことで、分解行列を取得する。 The second invention is the first invention, and the matrix factorization processing step acquires a decomposition matrix by performing singular value decomposition on the Hankel matrix R.

これにより、このデータ補間処理方法では、特異値分解により、分解行列を取得できる。 As a result, in this data interpolation processing method, a decomposition matrix can be obtained by singular value decomposition.

第3の発明は、第1または第2の発明であって、最適化処理ステップは、ハンケル行列Rの要素のうち、観測データが存在する要素である要素Rij(i,j:自然数、Rij:ハンケル行列Rのi行j列の要素)のみを抽出する第1抽出処理を実行する。 The third invention is the first or second invention, and the optimization processing step is an element R ij (i, j: natural number, R) in which observation data exists among the elements of the Hankel matrix R. ij : The first extraction process for extracting only the elements of the Hankel matrix R in row i and column j) is executed.

そして、最適化処理ステップは、当該要素に対応する、行列分解処理ステップにより分解された行列の積の要素である要素Aij(Aij:行列分解処理ステップにより分解された行列の積のi行j列の要素)のみを抽出する第2抽出処理を実行する。 Then, the optimization processing step is an element A ij (A ij : i row of the product of the matrix decomposed by the matrix factorization processing step), which is an element of the product of the matrix decomposed by the matrix factorization processing step corresponding to the element. The second extraction process for extracting only the elements in column j) is executed.

そして、最適化処理ステップは、抽出した要素Rijと要素Aijとの誤差が少なくなるように、最適化処理を行う。 Then, in the optimization processing step, the optimization processing is performed so that the error between the extracted element R ij and the element A ij is reduced.

これにより、このデータ補間処理方法では、例えば、抽出した要素Rijと要素Aijとの誤差についての損失関数を評価することで、最適化処理を行うことができる。 Thereby, in this data interpolation processing method, for example, the optimization processing can be performed by evaluating the loss function regarding the error between the extracted element R ij and the element A ij .

第4の発明は、第3の発明であって、最適化処理ステップは、所定の要素を選択する選択行列により、ハンケル行列Rおよび/または行列分解処理ステップにより分解された行列の積に対して行列演算を行うことで、第1抽出処理および/または第2抽出処理を実行する。 A fourth aspect of the invention is the third aspect, wherein the optimization processing step is for the product of the Hankel matrix R and / or the matrix decomposed by the matrix factorization processing step by the selection matrix that selects a predetermined element. By performing the matrix operation, the first extraction process and / or the second extraction process is executed.

これにより、このデータ補間処理方法では、選択行列を用いて、簡単に、最適化処理に必要な要素のみを取り出すことができる。 As a result, in this data interpolation processing method, only the elements necessary for the optimization processing can be easily extracted by using the selection matrix.

第5の発明は、第1から第4のいずれかの発明であって、補間データ処理ステップは、観測データが欠落している部分に対応する要素であって、最適化行列の反対角方向に配列されている要素の平均値または加重平均値を取得し、取得した当該平均値または加重平均値に基づいて、観測データが欠落している部分のデータを補間する。 A fifth aspect of the invention is any one of the first to fourth aspects, wherein the interpolation data processing step is an element corresponding to a portion where observation data is missing, and is in the opposite angle direction of the optimization matrix. The average value or weighted average value of the arranged elements is acquired, and the data of the part where the observation data is missing is interpolated based on the acquired average value or weighted average value.

これにより、このデータ補間処理方法では、最適化行列の反対角方向に配列されている要素の平均値または加重平均値を取得するという簡単な方法により、観測データが欠落している部分のデータを取得することができる。 As a result, in this data interpolation processing method, the data of the part where the observation data is missing is obtained by a simple method of acquiring the average value or the weighted average value of the elements arranged in the opposite angle direction of the optimization matrix. Can be obtained.

第6の発明は、間欠的に取得される観測データに対して、補間処理を行うためのデータ補間処理装置であって、観測データ取得部と、データ保持部と、行列生成部と、行列分解処理部と、最適化処理部と、補間データ処理部と、を備える。 The sixth invention is a data interpolation processing device for performing interpolation processing on intermittently acquired observation data, which includes an observation data acquisition unit, a data holding unit, a matrix generation unit, and a matrix factorization. It includes a processing unit, an optimization processing unit, and an interpolation data processing unit.

観測データ取得部は、無線信号から通信品質に関するデータの観測データを取得する。 The observation data acquisition unit acquires observation data of data related to communication quality from the radio signal.

データ保持部は、観測データ取得部により取得された観測データを所定の期間記憶し保持する。 The data holding unit stores and holds the observation data acquired by the observation data acquisition unit for a predetermined period of time.

行列生成部は、所定の単位期間に相当するウィンドウを時間方向に所定の期間である第1時間ずつずらしたときに当該ウィンドウに相当する期間内に含まれるデータ群が1行の要素となるようにハンケル行列Rを生成する。 In the matrix generation unit, when the window corresponding to a predetermined unit period is shifted by the first hour, which is a predetermined period in the time direction, the data group included in the period corresponding to the window becomes an element of one row. The Hankel matrix R is generated in.

そして、行列生成部は、(1)ハンケル行列Rの要素に相当するデータがデータ保持部に記憶保持されている観測データである場合、当該要素に相当するデータを当該観測データに設定し、(2)ハンケル行列Rの要素に相当するデータがデータ保持部に記憶保持されていない場合、当該要素に相当するデータを欠落部分のデータであることを示す値に設定することで、ハンケル行列Rを生成する。 Then, when the data corresponding to the element of the Hankel matrix R is the observation data stored and held in the data holding unit, the matrix generation unit sets the data corresponding to the element in the observation data (1). 2) When the data corresponding to the element of the Hankel matrix R is not stored and held in the data holding unit, the Hankel matrix R is set to a value indicating that the data corresponding to the element is the data of the missing part. Generate.

行列分解処理部は、行列生成部により生成されたハンケル行列Rに対して行列分解を行い、分解行列を取得する。 The matrix factorization processing unit performs matrix factorization on the Hankel matrix R generated by the matrix factorization unit and acquires a decomposition matrix.

最適化処理部は、行列分解処理部により分解された行列の積により取得される要素の値と、ハンケル行列の要素の値とに基づいて、最適化処理を行うことで、最適化行列を取得する。 The optimization processing unit acquires an optimization matrix by performing optimization processing based on the element values acquired by the product of the matrices decomposed by the matrix factorization processing unit and the element values of the Hankel matrix. do.

補間データ処理部は、最適化行列に基づいて、観測データが欠落している部分のデータを補間する。 The interpolation data processing unit interpolates the data of the portion where the observation data is missing based on the optimization matrix.

これにより、第1の発明と同様の効果を奏するデータ補間処理装置を実現することができる。 This makes it possible to realize a data interpolation processing device having the same effect as that of the first invention.

第7の発明は、第1から第4のいずれかの発明であるデータ補間処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。 The seventh invention is a program for causing a computer to execute the data interpolation processing method according to any one of the first to fourth inventions.

これにより、第1の発明と同様の効果を奏するデータ補間処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを実現することができる。 This makes it possible to realize a program for causing a computer to execute a data interpolation processing method having the same effect as that of the first invention.

第8の発明は、第1から第5のいずれかの発明であるデータ補間処理方法により取得された補間データを用いて、観測データの将来値予測を行うモデルの学習処理を行う学習処理装置である。 The eighth invention is a learning processing apparatus that performs learning processing of a model for predicting future values of observation data using the interpolation data acquired by the data interpolation processing method according to any one of the first to fifth inventions. be.

これにより、この学習処理装置では、第1から第5のいずれかの発明であるデータ補間処理方法により取得された補間データを用いて学習処理を行うことができる。 Thereby, in this learning processing apparatus, the learning processing can be performed using the interpolation data acquired by the data interpolation processing method according to any one of the first to fifth inventions.

第9の発明は、第1から第5のいずれかの発明であるデータ補間処理方法により取得された補間データを用いて、観測データの将来値予測を行うモデルの学習処理を行うことで取得された学習済みモデルを搭載し、
第1から第5のいずれかの発明であるデータ補間処理方法により取得された補間データを学習済みモデルに入力することで、観測データの将来値予測を行う予測処理装置である。
The ninth invention is acquired by performing a learning process of a model for predicting future values of observation data using the interpolation data acquired by the data interpolation processing method according to any one of the first to fifth inventions. Equipped with a trained model
It is a prediction processing apparatus that predicts the future value of observation data by inputting the interpolation data acquired by the data interpolation processing method according to any one of the first to fifth inventions into the trained model.

これにより、この学習処理装置では、第1から第5のいずれかの発明であるデータ補間処理方法により取得された補間データを学習済みモデルに入力することで、高精度な観測データの将来値予測を行うことができる。 As a result, in this learning processing device, the interpolated data acquired by the data interpolation processing method according to any one of the first to fifth inventions is input to the trained model to predict the future value of the observed data with high accuracy. It can be performed.

本発明によれば、観測データが間欠的なデータとして取得される状況下においても、観測データを適切に補間したデータを取得し、当該データを用いて、将来の通信品質状況を予測するモデルの学習処理を高精度かつ適切に行うことができる無線状況予測装置、および、それに用いられるデータ補間処理方法、プログラムを実現することができる。 According to the present invention, even in a situation where observation data is acquired as intermittent data, a model that acquires data obtained by appropriately interpolating observation data and predicts future communication quality status using the data. It is possible to realize a radio condition prediction device capable of performing learning processing with high accuracy and appropriateness, and a data interpolation processing method and program used for the radio condition prediction device.

第1実施形態に係る無線状況予測装置100の概略構成図。The schematic block diagram of the wireless condition prediction apparatus 100 which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る無線状況予測装置100のデータ補間処理部1の概略構成図。The schematic block diagram of the data interpolation processing unit 1 of the radio state prediction apparatus 100 which concerns on 1st Embodiment. 観測データが間欠的に取得される場合の同一の波形パターンに対する線形補間処理を説明するための図。The figure for demonstrating the linear interpolation processing for the same waveform pattern when observation data is acquired intermittently. 観測データが間欠的に取得される場合の同一の波形パターンに対するデータ補間処理を説明するための図。The figure for demonstrating the data interpolation processing for the same waveform pattern when observation data is acquired intermittently. RSSI値の波形パターンにおいて、間欠的に取得される観測データからハンケル行列を取得する処理を説明するための図。The figure for demonstrating the process of acquiring the Hankel matrix from the observation data intermittently acquired in the waveform pattern of an RSSI value. 行列分解処理について説明するための図。The figure for demonstrating the matrix factorization process. 無線状況予測装置100で実行されるデータ補間処理のフローチャート。The flowchart of the data interpolation processing executed by the wireless condition prediction apparatus 100. 選択行列Skにより行列Rから観測データが存在する要素を抽出する処理を説明するための図。The figure for demonstrating the process of extracting the element which exists the observation data from the matrix R by the selection matrix Sk. 選択行列Skにより行列Pから、行列Rにおいて観測データが存在する要素と同一行のデータを抽出する処理を説明するための図。The figure for demonstrating the process of extracting the data of the same row as the element which the observation data exists in the matrix R from the matrix P by the selection matrix Sk. 選択行列Siにより行列Rから観測データが存在する要素を抽出する処理を説明するための図。The figure for demonstrating the process of extracting the element which exists the observation data from the matrix R by the selection matrix Si. 選択行列Siにより行列Pから、行列Rにおいて観測データが存在する要素と同一列のデータを抽出する処理を説明するための図。The figure for demonstrating the process of extracting the data of the same column as the element which the observation data exists in the matrix R from the matrix P by the selection matrix Si. データ補間処理を説明するための図であり、間欠的に取得された観測データ(RSSI値)と最適化行列R_opt(ハンケル行列Rに対する最適化処理で取得された行列)を示した図。It is a figure for demonstrating the data interpolation process, and is the figure which showed the observation data (RSSI value) acquired intermittently, and the optimization matrix R_opt (the matrix acquired by the optimization process for Hankel matrix R). データ補間処理を説明するための図であり、間欠的に取得された観測データ(RSSI値)と最適化行列R_optにより取得した補間データを示した図。It is a figure for demonstrating the data interpolation process, and is the figure which showed the observation data (RSSI value) acquired intermittently, and the interpolation data acquired by the optimization matrix R_opt. 無線通信制御されるAGVが倉庫内で所定のルートを巡回する環境において、所定の位置に設置されたアクセスポイントにおいて、取得された無線信号のRSSI値(間欠的に取得されるデータ)を補間して取得されたデータを示す図。In an environment where an AGV controlled by wireless communication patrols a predetermined route in a warehouse, the RSSI value (data acquired intermittently) of the acquired wireless signal is interpolated at an access point installed at a predetermined position. The figure which shows the data acquired in. 無線通信制御されるAGVが倉庫内で所定のルートを巡回する環境において、所定の位置に設置されたアクセスポイントにおいて、取得された無線信号のRSSI値(間欠的に取得されるデータ)を補間して取得されたデータを用いて、PNNモデルによる予測処理(10秒先のRSSI値の予測)を行った場合の予測結果データを示す図。In an environment where an AGV controlled by wireless communication patrols a predetermined route in a warehouse, the RSSI value (data acquired intermittently) of the acquired wireless signal is interpolated at an access point installed at a predetermined position. The figure which shows the prediction result data at the time of performing the prediction processing (prediction of RSSI value 10 seconds ahead) by the PNN model using the data acquired in the above. CPUバス構成を示す図。The figure which shows the CPU bus configuration.

[第1実施形態]
第1実施形態について、図面を参照しながら、以下、説明する。
[First Embodiment]
The first embodiment will be described below with reference to the drawings.

<1.1:無線通信システムの構成>
図1は、第1実施形態に係る無線状況予測装置100の概略構成図である。
<1.1: Configuration of wireless communication system>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the radio condition prediction device 100 according to the first embodiment.

図2は、第1実施形態に係る無線状況予測装置100のデータ補間処理部1の概略構成図である。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the data interpolation processing unit 1 of the radio condition prediction device 100 according to the first embodiment.

無線状況予測装置100は、図1に示すように、アンテナAnt1と、復調処理部Dm1と、観測データ取得部FE1と、データ補間処理部1と、予測処理部2とを備える。 As shown in FIG. 1, the radio condition prediction device 100 includes an antenna Ant1, a demodulation processing unit Dm1, an observation data acquisition unit FE1, a data interpolation processing unit 1, and a prediction processing unit 2.

アンテナAnt1は、外部からのRF信号(例えば、搬送帯域OFDM信号)を受信するためのアンテナである。アンテナAnt1は、受信したRF信号(例えば、搬送帯域OFDM信号)を信号RFinとして、復調処理部Dm1に出力する。なお、アンテナAnt1は、送信用アンテナとしても機能するアンテナ(送受信用アンテナ)であってもよい。 The antenna Ant1 is an antenna for receiving an RF signal (for example, a carrier band OFDM signal) from the outside. The antenna Ant1 outputs the received RF signal (for example, a carrier band OFDM signal) as a signal RFin to the demodulation processing unit Dm1. The antenna Ant1 may be an antenna (transmission / reception antenna) that also functions as a transmission antenna.

復調処理部Dm1は、RF処理部Dm11と、BB処理部Dm12とを備える。 The demodulation processing unit Dm1 includes an RF processing unit Dm11 and a BB processing unit Dm12.

RF処理部Dm11は、信号RFinに対して、RF復調処理を実行し、ベースバンド信号を取得する。 The RF processing unit Dm11 executes RF demodulation processing on the signal RFin and acquires a baseband signal.

BB処理部Dm12は、RF処理部Dm11により復調されたベースバンド信号に対して、ベースバンド復調処理を実行し、ベースバンド復調処理後の信号(データ)をデータD0として取得し、取得したデータD0を観測データ取得部FE1に出力する。 The BB processing unit Dm12 executes baseband demodulation processing on the baseband signal demodulated by the RF processing unit Dm11, acquires the signal (data) after the baseband demodulation processing as data D0, and acquires the acquired data D0. Is output to the observation data acquisition unit FE1.

観測データ取得部FE1は、復調処理部Dm1から出力されるデータD0を入力し、当該データD0から、無線状況予測装置100が置かれている無線通信環境のQoS(Quality of Service)を示すデータ(通信品質を表すデータ)であるQoS値を取得する。そして、観測データ取得部FE1は、取得したQoS値を含むデータをデータD1として、データ補間処理部1に出力する。 The observation data acquisition unit FE1 inputs the data D0 output from the demodulation processing unit Dm1, and from the data D0, data indicating the QoS (Quality of Service) of the wireless communication environment in which the wireless condition prediction device 100 is placed (Quality of Service). Acquires a QoS value (data representing communication quality). Then, the observation data acquisition unit FE1 outputs the data including the acquired QoS value as the data D1 to the data interpolation processing unit 1.

なお、QoS値は、例えば、受信信号強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)、スループット、(連続)パケットロス数、遅延量等の通信品質を示す指標値である。 The QoS value is an index value indicating communication quality such as received signal strength (RSSI: Received Signal Strength Indicator), throughput, number of (continuous) packet losses, delay amount, and the like.

データ補間処理部1は、図2に示すように、データ保持部11と、行列生成部12と、行列分解処理部13と、最適化処理部14と、補間データ取得部15とを備える。 As shown in FIG. 2, the data interpolation processing unit 1 includes a data holding unit 11, a matrix generation unit 12, a matrix factorization processing unit 13, an optimization processing unit 14, and an interpolation data acquisition unit 15.

データ保持部11は、観測データ取得部FE1からのデータD1を入力する。データ保持部11は、入力されたデータD1を所定の期間、記憶保持する。データ保持部11は、例えば、FIFO(First in First out)メモリを用いて実現される。データ保持部11は、行列生成部12からの指令により、所定のアドレスに記憶されているデータを読み出し、読み出したデータをデータD_ptnとして、行列生成部12に出力する。 The data holding unit 11 inputs the data D1 from the observation data acquisition unit FE1. The data holding unit 11 stores and holds the input data D1 for a predetermined period. The data holding unit 11 is realized by using, for example, a FIFO (First in First out) memory. The data holding unit 11 reads the data stored at a predetermined address according to the command from the matrix generation unit 12, and outputs the read data as data D_ptn to the matrix generation unit 12.

行列生成部12は、データ保持部11に対して、所定のアドレスに記憶されているデータを読み出し、読み出したデータをデータD_ptnとして、データ保持部11から入力する。行列生成部12は、データD_ptnから、行列Rを取得し、取得した行列R(行列Rを含むデータ)を行列分解処理部13および最適化処理部14に出力する。 The matrix generation unit 12 reads data stored at a predetermined address to the data holding unit 11, and inputs the read data as data D_ptn from the data holding unit 11. The matrix generation unit 12 acquires the matrix R from the data D_ptn, and outputs the acquired matrix R (data including the matrix R) to the matrix factorization processing unit 13 and the optimization processing unit 14.

行列分解処理部13は、行列生成部12から出力される行列Rを含むデータを入力し、行列Rに対して行列分解処理を行う。行列分解処理部13は、行列分解処理により取得した行列R、Qを含むデータを最適化処理部14に出力する。 The matrix factorization processing unit 13 inputs data including the matrix R output from the matrix generation unit 12, and performs matrix factorization processing on the matrix R. The matrix factorization processing unit 13 outputs the data including the matrices R and Q acquired by the matrix factorization processing to the optimization processing unit 14.

最適化処理部14は、行列生成部12から出力される行列Rを含むデータと、行列分解処理部13から出力される行列R、Qを含むデータとを入力する。最適化処理部14は、行列R、行列P、Q(行列Rを行列分解した行列P、Q)を用いて、最適化処理を行い、最適化行列R_optを取得する。そして、最適化処理部14は、取得した最適化行列R_optを含むデータを補間データ取得部15に出力する。 The optimization processing unit 14 inputs data including the matrix R output from the matrix generation unit 12 and data including the matrices R and Q output from the matrix factorization processing unit 13. The optimization processing unit 14 performs optimization processing using the matrix R, the matrix P, and the Q (matrix P and Q obtained by matrix factorization of the matrix R), and acquires the optimization matrix R_opt. Then, the optimization processing unit 14 outputs the data including the acquired optimization matrix R_opt to the interpolation data acquisition unit 15.

補間データ取得部15は、最適化処理部14から出力される最適化行列R_optを入力し、最適化行列R_optに基づいて、補間処理を行い、補間データを取得する。そして、補間データ取得部15は、取得した補間データを含むデータを、データD1_intplとして、予測処理部2に出力する。 The interpolation data acquisition unit 15 inputs the optimization matrix R_opt output from the optimization processing unit 14, performs interpolation processing based on the optimization matrix R_opt, and acquires interpolation data. Then, the interpolation data acquisition unit 15 outputs the data including the acquired interpolation data to the prediction processing unit 2 as data D1_intpl.

予測処理部2は、データ補間処理部1から出力されるデータD1_intplと、制御部(不図示)から出力される処理モード(例えば、(1)学習処理モード、および、(2)予測処理実行モード)を指定するモード信号Modeとを入力する。 The prediction processing unit 2 has data D1_input output from the data interpolation processing unit 1 and a processing mode (for example, (1) learning processing mode and (2) prediction processing execution mode) output from the control unit (not shown). ) Is specified as a mode signal Mode.

予測処理部2は、モード信号Modeが学習処理モードを指定する信号である場合、データD1_intplを用いて、学習処理(例えば、PNNモデルやニューラルネットワークモデルを用いた学習モデルの学習処理(訓練処理))を実行する。 When the mode signal Mode is a signal that specifies the learning processing mode, the prediction processing unit 2 uses the data D1_intpl for learning processing (for example, learning processing (training processing) for a learning model using a PNN model or a neural network model). ) Is executed.

予測処理部2は、モード信号Modeが予測処理実行モードを指定する信号である場合、データD1_intplに対して、予測処理を実行し、予測処理の結果データを含むデータをデータDoutとして出力する。 When the mode signal Mode is a signal for designating the prediction processing execution mode, the prediction processing unit 2 executes the prediction processing for the data D1_intpl and outputs the data including the result data of the prediction processing as data Dout.

なお、「データ補間処理装置」は、データ補間処理部により実現される。 The "data interpolation processing device" is realized by the data interpolation processing unit.

<1.2:無線状況予測装置の動作>
以上のように構成された無線状況予測装置100の動作について、以下、説明する。
<1.2: Operation of wireless condition prediction device>
The operation of the radio condition prediction device 100 configured as described above will be described below.

図3は、観測データが間欠的に取得される場合の同一の波形パターンに対する線形補間処理を説明するための図である。図3の上図は、間欠的に観測データが取得される場合の波形パターン(RSSI値の波形パターン)を示す図であり、横軸が時間であり、縦軸がRSSI値である。図3の下図は、図3の上図の波形パターンに対して、線形補間により取得された観測データの波形パターン(RSSI値の波形パターン)を示す図であり、横軸が時間であり、縦軸がRSSI値である。 FIG. 3 is a diagram for explaining linear interpolation processing for the same waveform pattern when observation data is acquired intermittently. The upper figure of FIG. 3 is a diagram showing a waveform pattern (waveform pattern of RSSI value) when observation data is acquired intermittently, and the horizontal axis is time and the vertical axis is RSSI value. The lower figure of FIG. 3 is a diagram showing a waveform pattern (RSSI value waveform pattern) of observation data acquired by linear interpolation with respect to the waveform pattern of the upper figure of FIG. 3, where the horizontal axis is time and the vertical axis is vertical. The axis is the RSSI value.

図4は、観測データが間欠的に取得される場合の同一の波形パターンに対するデータ補間処理を説明するための図である。図4の上図は、間欠的に観測データが取得される場合の波形パターン(RSSI値の波形パターン)を示す図であり、横軸が時間であり、縦軸がRSSI値である。図4の下図は、図4の上図の波形パターンに対して、データ補間処理(無線状況予測装置100で実行されるデータ補間処理)により取得された観測データの波形パターン(RSSI値の波形パターン)を示す図であり、横軸が時間であり、縦軸がRSSI値である。 FIG. 4 is a diagram for explaining data interpolation processing for the same waveform pattern when observation data is acquired intermittently. The upper figure of FIG. 4 is a diagram showing a waveform pattern (waveform pattern of RSSI value) when observation data is intermittently acquired, and the horizontal axis is time and the vertical axis is RSSI value. The lower figure of FIG. 4 shows the waveform pattern of the observation data (RSSI value waveform pattern) acquired by the data interpolation process (data interpolation process executed by the radio condition prediction device 100) with respect to the waveform pattern of the upper figure of FIG. ), The horizontal axis is time, and the vertical axis is RSSI value.

図5は、RSSI値の波形パターンにおいて、間欠的に取得される観測データからハンケル行列を取得する処理を説明するための図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining a process of acquiring a Hankel matrix from observation data intermittently acquired in a waveform pattern of RSSI values.

図6は、行列分解処理について説明するための図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining the matrix factorization process.

図7は、無線状況予測装置100で実行されるデータ補間処理のフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart of the data interpolation process executed by the radio condition prediction device 100.

図8は、選択行列Sにより行列Rから観測データが存在する要素を抽出する処理を説明するための図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining a process of extracting an element in which observation data exists from the matrix R by the selection matrix Sk .

図9は、選択行列Sにより行列Pから、行列Rにおいて観測データが存在する要素と同一行のデータを抽出する処理を説明するための図である。 FIG. 9 is a diagram for explaining a process of extracting data in the same row as an element in which observation data exists in the matrix R from the matrix P by the selection matrix Sk .

図10は、選択行列Sにより行列Rから観測データが存在する要素を抽出する処理を説明するための図である。 FIG. 10 is a diagram for explaining a process of extracting an element in which observation data exists from the matrix R by the selection matrix Si .

図11は、選択行列Sにより行列Pから、行列Rにおいて観測データが存在する要素と同一列のデータを抽出する処理を説明するための図である。 FIG. 11 is a diagram for explaining a process of extracting data in the same column as an element in which observation data exists in the matrix R from the matrix P by the selection matrix Si .

まず、観測データ(例えば、RSSI値)が間欠的に取得される波形パターンに対する補間処理について、説明する。 First, interpolation processing for a waveform pattern in which observation data (for example, RSSI value) is intermittently acquired will be described.

例えば、図3に示すように、時刻tt~時刻ttにおけるRSSI値の波形パターンと、時刻tt~時刻ttにおけるRSSI値の波形パターンとが同一である場合において、観測したデータを用いて線形補間を行った場合について説明する。なお、図3の左図に示すように、時刻tt~時刻ttにおいて、D1_observed、および、D2_observedで示した部分のデータが観測された(データ取得できた)ものとし、図3の右図に示すように、時刻tt~時刻ttにおいて、D3_observed、および、D4_observedで示した部分のデータが観測された(データ取得できた)ものとする。 For example, as shown in FIG. 3, when the waveform pattern of the RSSI value at time tt 1 to time tt 2 and the waveform pattern of the RSSI value at time tt 3 to time tt 4 are the same, the observed data is used. The case where linear interpolation is performed will be described. As shown in the left figure of FIG. 3, it is assumed that the data of the parts shown by D1_observed and D2_observed were observed (data could be acquired) from the time tt 1 to the time tt 2 , and the right figure of FIG. As shown in the above, it is assumed that the data of the parts indicated by D3_observed and D4_observed were observed (data could be acquired) from time tt 3 to time tt 4 .

この場合において、図3の左図の観測データ(D1_observed、および、D2_observedで示した部分のデータ)を用いて線形補間を行うと、図3の下左図のような波形パターン(線形補間後の波形パターン)が取得される。 In this case, when linear interpolation is performed using the observation data (data of the portion shown by D1_observed and D2_observed) in the left figure of FIG. 3, the waveform pattern as shown in the lower left figure of FIG. 3 (after linear interpolation) is performed. Waveform pattern) is acquired.

また、図3の右図の観測データ(D3_observed、および、D4_observedで示した部分のデータ)を用いて線形補間を行うと、図3の下右図のような波形パターン(線形補間後の波形パターン)が取得される。 Further, when linear interpolation is performed using the observation data (data of the portion shown by D3_observed and D4_observed) in the right figure of FIG. 3, the waveform pattern as shown in the lower right figure of FIG. 3 (waveform pattern after linear interpolation) is performed. ) Is acquired.

このように、同一の波形パターンに対して、線形補間によりデータ欠落部分のデータを補間すると、観測データが波形パターンのどの部分であるかによって(観測データの欠落部分の位置によって)、線形補間により取得される波形パターンが異なったものとなる。観測データの欠落部分が異なるときに、同一波形パターンを線形補間して、別の波形パターン(異なった波形パターン)になってしまうと、線形補間して取得される波形パターンを用いて、将来値予測のためのPNNモデル等の学習処理を行うと、学習処理の精度、効率が悪化する。つまり、本来同じ波形パターンであるにも関わらず、線形補間して取得された波形パターンが異なる波形パターンを用いて学習処理を行うと、異なる波形パターンとして学習処理が実行されてしまい、適切な将来値予測を行う学習済みモデルを取得できなくなる。また、本来同じ波形パターンであるにも関わらず、線形補間して取得された波形パターンが異なる波形パターンとなってしまうと、波形パターンの数が不適切に増加してしまい、学習処理の効率が悪化する。 In this way, when the data of the data missing part is interpolated by linear interpolation for the same waveform pattern, the linear interpolation is performed depending on which part of the waveform pattern the observed data is (depending on the position of the missing part of the observed data). The acquired waveform pattern will be different. If the same waveform pattern is linearly interpolated and becomes a different waveform pattern (different waveform pattern) when the missing part of the observation data is different, the future value will be used using the waveform pattern obtained by linear interpolation. When learning processing such as a PNN model for prediction is performed, the accuracy and efficiency of the learning processing deteriorate. In other words, if the waveform patterns obtained by linear interpolation are different waveform patterns even though they are originally the same waveform pattern, the learning process will be executed as different waveform patterns, which is an appropriate future. It becomes impossible to acquire a trained model that performs value prediction. Further, if the waveform patterns acquired by linear interpolation become different waveform patterns even though they are originally the same waveform patterns, the number of waveform patterns increases inappropriately, and the efficiency of the learning process becomes high. Getting worse.

このような線形補間の問題を解決するために、無線状況予測装置100では、図4に示すように、観測データが間欠的に取得される場合において、観測データの取得部分(欠落データの部分)がどこであっても、同一波形パターンに対してデータ補間処理を行った場合に、略同一の波形パターン(補間処理後の波形パターン)が取得されるようにデータ補間処理を行う。これにより、無線状況予測装置100では、適切な波形パターン(補間処理後の波形パターン)が取得でき、高精度で、かつ、効率の良い学習処理(将来値予測のためのPNNモデル等の学習処理)を行うことができる。 In order to solve such a problem of linear interpolation, in the radio condition prediction device 100, as shown in FIG. 4, when the observation data is intermittently acquired, the observation data acquisition portion (missing data portion). However, when the data interpolation processing is performed on the same waveform pattern, the data interpolation processing is performed so that substantially the same waveform pattern (wave pattern after the interpolation processing) is acquired. As a result, the wireless condition prediction device 100 can acquire an appropriate waveform pattern (waveform pattern after interpolation processing), and is highly accurate and efficient learning processing (learning processing such as a PNN model for predicting future values). )It can be performed.

以下では、無線状況予測装置100の動作について、(1)学習処理の動作(学習処理モードでの動作)、および、(2)予測処理の動作(予測処理実行モードでの動作)に分けて説明する。また、図7のフローチャートを参照しながら、説明する。 In the following, the operation of the wireless condition prediction device 100 will be described separately for (1) operation of learning processing (operation in learning processing mode) and (2) operation of prediction processing (operation in prediction processing execution mode). do. Further, it will be described with reference to the flowchart of FIG.

(1.2.1:学習処理(学習処理モードでの動作))
まず、学習処理(学習処理モードでの動作)について説明する。
(1.2.1: Learning process (operation in learning process mode))
First, the learning process (operation in the learning process mode) will be described.

無線状況予測装置100の復調処理部Dm1は、アンテナAnt1を介して受信した無線信号に対して復調処理を実行し、RF復調信号、BB復調信号を取得する。観測データ取得部FE1は、復調処理部Dm1により取得された、RF復調信号、および/または、BB復調信号から、QoS値(スループット、(連続)パケットロス数、遅延量等の通信品質を示す指標値)を取得する。なお、説明便宜のため、以下では、QoS値がRSSI値(信号受信強度)であるものとして説明する。 The demodulation processing unit Dm1 of the radio condition prediction device 100 executes demodulation processing on the radio signal received via the antenna Ant1 and acquires an RF demodulation signal and a BB demodulation signal. The observation data acquisition unit FE1 is an index indicating communication quality such as a QoS value (throughput, (continuous) packet loss number, delay amount, etc.) from the RF demodulation signal and / or the BB demodulation signal acquired by the demodulation processing unit Dm1. Value). For convenience of explanation, the QoS value will be described below as an RSSI value (signal reception strength).

そして、観測データ取得部FE1は、取得したRSSI値を含むデータをデータD1として、データ補間処理部1に出力する。 Then, the observation data acquisition unit FE1 outputs the data including the acquired RSSI value as the data D1 to the data interpolation processing unit 1.

データ補間処理部1のデータ保持部11は、入力されたデータD1を所定の期間、記憶保持する。なお、ここでは、データ保持部11は、FIFO(First in First out)メモリを用いて実現されるものとする。なお、FIFOメモリは、例えば、デュアルポートのRAMを用いて実現してもよい。 The data holding unit 11 of the data interpolation processing unit 1 stores and holds the input data D1 for a predetermined period. Here, it is assumed that the data holding unit 11 is realized by using a FIFO (First in First out) memory. The FIFO memory may be realized by using, for example, a dual-port RAM.

データ保持部11は、FIFOメモリの1サンプルを取得する周期(FIFOメモリに1つのデータを入力させる周期)をサンプル周期Tsとすると、Ts×(Nw+Ns-1)に相当する期間のデータを記憶保持する。つまり、データ保持部11は、(Nw+Ns-1)個のサンプルデータを記憶保持する。 The data holding unit 11 stores and holds data for a period corresponding to Ts × (Nw + Ns-1), where the sample cycle Ts is the cycle for acquiring one sample of the FIFO memory (the cycle for inputting one data to the FIFO memory). do. That is, the data holding unit 11 stores and holds (Nw + Ns-1) sample data.

なお、データ保持部11は、観測データ取得部FE1から、観測データが取得できない期間(データ欠落期間)においては、FIFOメモリに、値「0」のデータ(RSSI値)を入力し、観測データが取得できる期間においては、FIFOメモリに、観測データのRSSI値を入力するものとする。 The data holding unit 11 inputs data having a value of "0" (RSSI value) into the FIFO memory during a period in which observation data cannot be acquired (data missing period) from the observation data acquisition unit FE1, and the observation data is generated. During the acquisition period, the RSSI value of the observation data shall be input to the FIFA memory.

行列生成部12は、データ保持部11に対して、データ保持部11で記憶されている所定の期間のデータをデータD_ptnとして読み出す。具体的には、行列生成部12は、データ保持部11に記憶されている(Nw+Ns-1)個のサンプルデータを読み出し、以下のように行データをNs個取得することで、Ns行Nw列の行列R(ハンケル行列R)を取得する(図7のステップS1)。
(1)時刻t11~t12の期間にデータ保持部11のFIFOメモリに記憶(入力)されたデータ(サンプル)r~rNwを、行列Rの1行目の要素(Nw個の要素)とする。
(2)時刻t11+Ts~t12+Tsの期間にデータ保持部11のFIFOメモリに記憶(入力)されたデータ(サンプル)r~rNw+1を、行列Rの2行目の要素(Nw個の要素)とする。なお、Tsは、データ保持部11のFIFOメモリでデータ取得するときのサンプル周期である。
(3)時刻t11+Ts×2~t12+Ts×2の期間にデータ保持部11のFIFOメモリに記憶(入力)されたデータ(サンプル)r~rNw+2を、行列Rの3行目の要素(Nw個の要素)とする。
・・・
(k)時刻t11+Ts×(k-1)~t12+Ts×(k-1)の期間にデータ保持部11のFIFOメモリに記憶(入力)されたデータ(サンプル)r~rNw+k-1を、行列Rのk行目(k:自然数、1≦k≦Ns)の要素(Nw個の要素)とする。
・・・
(Ns)時刻t11+Ts×(Ns-1)~t12+Ts×(Ns-1)の期間にデータ保持部11のFIFOメモリに記憶(入力)されたデータ(サンプル)rNs~rNw+Ns-1を、行列RのNs行目(k:自然数、1≦k≦Ns)の要素(Nw個の要素)とする。
The matrix generation unit 12 reads the data stored in the data retention unit 11 for a predetermined period as data D_ptn to the data retention unit 11. Specifically, the matrix generation unit 12 reads out (Nw + Ns-1) sample data stored in the data holding unit 11 and acquires Ns row data as shown below to obtain Ns rows and Nw columns. (Hankel matrix R) is acquired (step S1 in FIG. 7).
(1) The data (sample) r 1 to r Nw stored (input) in the FIFO memory of the data holding unit 11 during the period from time t 11 to t 12 are the elements of the first row of the matrix R (Nw elements). ).
( 2 ) Data (samples) r2 to rNw + 1 stored (input) in the FIFO memory of the data holding unit 11 during the period of time t 11 + Ts to t 12 + Ts are the elements (Nw) in the second row of the matrix R. Element). Note that Ts is a sample cycle when data is acquired in the FIFO memory of the data holding unit 11.
( 3 ) The data (sample) r3 to rNw + 2 stored (input) in the FIFO memory of the data holding unit 11 during the period of time t 11 + Ts × 2 to t 12 + Ts × 2 is the third row of the matrix R. Let it be an element (Nw elements).
・ ・ ・
(K) Data (sample) r k to r Nw + k- stored (input) in the FIFO memory of the data holding unit 11 during the period from time t 11 + Ts × (k-1) to t 12 + Ts × (k-1). Let 1 be an element (Nw elements) of the kth row (k: natural number, 1 ≦ k ≦ Ns) of the matrix R.
・ ・ ・
Data (sample) r Ns to r Nw + Ns- stored (input) in the FIFO memory of the data holding unit 11 during the period (Ns) time t 11 + Ts × (Ns-1) to t 12 + Ts × (Ns-1). Let 1 be an element (Nw elements) of the Nsth row (k: natural number, 1 ≦ k ≦ Ns) of the matrix R.

行列生成部12により、上記のようにして取得されたNs行Nw列の行列R(ハンケル行列R)は、図5に示すスライディングウィンドウWin1を、図5の矢印Dir1方向に1サンプル周期ずつずらしたときにスライディングウィンドウ内にあるデータを1行の要素とすることで取得された行列に相当する。図5から分かるように、行列Rは、観測データが左斜め下方向に移動するような行列となり、観測データがない部分の要素(データ欠落部分の要素)は値「0」となる。図5の左下図に示したハンケル行列Rにおいて、実線で示した部分のデータは観測データのRSSI値が要素となっており、白地部分は値「0」の要素となっている。図5の右下図に示したハンケル行列Rにおいて、グレー部分のデータは観測データのRSSI値が要素となっており、白色部分は値「0」の要素となっている。 The matrix R (Hankel matrix R) of Ns rows and Nw columns acquired by the matrix generation unit 12 as described above shifts the sliding window Win1 shown in FIG. 5 by one sample period in the direction of the arrow Dir1 in FIG. It corresponds to the matrix obtained by making the data in the sliding window an element in one row. As can be seen from FIG. 5, the matrix R is a matrix in which the observed data moves diagonally downward to the left, and the element of the portion without the observed data (element of the missing data portion) has a value of “0”. In the Hankel matrix R shown in the lower left figure of FIG. 5, the data in the portion shown by the solid line is an element of the RSSI value of the observation data, and the white background portion is an element of the value “0”. In the Hankel matrix R shown in the lower right figure of FIG. 5, the data in the gray portion is an element of the RSSI value of the observation data, and the white portion is an element of the value “0”.

つまり、上記のようにして取得されたNs行Nw列の行列Rは、反対角成分のみが「0」でない値であるハンケル行列となる。なお、ハンケル行列は、正方行列で定義されるが、正方行列以外の行列の場合であっても、反対角成分が同一である場合(i行j列の要素(観測データ)と、i+1行j-1列の要素とが同一である場合)、広義のハンケル行列であるとして、以下、このような行列をハンケル行列という。 That is, the matrix R of the Ns row and Nw column acquired as described above is a Hankel matrix in which only the anti-diagonal component is a value other than "0". The Hankel matrix is defined by a square matrix, but even in the case of a matrix other than the square matrix, when the opposite angle components are the same (elements of i-row j-column (observation data) and i + 1-row j). (When the elements in column -1 are the same), assuming that it is a Hankel matrix in a broad sense, such a matrix is hereinafter referred to as a Hankel matrix.

行列生成部12は、上記のようにして取得したハンケル行列Rを含むデータを行列分解処理部13および最適化処理部14に出力する。 The matrix generation unit 12 outputs the data including the Hankel matrix R acquired as described above to the matrix factorization processing unit 13 and the optimization processing unit 14.

行列分解処理部13は、行列生成部12により取得されたハンケル行列Rに対して行列分解処理を行う。具体的には、行列分解処理部13は、公知の手法により、ハンケル行列Rのj実効的なランク数(階数)Lを取得(算出)する処理を行い、ハンケル行列Rの実効的なランク数Lを取得する。 The matrix factorization processing unit 13 performs a matrix factorization process on the Hankel matrix R acquired by the matrix factorization unit 12. Specifically, the matrix factorization processing unit 13 performs a process of acquiring (calculating) the effective rank number (rank) L of the Hankel matrix R by a known method, and the effective rank number of the Hankel matrix R. Get L.

そして、行列分解処理部13は、ハンケル行列Rに対して特異値分解を行う。実効的なランク数とは、最大特異値(特異値の絶対値が最大のもの)と比べ非常に小さい特異値を0とみなした上で非ゼロの特異値の数を指す。0とみなす特異値は例えば、最大特異値の絶対値の1/10以下の絶対値を持つ特異値として決定する。実効的なランク数を用いることにより、観測タイミングのずれや無線端末が移動したルートのずれ等の誤差要因に起因する雑音の影響を軽減することができる。一般に、実効的なランク数Lの行列Rについて、特異値分解を行うと、行列Rを下記のように表現することができる。
R=UΣV
U:左特異ベクトルにより構成されるユニタリ行列
Σ:対角成分が特異値となる行列(以下、これを「特異値行列」という)
V:右特異ベクトルにより構成されるユニタリ行列
ここで、特異値行列Σは、実効的なランク数がLである場合、対角成分の1行目の要素からL行目までの要素が非0となり、それ以外の要素の値が「0」となる。つまり、特異値行列Σの対角成分σ11、σ22、・・・、σLLの値が非0となる。なおσijは、i行j列の要素を表す。また、Aは、行列Aの転置を表す(Aは、行列Aの転置行列である)。
Then, the matrix factorization processing unit 13 performs singular value decomposition on the Hankel matrix R. The effective number of ranks refers to the number of non-zero singular values after considering a singular value that is very small compared to the maximum singular value (the one with the maximum absolute value of the singular value) as 0. The singular value regarded as 0 is determined as, for example, a singular value having an absolute value of 1/10 or less of the absolute value of the maximum singular value. By using an effective number of ranks, it is possible to reduce the influence of noise caused by error factors such as the deviation of the observation timing and the deviation of the route to which the wireless terminal has moved. In general, the matrix R can be expressed as follows by performing a singular value decomposition on the matrix R having an effective number of ranks L.
R = UΣV T
U: Unitary matrix composed of left singular vectors Σ: Matrix whose diagonal components have singular values (hereinafter referred to as "singular value matrix")
V: Unitary matrix composed of right singular vectors Here, in the singular value matrix Σ, when the effective number of ranks is L, the elements from the first row to the Lth row of the diagonal components are non-zero. And the values of the other elements are "0". That is, the values of the diagonal components σ 11 , σ 22 , ..., Σ LL of the singular value matrix Σ are non-zero. Note that σ ij represents an element of i rows and j columns. Further, AT represents the transpose of the matrix A (AT is the transpose matrix of the matrix A).

行列分解処理部13は、特異値分解を行い、上記のユニタリ行列U、特異値行列Σ、および、ユニタリ行列Vを取得する。そして、行列分解処理部13は、
P=U:,1:LΣ0.5 1:L,1:L
Q=Σ0.5 1:L,1:L 1:L,:
L:行列Rの実効的なランク数
に相当する処理を行い、行列Pおよび行列Qを取得する。なお、行列Aが実数を要素とするm×n(m行n列)の行列であるとし、行列Aのi行j列の成分をxijとすると、(1)A0.5、(2)Aa:b,c:d、(3)Aa,:、および(4)A:,aは、以下の内容を意味するものとする。
(1)A0.5:i行j列の成分がsqrt(xij)の行列(m×nの行列)(sqrt(x)は、xの平方根を表す)
(2)Aa:b,c:d:行列Aのa行からb行の要素、および、行列Aのc列からd列の要素を抽出した行列
(3)Aa,::行列Aのa行の要素を抽出した行列
(4)A:,a:行列Aのa列の要素を抽出した行列
図6に示すように、m×nの行列Rは、n×nのユニタリ行列Uと、n×mの特異値行列Σと、m×mのユニタリ行列Vの転置行列Vとの積で表すことができる。そして、行列Rの実効的なランク数がLであるとき、特異値行列Σの対角成分σ11、σ22、・・・、σLLの値のみが非0となるので、図6に示すように、
R=UΣV
=U:,1:LΣ1:L,1:L 1:L,:
=U:,1:LΣ0.5 1:L,1:LΣ0.5 1:L,1:L 1:L,:
が成り立つ。したがって、
P=U:,1:LΣ0.5 1:L,1:L
Q=Σ0.5 1:L,1:L 1:L,:
とすることで、
R≒PQ
となる。すなわち、行列Rを、n×Lの行列Pと、L×mの行列Qとの積で表すことができる。なお、特異値分解において、ノイズ等の影響により生じる値の小さい特異値を無視するため、上記Rと、PQとは、厳密は等価にはならないため、上記のように、近似式での表記を行っている(Rと、PQとが略同一とする表記を行っている)。また、図6において、所定の値よりも小さい特異値(例えば、誤差の範囲内にある特異値)は「0」とみなして、特異値行列Σ等を示している。
The matrix factorization processing unit 13 performs singular value decomposition and acquires the unitary matrix U, the singular value matrix Σ, and the unitary matrix VT . Then, the matrix factorization processing unit 13
P = U :, 1: L Σ 0.5 1: L, 1: L
Q = Σ 0.5 1: L, 1 : L VT 1: L ,:
L: Performs processing corresponding to the effective number of ranks of the matrix R, and acquires the matrix P and the matrix Q. Assuming that the matrix A is an m × n (m rows and n columns) matrix having a real number as an element, and the component of the i rows and j columns of the matrix A is x ij , (1) A 0.5 , (2). ) A a: b, c: d , (3) A a ,: , and (4) A :, a shall mean the following contents.
(1) A 0.5 : A matrix in which the components of i-row and j-column are sqrt (x ij ) (matrix of m × n) (sqrt (x) represents the square root of x)
(2) A a: b, c: d : A matrix in which the elements in rows a to b of the matrix A and the elements in the c column of the matrix A are extracted from the elements in the d column. Matrix from which elements in row a are extracted (4) A :, a : Matrix from which elements in column a of matrix A are extracted As shown in FIG. 6, the matrix R of m × n is the unitary matrix U of n × n. , N × m singular value matrix Σ and m × m unitary matrix V transposed matrix VT can be expressed as a product. Then, when the effective number of ranks of the matrix R is L, only the values of the diagonal components σ 11 , σ 22 , ..., Σ LL of the singular value matrix Σ are non-zero, which is shown in FIG. like,
R = UΣV T
= U :, 1: L Σ 1: L, 1: L V T 1: L ,:
= U :, 1: L Σ 0.5 1: L, 1: L Σ 0.5 1: L, 1 : L VT 1: L ,:
Is true. therefore,
P = U :, 1: L Σ 0.5 1: L, 1: L
Q = Σ 0.5 1: L, 1 : L VT 1: L ,:
By
R ≒ PQ
Will be. That is, the matrix R can be represented by the product of the n × L matrix P and the L × m matrix Q. In the singular value decomposition, since the singular value with a small value caused by the influence of noise etc. is ignored, the above R and PQ are not strictly equivalent. (The notation is that R and PQ are almost the same). Further, in FIG. 6, a singular value smaller than a predetermined value (for example, a singular value within an error range) is regarded as “0” and a singular value matrix Σ or the like is shown.

行列分解処理部13は、実効的なランク数Lのハンケル行列R(Ns×Nwの行列)に対して、上記数式に相当する処理を行い、Ns×Lの行列P、および、L×Nwの行列Qを取得する(図7のステップS2)。そして、行列分解処理部13は、取得した行列P、Qを含むデータを最適化処理部14に出力する。 The matrix factorization processing unit 13 performs processing corresponding to the above formula on the Hankel matrix R (matrix of Ns × Nw) having an effective rank number L, and performs processing corresponding to the above equation, and the matrix P of Ns × L and the matrix P of L × Nw. Acquire the matrix Q (step S2 in FIG. 7). Then, the matrix factorization processing unit 13 outputs the acquired data including the matrices P and Q to the optimization processing unit 14.

最適化処理部14は、ハンケル行列R、行列P、Q(ハンケル行列Rを行列分解した行列P、Q)を用いて、最適化処理を行い、最適化行列R_optを取得する。具体的には、最適化処理部14は、損失関数Loss(P,Q)を、下記数式のように設定する。

Figure 2022079868000002
λ:実数
μ:実数
Figure 2022079868000003
Figure 2022079868000004
Figure 2022079868000005
なお、Ri,kは、行列Rのi行k列目の要素(の値)を表しており、||A||は、行列Aのフロベニウスノルムを表している。また、集合Ωは、ハンケル行列Rの要素のうち、観測データが取得された要素のインデックス(i,k)の集合である。つまり、Ri,kは、実際に観測されたデータ(観測データ(RSSI値))を有する要素(行列Rの要素)である。損失関数Loss(P,Q)の第3項(μJ(P,Q))は、時系列において隣接するデータ(RSSI値)の値が近似していること(電力が大きく変化しないこと)に基づいて設定した制限項(正則化項)である。第3項(μJ(P,Q))を含む損失関数Loss(P,Q)を用いて最適化処理を行うことで、最適化処理により取得される波形パターン(RSSI値の波形パターン)において、補間データが時系列で滑らかに接続された波形パターンになる(隣接するサンプル点間の変動が所定の範囲に抑えられた波形パターンになる)。 The optimization processing unit 14 performs optimization processing using the Hankel matrix R, the matrix P, and Q (matrix P and Q obtained by matrix factorizing the Hankel matrix R), and acquires the optimization matrix R_opt. Specifically, the optimization processing unit 14 sets the loss function Loss (P, Q) as shown in the following mathematical formula.
Figure 2022079868000002
λ: real number μ: real number
Figure 2022079868000003
Figure 2022079868000004
Figure 2022079868000005
Note that R i and k represent the elements (values) of the i-th row and k-th column of the matrix R, and || A || F represents the Frobenius norm of the matrix A. Further, the set Ω is a set of indexes (i, k) of the elements of the Hankel matrix R from which the observation data has been acquired. That is, R i and k are elements (elements of the matrix R) having actually observed data (observation data (RSSI value)). The third term (μJ 3 (P, Q)) of the loss function Loss (P, Q) is that the values of adjacent data (RSSI values) in the time series are close (the power does not change significantly). It is a restriction term (regularization term) set based on this. In the waveform pattern (RSSI value waveform pattern) acquired by the optimization process by performing the optimization process using the loss function Ross (P, Q) including the third term (μJ 3 (P, Q)). , The interpolated data becomes a waveform pattern that is smoothly connected in chronological order (a waveform pattern in which the fluctuation between adjacent sample points is suppressed within a predetermined range).

そして、最適化処理部14は、下記数式に相当する処理を行うことで、行列P、Qの最適解Popt、Qoptを取得する。

Figure 2022079868000006
行列P、Qの最適解Popt、Qoptは、下記数式を満たすP、Qを求めることで取得できる。
Figure 2022079868000007
Figure 2022079868000008
上記数式を満たす行列P、Qを、それぞれ、Popt、Qoptとすると、行列Popt、Qoptは、下記数式に相当する処理を行うことで取得できる。 Then, the optimization processing unit 14 acquires the optimum solutions Popt and Qopt of the matrices P and Q by performing the processing corresponding to the following mathematical formula.
Figure 2022079868000006
The optimum solutions Popt and Qopt of the matrices P and Q can be obtained by finding P and Q satisfying the following mathematical formulas.
Figure 2022079868000007
Figure 2022079868000008
Assuming that the matrices P and Q satisfying the above formula are Popt and Q Op , respectively, the matrix Popt and Q Opt can be obtained by performing the processing corresponding to the following formula.

なお、上記のJ(P,Q)の定義域は、1≦k≦N-1(k:整数)であるので、Qoptは、下記(1)、(2)に場合分けし、下記のように求められる。
(1)1≦k≦N-1のとき

Figure 2022079868000009
I:単位行列
(2)k=Nのとき
Figure 2022079868000010
Figure 2022079868000011
なお、上記数式に相当する処理を行うと、計算量が多くなり、処理効率が悪くなる。そこで、最適化処理部14は、選択行列を用いて、行列Rの要素のうち観測データが存在する要素(集合Ωに含まれるインデックス(i,k)の要素)のみを抽出して、処理を行うことで、行列P、Qの最適解Popt、Qoptを取得する。これについて、具体的に説明する。 Since the domain of J 3 (P, Q) is 1 ≦ k ≦ N w -1 (k: integer), Q opt is divided into the following cases (1) and (2). It is required as follows.
(1) When 1 ≦ k ≦ N w -1
Figure 2022079868000009
I: Identity matrix (2) When k = N w
Figure 2022079868000010
Figure 2022079868000011
If the processing corresponding to the above formula is performed, the amount of calculation increases and the processing efficiency deteriorates. Therefore, the optimization processing unit 14 uses the selection matrix to extract only the elements of the matrix R in which the observation data exists (elements of the index (i, k) included in the set Ω) and perform processing. By doing so, the optimum solutions Popt and Qopt of the matrices P and Q are obtained. This will be specifically described.

≪1:Qについての最適化処理(ステップS4)≫
最適化処理部14は、ハンケル行列のk列(観測データが存在する列)において、観測データが存在する要素のみを抽出する。具体的には、最適化処理部14は、下記数式に相当する処理を行い、ハンケル行列Rのk列(観測データが存在する列)において、観測データが存在する要素のみを抽出する。

Figure 2022079868000012
なお、上記において、行列Sは、選択行列であり、n×mのハンケル行列Rのk列において、観測データを有している要素の数がα個である場合、最適化処理部14は、以下のようにして、α×nの選択行列Sを生成する。 << 1: Optimization process for Q (step S4) >>
The optimization processing unit 14 extracts only the elements in which the observation data exists in the k-column (the column in which the observation data exists) of the Hankel matrix. Specifically, the optimization processing unit 14 performs a process corresponding to the following mathematical formula, and extracts only the element in which the observation data exists in the k column (the column in which the observation data exists) of the Hankel matrix R.
Figure 2022079868000012
In the above, the matrix Sk is a selection matrix, and when the number of elements having observation data is α in the k -column of the n × m Hankel matrix R, the optimization processing unit 14 is used. , The selection matrix Sk of α × n is generated as follows.

ハンケル行列Rのk列の観測データを有している要素を行番号について昇順に検出した場合に、当該要素を第1番目の要素から第α番目の要素とし、第q番目(q:自然数、1≦q≦α)の要素の行番号をrow(q)とすると、最適化処理部14は、選択行列Sの第q行目の要素を、第row(q)列のみが値「1」であり、それ以外の列の値が「0」となるように設定する。 When an element having observation data in column k of the Hankel matrix R is detected in ascending order with respect to the row number, the element is set as the αth element from the first element, and the qth (q: natural number, Assuming that the row number of the element of 1 ≦ q ≦ α) is row (q), the optimization processing unit 14 sets the element of the qth row of the selection matrix Sk to the value “1” only in the row ( q ) column. , And the values of the other columns are set to be "0".

このようにして生成される選択行列Sの一例を図8に示す。図8では、ハンケル行列Rの第k列の観測データを有している要素(既知部分の要素)が第1行、第6行、第7行、第n行の要素(4個の要素)である場合を示している。図8の下図に示すように、最適化処理部14は、S:,kに相当する処理を行うことで、ハンケル行列Rのk列において、観測データを有している要素のみを抽出した行列xを取得できる。 An example of the selection matrix Sk generated in this way is shown in FIG. In FIG. 8, the elements (elements of known parts) having the observation data of the kth column of the Hankel matrix R are the elements of the first row, the sixth row, the seventh row, and the nth row (four elements). The case is shown. As shown in the lower figure of FIG. 8, the optimization processing unit 14 performs processing corresponding to Sk R :, k to extract only the elements having the observation data in the k column of the Hankel matrix R. You can get the matrix x.

また、最適化処理部14は、選択行列Sを用いて、行列Pにおいて、ハンケル行列Rのk列(観測データが存在する列)の観測データが存在する要素と同一行のデータ(要素)を抽出する。具体的には、最適化処理部14は、選択行列Sと行列Pとの積をとることで、行列Pにおいて、ハンケル行列Rのk列(観測データが存在する列)の観測データが存在する要素と同一行のデータ(要素)を抽出する。すなわち、最適化処理部14は、下記数式に相当する処理を実行することで、行列Pにおいて、ハンケル行列Rのk列(観測データが存在する列)の観測データが存在する要素と同一行のデータ(要素)を抽出した行列Ppartを取得できる。

Figure 2022079868000013
選択行列Sにより、行列Ppartを取得する場合の一例を図9に示す。図9では、ハンケル行列Rの第k列の観測データを有している要素(既知部分の要素)が第1行、第6行、第7行、第n行の要素(4個の要素)である場合を示している。図9の下図に示すように、最適化処理部14は、SPに相当する処理を行うことで、行列Pにおいて、ハンケル行列Rのk列(観測データが存在する列)の観測データが存在する要素と同一行のデータ(要素)を抽出した行列Ppartを取得できる。 Further, the optimization processing unit 14 uses the selection matrix Sk, and in the matrix P, the data (element) in the same row as the element in which the observation data of the k column (column in which the observation data exists) of the Hankel matrix R exists. To extract. Specifically, the optimization processing unit 14 takes the product of the selection matrix Sk and the matrix P, so that the observation data of the k column (the column in which the observation data exists) of the Hankel matrix R exists in the matrix P. Extract the data (element) in the same row as the element to be used. That is, by executing the process corresponding to the following mathematical formula, the optimization processing unit 14 has the same row as the element in which the observation data of the k column (the column in which the observation data exists) of the Hankel matrix R exists in the matrix P. You can get the matrix P part from which the data (elements) are extracted.
Figure 2022079868000013
FIG. 9 shows an example of acquiring the matrix P- part by the selection matrix Sk . In FIG. 9, the elements (elements of the known part) having the observation data of the kth column of the Hankel matrix R are the elements of the first row, the sixth row, the seventh row, and the nth row (four elements). The case is shown. As shown in the lower figure of FIG. 9, the optimization processing unit 14 performs a process corresponding to Sk P, so that the observation data of the k column (the column in which the observation data exists) of the Hankel matrix R can be obtained in the matrix P. It is possible to acquire a matrix Ppart that extracts data (elements) in the same row as existing elements.

最適化処理部14は、上記のようにして取得した行列Ppartと、行列Qのk列目を抽出した行列Q:,kとを用いて、下記数式に相当する処理を行うことで、ハンケル行列Rのk列目の観測データのRSSI値と、行列分解して取得された行列P、Qの積により取得される値との誤差を効率良く(計算量を低減させて)行うことができる。つまり、最適化処理部14は、ハンケル行列Rのk列目の観測データを抽出した行列xと、選択行列Sにより取得した行列Ppart、および、行列Qのk列目を抽出した行列Q:,kの積により取得される行列との誤差を下記の数式に相当する処理を行うことで、効率良く行うことができる。

Figure 2022079868000014
そして、最適化処理部14は、ハンケル行列Rのk列目の観測データに注目した損失関数LossA(P,Q)を下記数式のように設定する。
Figure 2022079868000015
そして、最適化処理部14は、上記損失関数LossA(P,Q)の値を最小にする行列Q(行列Q:,k)を求める。つまり、最適化処理部14は、下記数式を満たす行列Q(行列Q:,k)を求める。
Figure 2022079868000016
上記数式を満たす行列Q(行列Q:,k)は、下記数式により取得されるので、最適化処理部14は、下記数式に相当する処理を行うことで、上記の損失関数LossA(P,Q)の値を最小にする行列Q:,kを取得する(1≦k≦N-1の場合)。
Figure 2022079868000017
最適化処理部14は、上記処理により取得された行列Q:,kの値を行列Qに設定(更新)する(行列Qの該当する要素の値を、行列Q:,kで取得された値に更新する)。 The optimization processing unit 14 uses the matrix P part acquired as described above and the matrix Q :, k obtained by extracting the k-th column of the matrix Q to perform processing corresponding to the following mathematical formula, thereby performing Hankel. It is possible to efficiently (reduce the amount of calculation) the error between the RSSI value of the observation data in the kth column of the matrix R and the value acquired by the product of the matrices P and Q acquired by matrix decomposition. .. That is, the optimization processing unit 14 extracts the observation data of the k-th column of the Hankel matrix R, the matrix P part acquired by the selection matrix Sk, and the matrix Q from which the k -th column of the matrix Q is extracted. The error from the matrix obtained by the product of : and k can be efficiently performed by performing the processing corresponding to the following mathematical formula.
Figure 2022079868000014
Then, the optimization processing unit 14 sets the loss function LossA (P, Q) focusing on the observation data in the kth column of the Hankel matrix R as shown in the following mathematical formula.
Figure 2022079868000015
Then, the optimization processing unit 14 obtains a matrix Q (matrix Q :, k ) that minimizes the value of the loss function LossA (P, Q). That is, the optimization processing unit 14 obtains a matrix Q (matrix Q :, k ) that satisfies the following mathematical formula.
Figure 2022079868000016
Since the matrix Q (matrix Q :, k ) satisfying the above formula is acquired by the following formula, the optimization processing unit 14 performs the processing corresponding to the following formula to perform the above-mentioned loss function LossA (P, Q). ) Matrix Q :, k is acquired (in the case of 1 ≦ k ≦ N w -1).
Figure 2022079868000017
The optimization processing unit 14 sets (updates) the value of the matrix Q :, k acquired by the above processing in the matrix Q (the value of the corresponding element of the matrix Q is the value acquired by the matrix Q ::, k ). Update to).

そして、最適化処理部14は、上記処理を1≦k≦N-1を満たすkについて繰り返し実行する。 Then, the optimization processing unit 14 repeatedly executes the above processing for k satisfying 1 ≦ k ≦ N w -1.

そして、k=Nの場合、上記(数式15)を満たす行列Q(行列Q:,k)は、下記数式により取得されるので、最適化処理部14は、下記数式に相当する処理を行うことで、上記の損失関数LossA(P,Q)の値を最小にする行列Q:,kを取得する。

Figure 2022079868000018
最適化処理部14は、上記処理により取得された行列Q:,kの値を行列Qに設定(更新)する(行列Qの該当する要素の値を、行列Q:,kで取得された値に更新する)。 Then, when k = N W , the matrix Q (matrix Q :, k ) satisfying the above (mathematical expression 15) is acquired by the following mathematical expression, so that the optimization processing unit 14 performs processing corresponding to the following mathematical expression. By doing so, the matrix Q :, k that minimizes the value of the loss function LossA (P, Q) is acquired.
Figure 2022079868000018
The optimization processing unit 14 sets (updates) the value of the matrix Q :, k acquired by the above processing in the matrix Q (the value of the corresponding element of the matrix Q is the value acquired by the matrix Q ::, k ). Update to).

つまり、最適化処理部14は、ハンケル行列Rにおいて、観測データが存在しているすべての列について、上記処理(行列Pを固定し、行列Qについての最適化処理)を実行する。 That is, the optimization processing unit 14 executes the above processing (fixing the matrix P and optimizing the matrix Q) for all the columns in which the observation data exists in the Hankel matrix R.

≪2:Pについての最適化処理(ステップS5)≫
次に、最適化処理部14は、行列Qを固定し、行列Pについての最適化処理を行う。具体的には、最適化処理部14は、下記数式に相当する処理を行い、ハンケル行列Rのi行(観測データが存在する行)において、観測データが存在する要素のみを抽出する。

Figure 2022079868000019
なお、上記において、行列Sは、選択行列であり、n×mのハンケル行列Rのi行において、観測データを有している要素の数がα個である場合、最適化処理部14は、以下のようにして、α×mの選択行列Sを生成する。 << 2: Optimization process for P (step S5) >>
Next, the optimization processing unit 14 fixes the matrix Q and performs optimization processing on the matrix P. Specifically, the optimization processing unit 14 performs a process corresponding to the following mathematical formula, and extracts only the element in which the observation data exists in the i row (the row in which the observation data exists) of the Hankel matrix R.
Figure 2022079868000019
In the above, the matrix S i is a selection matrix, and when the number of elements having observation data is α in the i rows of the n × m Hankel matrix R, the optimization processing unit 14 is used. , The selection matrix S i of α × m is generated as follows.

ハンケル行列Rのi行の観測データを有している要素を列番号について昇順に検出した場合に、当該要素を第1番目の要素から第α番目の要素とし、第q番目(q:自然数、1≦q≦α)の要素の列番号をcol(q)とすると、最適化処理部14は、選択行列Sの第q行目の要素を、第col(q)列のみが値「1」であり、それ以外の列の値が「0」となるように設定する。 When an element having the observation data of row i of the Hankel matrix R is detected in ascending order with respect to the column number, the element is set as the αth element from the first element, and the qth (q: natural number, Assuming that the column number of the element of 1 ≦ q ≦ α) is col (q), the optimization processing unit 14 sets the element of the qth row of the selection matrix Si to the value “1” only in the col (q) column. , And the values of the other columns are set to be "0".

このようにして生成される選択行列Sの一例を図10に示す。図10では、ハンケル行列Rの第i行の観測データを有している要素(既知部分の要素)が第1列、第6列、第7列、第m列の要素(4個の要素)である場合を示している。図10の下図に示すように、最適化処理部14は、S i,:に相当する処理を行うことで、ハンケル行列Rのi行において、観測データを有している要素のみを抽出した行列yを取得できる。 An example of the selection matrix Si generated in this way is shown in FIG. In FIG. 10, the elements (elements of known parts) having the observation data of the i-th row of the Hankel matrix R are the elements of the first column, the sixth column, the seventh column, and the m-th column (four elements). The case is shown. As shown in the lower figure of FIG. 10, the optimization processing unit 14 performs a process corresponding to S i R T i, : , so that only the element having the observation data is selected in the i row of the Hankel matrix R. The extracted matrix y can be obtained.

また、最適化処理部14は、選択行列Sを用いて、行列Qにおいて、ハンケル行列Rのi行(観測データが存在する行)の観測データが存在する要素と同一列のデータ(要素)を抽出する。具体的には、最適化処理部14は、選択行列Sと行列Qとの積をとることで、行列Qにおいて、ハンケル行列Rのi行(観測データが存在する行)の観測データが存在する要素と同一列のデータ(要素)を抽出する。すなわち、最適化処理部14は、下記数式に相当する処理を実行することで、行列Qにおいて、ハンケル行列Rのi行(観測データが存在する行)の観測データが存在する要素と同一列のデータ(要素)を抽出した行列Qpartを取得できる。

Figure 2022079868000020
選択行列Sにより、行列Qpartを取得する場合の一例を図11に示す。図11では、ハンケル行列Rの第i行の観測データを有している要素(既知部分の要素)が第1列、第6列、第7列、第m列の要素(4個の要素)である場合を示している。図11の下図に示すように、最適化処理部14は、Sに相当する処理を行うことで、行列Qにおいて、ハンケル行列Rのi行(観測データが存在する行)の観測データが存在する要素と同一列のデータ(要素)を抽出した行列Qpartを取得できる。 Further, the optimization processing unit 14 uses the selection matrix S i , and in the matrix Q, the data (element) in the same column as the element in which the observation data of the i row (the row in which the observation data exists) of the Hankel matrix R exists. To extract. Specifically, the optimization processing unit 14 obtains the observation data of the i row (the row in which the observation data exists) of the Hankel matrix R in the matrix Q by taking the product of the selection matrix S i and the matrix Q T. Extract the data (element) in the same column as the existing element. That is, by executing the process corresponding to the following mathematical formula, the optimization processing unit 14 has the same column as the element in which the observation data of the i-row (the row in which the observation data exists) of the Hankel matrix R exists in the matrix Q. You can get the matrix Q part from which the data (elements) are extracted.
Figure 2022079868000020
FIG. 11 shows an example of acquiring the matrix Q part by the selection matrix S i . In FIG. 11, the elements (elements of known parts) having the observation data of the i-th row of the Hankel matrix R are the elements of the first column, the sixth column, the seventh column, and the m-th column (four elements). The case is shown. As shown in the lower figure of FIG. 11, the optimization processing unit 14 performs the processing corresponding to S iQ T , and in the matrix Q, the observation data of the i row (the row in which the observation data exists) of the Hankel matrix R. You can get the matrix Q part that extracts the data (elements) in the same column as the element in which.

最適化処理部14は、上記のようにして取得した行列Pのi行目を抽出した行列P i,:と、行列Qpartとを用いて、下記数式に相当する処理を行うことで、ハンケル行列Rのi行の観測データのRSSI値と、行列分解して取得された行列P、Qの積により取得される値との誤差を効率良く(計算量を低減させて)行うことができる。つまり、最適化処理部14は、ハンケル行列Rのi行目の観測データを抽出した行列yと、行列Pのi行目を抽出した行列P i,:、および、選択行列Sにより取得した行列Qpartの積により取得される行列との誤差を下記の数式に相当する処理を行うことで、効率良く行うことができる。

Figure 2022079868000021
そして、最適化処理部14は、ハンケル行列Rのi行目の観測データに注目した損失関数LossB(P,Q)を下記数式のように設定する。
Figure 2022079868000022
そして、最適化処理部14は、上記損失関数LossB(P,Q)の値を最小にする行列P(行列P i,:)を求める。つまり、最適化処理部14は、下記数式を満たす行列P(行列P i,:)を求める。
Figure 2022079868000023
上記数式を満たす行列P(行列P i,:)は、下記数式により取得されるので、最適化処理部14は、下記数式に相当する処理を行うことで、上記の損失関数LossB(P,Q)の値を最小にする行列P i,:を取得する。
Figure 2022079868000024
最適化処理部14は、上記処理により取得された行列P i,:の値を行列Pに設定(更新)する(行列Pの該当する要素の値を、行列P i,:で取得された値に更新する)。 The optimization processing unit 14 performs processing corresponding to the following mathematical formula using the matrix P T i ,: extracted from the i-th row of the matrix P acquired as described above and the matrix Q part . It is possible to efficiently (reduce the amount of calculation) the error between the RSSI value of the observation data of row i of the Hankel matrix R and the value acquired by the product of the matrices P and Q acquired by matrix decomposition. .. That is, the optimization processing unit 14 obtains by the matrix y from which the observation data of the i-th row of the Hankel matrix R is extracted, the matrix P T i ,: from which the i-th row of the matrix P is extracted, and the selection matrix S i . The error from the matrix obtained by the product of the matrix Q part can be efficiently performed by performing the process corresponding to the following mathematical formula.
Figure 2022079868000021
Then, the optimization processing unit 14 sets the loss function LossB (P, Q) focusing on the observation data in the i-th row of the Hankel matrix R as shown in the following mathematical formula.
Figure 2022079868000022
Then, the optimization processing unit 14 obtains a matrix P (matrix P Ti , :) that minimizes the value of the loss function LossB (P, Q). That is, the optimization processing unit 14 obtains a matrix P (matrix P Ti , :) that satisfies the following mathematical formula.
Figure 2022079868000023
Since the matrix P (matrix P Ti, :) satisfying the above formula is acquired by the following formula , the optimization processing unit 14 performs the processing corresponding to the following formula to perform the above-mentioned loss function LossB (P, Acquire the matrix P T i ,: that minimizes the value of Q).
Figure 2022079868000024
The optimization processing unit 14 sets (updates) the value of the matrix P T i ,: acquired by the above processing in the matrix P (the value of the corresponding element of the matrix P is acquired by the matrix P T i ,:) . Update to the value).

そして、最適化処理部14は、上記処理をすべてのiについて繰り返し実行する。つまり、ハンケル行列Rにおいて、観測データが存在しているすべての行について、上記処理(行列Qを固定し、行列Pについての最適化処理)を繰り返し実行する。 Then, the optimization processing unit 14 repeatedly executes the above processing for all i. That is, in the Hankel matrix R, the above processing (fixing the matrix Q and optimizing the matrix P) is repeatedly executed for all the rows in which the observation data exists.

そして、最適化処理部14は、上記の行列Qについての最適化処理(ステップS4)、行列Pについての最適化処理(ステップS5)を行った後、行列Qについての最適化処理で取得された行列Q、および、行列Pについての最適化処理で取得された行列Pを用いて、ハンケル行列Rを更新する(R=PQ)(ステップS6)。 Then, the optimization processing unit 14 is acquired by the optimization processing for the matrix Q after performing the optimization processing for the matrix Q (step S4) and the optimization processing for the matrix P (step S5). The Hankel matrix R is updated (R = PQ) using the matrix Q and the matrix P acquired in the optimization process for the matrix P (step S6).

そして、図7のフローチャートに示すように、上記処理(ステップS4~S6)を所定回数繰り返す(図7のフローチャートでは、変数tを+1ずつインクリメントし、tが所定回数tmaxよりも小さい間、ステップS4~S6の処理を繰り返す(ステップS3~S8))。 Then, as shown in the flowchart of FIG. 7, the above processing (steps S4 to S6) is repeated a predetermined number of times (in the flowchart of FIG. 7, the variable t is incremented by +1 and step S4 is performed while t is smaller than the predetermined number of times tmax. The process of S6 is repeated (steps S3 to S8).

なお、図7のフローチャートでは、所定回数、ステップS4~S6の処理を繰り返す場合を示しているが、これに限定されることはない。例えば、損失関数Loss(P,Q)の値がステップS4~S6の処理を繰り返し実行しても、所定の範囲の値以上変動しない場合に、行列Rの最適化処理が収束したと判断し、最適化処理部14は、ステップS4~S6の処理を終了させるようにしてもよい。また、損失関数Loss(P,Q)の値が所定の値よりも小さくなった場合に、行列Rの最適化処理が収束したと判断し、最適化処理部14は、ステップS4~S6の処理を終了させるようにしてもよい。 The flowchart of FIG. 7 shows a case where the processes of steps S4 to S6 are repeated a predetermined number of times, but the present invention is not limited to this. For example, if the value of the loss function Loss (P, Q) does not fluctuate more than a value within a predetermined range even if the processes of steps S4 to S6 are repeatedly executed, it is determined that the optimization process of the matrix R has converged. The optimization processing unit 14 may end the processing of steps S4 to S6. Further, when the value of the loss function Loss (P, Q) becomes smaller than the predetermined value, it is determined that the optimization processing of the matrix R has converged, and the optimization processing unit 14 determines that the processing of steps S4 to S6. May be terminated.

最適化処理部14は、上記により取得したハンケル行列R(最適化処理後のハンケル行列R)を、最適化行列R_optとして、データ補間処理部15に出力する。 The optimization processing unit 14 outputs the Hankel matrix R (Hankel matrix R after the optimization processing) acquired as described above to the data interpolation processing unit 15 as the optimization matrix R_opt.

≪データ補間処理(ステップS9)≫
補間データ取得部15は、最適化処理部14から出力される最適化行列R_optに基づいて、補間処理を行い、補間データを取得する。具体的な処理について、図12、図13を用いて説明する。
<< Data interpolation processing (step S9) >>
The interpolation data acquisition unit 15 performs interpolation processing based on the optimization matrix R_opt output from the optimization processing unit 14, and acquires interpolation data. Specific processing will be described with reference to FIGS. 12 and 13.

図12は、データ補間処理を説明するための図であり、間欠的に取得された観測データ(RSSI値)と最適化行列R_opt(ハンケル行列Rに対する最適化処理で取得された行列)を示した図である。図12の上図において、横軸は時間であり、縦軸はRSSI値である。 FIG. 12 is a diagram for explaining the data interpolation process, and shows the observation data (RSSI value) intermittently acquired and the optimization matrix R_opt (matrix acquired by the optimization process for the Hankel matrix R). It is a figure. In the upper figure of FIG. 12, the horizontal axis is time and the vertical axis is RSSI value.

図13は、データ補間処理を説明するための図であり、間欠的に取得された観測データ(RSSI値)と最適化行列R_optにより取得した補間データを示した図である。図13の上図において、横軸は時間であり、縦軸はRSSI値である。 FIG. 13 is a diagram for explaining the data interpolation process, and is a diagram showing intermittently acquired observation data (RSSI value) and interpolation data acquired by the optimization matrix R_opt. In the upper figure of FIG. 13, the horizontal axis is time and the vertical axis is RSSI value.

なお、図12、図13の場合では、Ns×Nwのハンケル行列R(Ns=8、Nw=13)を用いて最適化処理を行い、Ns×Nwの最適化行列R_optを取得した場合を示している。また、図12、図13において、黒丸は、観測データ(既知部分)を示している。 In the case of FIGS. 12 and 13, the case where the optimization process is performed using the Hankel matrix R (Ns = 8, Nw = 13) of Ns × Nw and the optimization matrix R_opt of Ns × Nw is acquired is shown. ing. Further, in FIGS. 12 and 13, black circles indicate observation data (known portions).

図12、図13の場合、r~r、r~r10、r13、r16、r21が観測データありのデータ(サンプル)であり、それ以外のr~r、r11~r12、r14~r15、r17~r20が観測データなしの部分(サンプル)(データ欠落部分)である。なお、図12、図13に示した最適化行列R_optにおいて、黒丸が実線で接続されている要素は、同一の値(同一のRSSI値)の要素であることを示している。 In the case of FIGS. 12 and 13, r 1 to r 3 , r 8 to r 10 , r 13 , r 16 and r 21 are data (samples) with observation data, and the other data (sample) are r 4 to r 7 and r. 11 to r 12 , r 14 to r 15 , and r 17 to r 20 are parts (samples) without observation data (data missing parts). In the optimization matrix R_opt shown in FIGS. 12 and 13, the elements to which the black circles are connected by solid lines indicate that they have the same value (same RSSI value).

この場合において、上記で説明したように、無線状況予測装置100において、Ns×Nwのハンケル行列R(Ns=8、Nw=13)を生成し(初期値として、データ欠落部分の要素には、値「0」を挿入する)、上記の処理(図7のステップS2~S8の処理)を行うことで、最適化行列R_optが取得される。 In this case, as described above, in the radio condition prediction device 100, the Hankel matrix R (Ns = 8, Nw = 13) of Ns × Nw is generated (as an initial value, the element of the data missing portion is set to The optimization matrix R_opt is acquired by performing the above processing (processing of steps S2 to S8 in FIG. 7) with the value "0" inserted).

そして、無線状況予測装置100の補間データ取得部15は、図13に示すように、データ欠落部分のデータ(サンプル)に相当する要素である、反対角方向の成分(要素)の平均値を取得し、取得した平均値をデータ欠落部分のデータ(補間データ)とする。例えば、図13の場合において、最適化行列R_optのi行j列の要素をxi,jとすると、r~r、r11~r12、r14~r15、r17~r20の補間データrh~rh、rh11~rh12、rh14~rh15、rh17~rh20は、以下のものとなる。
rh=Ave(x1,4,x2,3,x3,2,x4,1
rh=Ave(x1,5,x2,4,x3,3,x4,2,x5,1
rh=Ave(x1,6,x2,5,x3,4,x4,3,x5,2,x6,1
rh=Ave(x1,7,x2,6,x3,5,x4,4,x5,3,x6,2,x7,1
rh11=Ave(x1,11,x2,10,x3,9,x4,8,x5,7,x6,6,x7,5,x8,4,x9,3
rh12=Ave(x1,12,x2,11,x3,10,x4,9,x5,8,x6,7,x7,6,x8,5,x9,4
rh14=Ave(x2,13,x3,12,x4,11,x5,10,x6,9,x7,8,x8,7,x9,6
rh15=Ave(x3,13,x4,12,x5,11,x6,10,x7,9,x8,8,x9,7
rh17=Ave(x5,13,x6,12,x7,11,x8,10,x9,9
rh18=Ave(x6,13,x7,12,x8,11,x9,10
rh19=Ave(x7,13,x8,12,x9,11
rh20=Ave(x8,13,x9,12
Ave():要素の平均値を取得する関数
図13において、上記処理により取得された補間データrh~rh、rh11~rh12、rh14~rh15、rh17~rh20を、図13の上図において、白丸で示している。無線状況予測装置100のデータ補間処理部1において、上記処理を行うことで、図13の上図に示すように、適切な補間データを取得される。
Then, as shown in FIG. 13, the interpolation data acquisition unit 15 of the radio condition prediction device 100 acquires the average value of the components (elements) in the opposite angle direction, which are the elements corresponding to the data (sample) of the data missing portion. Then, the acquired average value is used as the data (interpolated data) of the missing data. For example, in the case of FIG. 13, assuming that the elements of the i-by-j column of the optimization matrix R_opt are x i and j , r 4 to r 7 , r 11 to r 12 , r 14 to r 15 , and r 17 to r 20 . Interpolated data of rh 4 to rh 7 , rh 11 to rh 12 , rh 14 to rh 15 , and rh 17 to rh 20 are as follows.
rh 4 = Ave (x 1, 4 , x 2 , 3, x 3, 2 , x 4, 1 )
rh 5 = Ave (x 1 , 5, x 2, 4 , x 3 , 3, x 4 , 2, x 5 , 1)
rh 6 = Ave (x 1,6 , x 2 , 5, x 3 , 4, x 4, 3 , x 5, 2 , x 6, 1 )
rh 7 = Ave (x 1,7 , x 2,6 , x 3,5 , x 4,4 , x 5,3 , x 6,2 , x 7 , 1)
rh 11 = Ave (x 1,11 , x 2,10 , x 3,9 , x 4,8 , x 5,7 , x 6,6 , x 7,5 , x8,4 , x9,3 )
rh 12 = Ave (x 1,12 , x 2,11 , x 3,10 , x 4,9 , x 5,8 , x 6,7 , x 7,6 , x 8 , 5, x 9, 4 )
rh 14 = Ave (x 2,13 , x 3,12 , x 4,11 , x 5,10 , x 6,9 , x 7,8 , x8,7 , x9,6 )
rh 15 = Ave (x 3,13 , x 4,12 , x 5,11 , x 6,10 , x 7,9 , x8,8 , x9,7 )
rh 17 = Ave (x 5,13 , x 6,12 , x 7,11 , x8,10 , x9,9 )
rh 18 = Ave (x 6,13 , x7,12 , x8,11 , x9,10 )
rh 19 = Ave (x 7 , 13, x 8 , 12, x 9, 11 )
rh 20 = Ave (x 8 , 13, x 9 , 12)
Ave (): Function to acquire the average value of the elements In FIG. 13, the interpolated data rh 4 to rh 7 , rh 11 to rh 12 , rh 14 to rh 15 , and rh 17 to rh 20 obtained by the above processing are shown in FIG. In the upper figure of 13, it is indicated by a white circle. By performing the above processing in the data interpolation processing unit 1 of the wireless condition prediction device 100, appropriate interpolation data is acquired as shown in the upper figure of FIG.

なお、上記では、関数Ave()を用いて、最適化行列R_optの反対角方向の成分(要素)の平均値を取得する場合について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、最適化行列R_optの反対角方向の成分(要素)の加重平均値を取得するようにしてもよい。 In the above, the case of acquiring the average value of the components (elements) in the opposite angle direction of the optimization matrix R_opt using the function Ave () has been described, but the present invention is not limited to this, and for example, the optimum. The weighted average value of the components (elements) in the opposite angle direction of the conversion matrix R_opt may be acquired.

そして、補間データ取得部15は、上記処理に取得した補間データを含むデータを、データD1_intplとして、予測処理部2に出力する。 Then, the interpolation data acquisition unit 15 outputs the data including the interpolation data acquired in the above processing to the prediction processing unit 2 as data D1_intpl.

予測処理部2は、データ補間処理部1から出力されるデータD1_intplを用いて、学習処理(例えば、PNNモデルやニューラルネットワークモデルを用いた学習モデルの学習処理(訓練処理))を実行する。 The prediction processing unit 2 executes a learning process (for example, a learning process (training process) of a learning model using a PNN model or a neural network model) using the data D1_intpl output from the data interpolation processing unit 1.

無線状況予測装置100では、観測データが間欠的に取得される場合において、観測データの取得部分(欠落データの部分)がどこであっても、同一波形パターンに対してデータ補間処理を行った場合に、略同一の波形パターン(補間処理後の波形パターン)が取得されるようにデータ補間処理を行う。つまり、無線状況予測装置100では、上記のように、観測データからハンケル行列Rを生成し、当該ハンケル行列Rを用いて、最適化処理を行い取得された最適化行列R_optを取得する。そして、無線状況予測装置100では、取得した最適化行列R_optによりデータ欠落部分のデータを補間する。 In the wireless condition prediction device 100, when the observation data is intermittently acquired and the data interpolation processing is performed on the same waveform pattern regardless of where the observation data acquisition portion (missing data portion) is. , Data interpolation processing is performed so that substantially the same waveform pattern (waveform pattern after interpolation processing) is acquired. That is, as described above, the radio condition prediction device 100 generates the Hankel matrix R from the observation data, performs the optimization process using the Hankel matrix R, and acquires the acquired optimization matrix R_opt. Then, in the radio condition prediction device 100, the data of the data missing portion is interpolated by the acquired optimization matrix R_opt.

したがって、無線状況予測装置100では、適切な波形パターン(補間処理後の波形パターン)が取得でき、当該波形パターンを用いて、予測処理部2に搭載される将来値予測のためのPNNモデル等の学習処理を行うことで、高精度で、かつ、効率の良い学習処理(将来値予測のためのPNNモデル等の学習処理)を行うことができる。 Therefore, in the wireless condition prediction device 100, an appropriate waveform pattern (waveform pattern after interpolation processing) can be acquired, and the PNN model for future value prediction mounted on the prediction processing unit 2 can be obtained by using the waveform pattern. By performing the learning process, it is possible to perform a highly accurate and efficient learning process (learning process such as a PNN model for predicting future values).

(1.2.2:予測処理(予測処理実行モードでの動作))
次に、予測処理(予測処理実行モードでの動作)について説明する。
(1.2.2: Prediction processing (operation in prediction processing execution mode))
Next, the prediction process (operation in the prediction process execution mode) will be described.

無線状況予測装置100において、予測処理実行モードにおいて、学習処理モードでの処理と同様にデータ補間処理を行い、補間処理後のデータD1_intplが予測処理部2に入力される。 In the wireless condition prediction device 100, in the prediction processing execution mode, data interpolation processing is performed in the same manner as the processing in the learning processing mode, and the data D1_inputl after the interpolation processing is input to the prediction processing unit 2.

そして、予測処理部2では、補間処理後のデータD1_intpl(波形パターン)を用いて学習処理を実行することで取得された学習済みモデル(例えば、将来値予測のためのPNNモデル等)が構築されているので、補間処理後のデータD1_intpl(波形パターン)を当該学習済みモデルに入力し、当該学習済みモデルからの出力に基づいて、例えば、将来値予測結果のデータを取得する。そして、予測処理部2は、上記により取得した、例えば、将来値予測結果のデータを、データDoutとして出力する。 Then, in the prediction processing unit 2, a learned model (for example, a PNN model for predicting future values) acquired by executing a learning process using the data D1_input (wave pattern) after the interpolation processing is constructed. Therefore, the data D1_input (wave pattern) after the interpolation processing is input to the trained model, and for example, the data of the future value prediction result is acquired based on the output from the trained model. Then, the prediction processing unit 2 outputs, for example, the future value prediction result data acquired as described above as data Dout.

なお、予測処理部2での予測処理において、PNNモデルを用いた処理を行う場合、例えば、特願2017-232442号、特願2018-042747号に開示されている技術を用いてもよい。 In the prediction processing by the prediction processing unit 2, when the processing using the PNN model is performed, for example, the techniques disclosed in Japanese Patent Application No. 2017-232442 and Japanese Patent Application No. 2018-042747 may be used.

無線状況予測装置100では、観測データが間欠的に取得される場合において、観測データの取得部分(欠落データの部分)がどこであっても、略同一の波形パターン(補間処理後の波形パターン)が取得されるデータ補間処理を行った補間処理後のデータD1_intplを用いて学習処理を行い取得した学習済みモデルを用いて、予測処理を実行する。したがって、無線状況予測装置100では、間欠的にしか観測データを取得できない場合であっても、当該観測データを用いてデータ補間処理を行い、データ補間処理後のデータを用いて予測処理を行うことで、高精度な予測処理(例えば、RSSI値の将来値予測処理)を行うことができる。 In the wireless condition prediction device 100, when the observation data is acquired intermittently, substantially the same waveform pattern (wave pattern after interpolation processing) can be obtained regardless of where the observation data acquisition portion (missing data portion) is. Acquired data Interpolation processing is performed. Training processing is performed using the data D1_intpl after interpolation processing, and prediction processing is executed using the acquired trained model. Therefore, even if the observation data can be acquired only intermittently, the radio condition prediction device 100 performs the data interpolation processing using the observation data and the prediction processing using the data after the data interpolation processing. Therefore, highly accurate prediction processing (for example, future value prediction processing of RSSI value) can be performed.

≪まとめ≫
以上のように、無線状況予測装置100では、観測データが間欠的に取得される場合において、観測データの取得部分(欠落データの部分)がどこであっても、同一波形パターンに対してデータ補間処理を行った場合に、略同一の波形パターン(補間処理後の波形パターン)が取得されるようにデータ補間処理を行う。つまり、無線状況予測装置100では、上記のように、観測データからハンケル行列Rを生成し、当該ハンケル行列Rを用いて、最適化処理を行い取得された最適化行列R_optを取得する。無線状況予測装置100で生成されるハンケル行列Rは、データ補間処理部1のデータ保持部11で1サンプルずつずらしながらスタックして取得される行列である。AGV等の無線アプリケーションでは、無線端末(例えば、AGVに搭載された無線端末)が固定の経路を繰り返し移動するため、補間対象となる通信品質情報も周期的に変動する。このため、このような状況下で無線状況予測装置100により生成されるハンケル行列が低ランクとなる。したがって、当該ハンケル行列を特異値分解することで、非0となる特異値の数が少なくなる(非0の特異値の数は、ハンケル行列Rの実効的なランク数と概ね同じ数となる)ので、低ランクの行列P、Qに分解することができる。そして、ハンケル行列Rを分解した行列P、Qを用いて、最適化処理を行うことで、計算量を抑えつつ、高精度の最適化処理が可能となる。
≪Summary≫
As described above, in the radio condition prediction device 100, when the observation data is intermittently acquired, data interpolation processing is performed for the same waveform pattern regardless of where the observation data acquisition portion (missing data portion) is. When the above is performed, data interpolation processing is performed so that substantially the same waveform pattern (wave pattern after interpolation processing) is acquired. That is, as described above, the radio condition prediction device 100 generates the Hankel matrix R from the observation data, performs the optimization process using the Hankel matrix R, and acquires the acquired optimization matrix R_opt. The Hankel matrix R generated by the wireless condition prediction device 100 is a matrix acquired by stacking the data holding unit 11 of the data interpolation processing unit 1 while shifting the samples one by one. In a wireless application such as an AGV, since the wireless terminal (for example, the wireless terminal mounted on the AGV) repeatedly moves on a fixed route, the communication quality information to be interpolated also changes periodically. Therefore, the Hankel matrix generated by the radio condition prediction device 100 under such a situation has a low rank. Therefore, by decomposing the Hankel matrix into singular values, the number of non-zero singular values is reduced (the number of non-zero singular values is approximately the same as the number of effective ranks of the Hankel matrix R). Therefore, it can be decomposed into low-ranked matrices P and Q. Then, by performing the optimization process using the matrices P and Q obtained by decomposing the Hankel matrix R, it is possible to perform the optimization process with high accuracy while suppressing the amount of calculation.

そして、無線状況予測装置100では、上記により取得された最適化行列R_opt(ハンケル行列に対して最適化処理を行い取得された行列)を用いて、欠落部分のデータを高精度に補間することができる。 Then, in the radio condition prediction device 100, the data of the missing portion can be interpolated with high accuracy by using the optimization matrix R_opt (matrix obtained by performing optimization processing on the Hankel matrix) acquired as described above. can.

その結果、無線状況予測装置100では、適切な波形パターン(補間処理後の波形パターン)が取得でき、当該波形パターンを用いて、予測処理部2に搭載される将来値予測のためのPNNモデル等の学習処理を行うことで、高精度で、かつ、効率の良い学習処理(将来値予測のためのPNNモデル等の学習処理)を行うことができる。 As a result, the wireless condition prediction device 100 can acquire an appropriate waveform pattern (waveform pattern after interpolation processing), and using the waveform pattern, a PNN model for predicting future values mounted on the prediction processing unit 2 or the like. By performing the learning process of, it is possible to perform a highly accurate and efficient learning process (learning process such as a PNN model for predicting future values).

また、無線状況予測装置100では、上記データ補間処理により取得された、適切な波形パターンに対して、上記学習処理により取得された学習済みモデル(例えば、将来値予測のためのPNNモデル等)を用いた予測処理を行うことで高精度の予測処理を行うことができる。 Further, in the wireless condition prediction device 100, a trained model (for example, a PNN model for predicting future values) acquired by the learning process is applied to an appropriate waveform pattern acquired by the data interpolation processing. Highly accurate prediction processing can be performed by performing the prediction processing used.

図14に、一例として、無線通信制御されるAGVが倉庫内で所定のルートを巡回する環境において、所定の位置に設置されたアクセスポイントにおいて、取得された無線信号のRSSI値(間欠的に取得されるデータ)を補間して取得されたデータを示す。図14において、横軸はサンプル番号(時系列データの番号(時間に相当))であり、縦軸はRSSI値である。なお、図14では、データ補間処理による補間(無線状況予測装置100で実行される補間処理)により取得されるデータを、「行列分解MFSによる補間」として示し、さらに、比較のために、損失関数Loss(P,Q)=J(P,Q)+λJ(P,Q)とした場合のデータ補間による結果データを、「行列分解MFによる補間」として示している。 FIG. 14 shows, as an example, an RSSI value (intermittent acquisition) of an acquired radio signal at an access point installed at a predetermined position in an environment in which an AGV controlled by wireless communication circulates a predetermined route in a warehouse. The data obtained by interpolating the data to be obtained) is shown. In FIG. 14, the horizontal axis is the sample number (time series data number (corresponding to time)), and the vertical axis is the RSSI value. In FIG. 14, the data acquired by the interpolation by the data interpolation processing (interpolation processing executed by the radio condition prediction device 100) is shown as "interpolation by the matrix decomposition MFS", and further, the loss function is shown for comparison. The result data by data interpolation when Ross (P, Q) = J 1 (P, Q) + λJ 2 (P, Q) is shown as "interpolation by matrix decomposition MF".

図14から分かるように、観測データが間欠的に取得される場合であっても、データ補間処理による補間(無線状況予測装置100で実行される補間処理)により取得されるデータの精度(補間精度)が、観測データの平均値により補間や線形補間で取得されるデータに比べて高い。また、図14から、データ補間処理による補間(無線状況予測装置100で実行される補間処理)により取得されるデータが、「行列分解MFによる補間」によるデータよりも良好であることが分かる。「行列分解MFによる補間」では、波形パターンが滑らかであることの制限を加える正則化項(損失関数Loss(P,Q)の第3項(μJ(P,Q)))を含まない損失関数で最適化処理が行われているため、図14のように略等間隔で観測データが取得される場合、観測データが取得される周期に近い高周波成分で補間されてしまう。このため、過学習がなされたような状態となり、良好な補間データを取得することができない。 As can be seen from FIG. 14, even when the observation data is intermittently acquired, the accuracy of the data acquired by the interpolation by the data interpolation processing (interpolation processing executed by the radio condition prediction device 100) (interpolation accuracy). ) Is higher than the data obtained by interpolation or linear interpolation based on the average value of the observed data. Further, it can be seen from FIG. 14 that the data acquired by the interpolation by the data interpolation processing (interpolation processing executed by the radio condition prediction device 100) is better than the data by the "interpolation by the matrix factorization MF". In "interpolation by matrix decomposition MF", the loss does not include the regularization term (third term (μJ 3 (P, Q)) of the loss function Loss (P, Q)) that limits the smoothness of the waveform pattern. Since the optimization process is performed by the function, when the observation data is acquired at substantially equal intervals as shown in FIG. 14, it is interpolated by the high frequency component close to the period in which the observation data is acquired. Therefore, it becomes a state where overfitting is performed, and good interpolation data cannot be acquired.

それに対して、データ補間処理による補間(無線状況予測装置100で実行される補間処理)(「行列分解MFSによる補間」)では、波形パターンが滑らかであることの制限を加える正則化項(損失関数Loss(P,Q)の第3項(μJ(P,Q)))を含む損失関数で最適化処理が行われているため、図14のように略等間隔で観測データが取得される場合においても、過学習がなされたような状態となることを適切に防止し、適切な補間データを取得することができる。 On the other hand, in interpolation by data interpolation processing (interpolation processing executed by the radio condition prediction device 100) (“interpolation by matrix decomposition MFS”), a regularization term (loss function) that limits the smoothness of the waveform pattern is added. Since the optimization process is performed by the loss function including the third term (μJ 3 (P, Q)) of Ross (P, Q), the observation data are acquired at approximately equal intervals as shown in FIG. Even in this case, it is possible to appropriately prevent a state in which over-learning has been performed and acquire appropriate interpolation data.

また、図15に、一例として、無線通信制御されるAGVが倉庫内で所定のルートを巡回する環境において、所定の位置に設置されたアクセスポイントにおいて、取得された無線信号のRSSI値(間欠的に取得されるデータ)を補間して取得されたデータを用いて、PNNモデルによる予測処理(10秒先のRSSI値の予測)を行った場合の予測結果データを示す。 Further, as shown in FIG. 15, as an example, in an environment in which an AGV controlled by wireless communication circulates a predetermined route in a warehouse, an RSSI value (intermittently) of a wireless signal acquired at an access point installed at a predetermined position. The prediction result data when the prediction processing (prediction of RSSI value 10 seconds ahead) is performed by the PNN model using the data acquired by interpolating the data acquired in the above is shown.

図15から分かるように、観測データが間欠的に取得される場合であっても、データ補間処理による補間(無線状況予測装置100で実行される補間処理)により取得されるデータを用いた予測処理の精度(補間精度)が、観測データの平均値により補間や線形補間で取得されるデータを用いた予測処理の精度に比べて高い。 As can be seen from FIG. 15, even when the observation data is intermittently acquired, the prediction process using the data acquired by the interpolation by the data interpolation process (interpolation process executed by the radio condition prediction device 100). The accuracy (interpolation accuracy) of is higher than the accuracy of the prediction processing using the data acquired by interpolation or linear interpolation based on the average value of the observed data.

このように、無線状況予測装置100でデータ補間処理を実行して取得した補間データを用いて処理を行うことで、間欠的にしか観測データが取得されない場合であっても高精度に予測処理が実行できる。 In this way, by performing processing using the interpolation data acquired by executing the data interpolation processing in the wireless condition prediction device 100, the prediction processing can be performed with high accuracy even when the observation data is acquired only intermittently. Can be done.

[他の実施形態]
上記実施形態では、データ補間処理部1において、データ補間処理を行うときに、ハンケル行列Rを特異値分解する場合について説明したが、これに限定されることなく、ハンケル行列Rの冗長性を圧縮できる特性の手法(ハンケル行列Rの低ランク性を有効に利用できる手法)であれば、他の手法を用いて行列分解を行ってもよい。例えば、固有値分解等の手法により、ハンケル行列Rを行列分解するようにしてもよい。
[Other embodiments]
In the above embodiment, the case where the Hankel matrix R is decomposed into singular values when the data interpolation processing is performed in the data interpolation processing unit 1 has been described, but the redundancy of the Hankel matrix R is compressed without limitation. Matrix decomposition may be performed using another method as long as it is a method having possible characteristics (a method that can effectively utilize the low rank of the Hankel matrix R). For example, the Hankel matrix R may be matrix-decomposed by a method such as eigenvalue decomposition.

また、上記実施形態では、損失関数Loss(P,Q)の第2項がL2正則化項である場合について説明したが、これに限定されることはなく、損失関数Loss(P,Q)の第2項をL1正則化項としてもよく、また、他の過学習を適切に防止できる項としてもよい。 Further, in the above embodiment, the case where the second term of the loss function Loss (P, Q) is the L2 regularization term has been described, but the present invention is not limited to this, and the loss function Loss (P, Q) is not limited to this. The second term may be an L1 regularization term, or may be a term that can appropriately prevent other overfitting.

また、上記実施形態では、ハンケル行列Rの観測データがない部分の要素の値を値「0」として、処理を行う場合について説明したが、これに限定されることはなく、ハンケル行列Rの観測データがない部分の要素の値に、他の値(例えば、乱数を用いた値)を設定して、ハンケル行列Rの初期値として、最適化処理を実行するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the case where the processing is performed with the value of the element of the portion where the observation data of the Hankel matrix R does not exist is set to the value “0” has been described, but the process is not limited to this, and the observation of the Hankel matrix R is performed. Another value (for example, a value using a random number) may be set for the value of the element in the portion where there is no data, and the optimization process may be executed as the initial value of the Hankel matrix R.

また、上記実施形態で説明した無線状況予測装置100において、各ブロックは、LSIなどの半導体装置により個別に1チップ化されても良いし、一部又は全部を含むように1チップ化されても良い。 Further, in the wireless condition prediction device 100 described in the above embodiment, each block may be individually integrated into one chip by a semiconductor device such as an LSI, or may be integrated into one chip so as to include a part or all of the blocks. good.

なお、ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。 Although it is referred to as LSI here, it may be referred to as IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.

また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。 Further, the method of making an integrated circuit is not limited to the LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. An FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed after the LSI is manufactured, or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and settings of the circuit cells inside the LSI may be used.

また、上記各実施形態の各機能ブロックの処理の一部または全部は、プログラムにより実現されるものであってもよい。そして、上記各実施形態の各機能ブロックの処理の一部または全部は、コンピュータにおいて、中央演算装置(CPU)により行われる。また、それぞれの処理を行うためのプログラムは、ハードディスク、ROMなどの記憶装置に格納されており、ROMにおいて、あるいはRAMに読み出されて実行される。 Further, a part or all of the processing of each functional block of each of the above embodiments may be realized by a program. Then, a part or all of the processing of each functional block of each of the above embodiments is performed by the central processing unit (CPU) in the computer. Further, the program for performing each process is stored in a storage device such as a hard disk or a ROM, and is read and executed in the ROM or in the RAM.

また、上記実施形態の各処理をハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア(OS(オペレーティングシステム)、ミドルウェア、あるいは、所定のライブラリとともに実現される場合を含む。)により実現してもよい。さらに、ソフトウェアおよびハードウェアの混在処理により実現しても良い。 Further, each process of the above embodiment may be realized by hardware, or may be realized by software (including the case where it is realized together with an OS (operating system), middleware, or a predetermined library). Further, it may be realized by mixed processing of software and hardware.

また、例えば、上記実施形態の各機能部を、ソフトウェアにより実現する場合、図16に示したハードウェア構成(例えば、CPU(GPUであってもよい)、ROM、RAM、入力部、出力部等をバスBusにより接続したハードウェア構成)を用いて、各機能部をソフトウェア処理により実現するようにしてもよい。 Further, for example, when each functional unit of the above embodiment is realized by software, the hardware configuration shown in FIG. 16 (for example, CPU (may be GPU), ROM, RAM, input unit, output unit, etc.) (Hardware configuration) connected by a bus Bus) may be used to realize each functional unit by software processing.

また、上記実施形態の各機能部をソフトウェアにより実現する場合、当該ソフトウェアは、図16に示したハードウェア構成を有する単独のコンピュータを用いて実現されるものであってもよいし、複数のコンピュータを用いて分散処理により実現されるものであってもよい。 Further, when each functional unit of the above embodiment is realized by software, the software may be realized by using a single computer having the hardware configuration shown in FIG. 16, or a plurality of computers. It may be realized by the distributed processing using.

また、上記実施形態における処理方法の実行順序は、必ずしも、上記実施形態の記載に制限されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、実行順序を入れ替えることができるものである。 Further, the execution order of the processing methods in the above-described embodiment is not necessarily limited to the description of the above-mentioned embodiment, and the execution order can be changed without departing from the gist of the invention.

前述した方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明の範囲に含まれる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、CD-ROM、MO、DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、大容量DVD、次世代DVD、半導体メモリを挙げることができる。 A computer program that causes a computer to perform the above-mentioned method and a computer-readable recording medium that records the program are included in the scope of the present invention. Here, examples of computer-readable recording media include flexible disks, hard disks, CD-ROMs, MOs, DVDs, DVD-ROMs, DVD-RAMs, large-capacity DVDs, next-generation DVDs, and semiconductor memories. ..

上記コンピュータプログラムは、上記記録媒体に記録されたものに限られず、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク等を経由して伝送されるものであってもよい。 The computer program is not limited to the one recorded on the recording medium, and may be transmitted via a telecommunication line, a wireless or wired communication line, a network represented by the Internet, or the like.

なお、本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。 The specific configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and modifications can be made without departing from the gist of the invention.

100 無線状況予測装置
FE1 観測データ取得部
1 データ補間処理部
11 データ保持部
12 行列生成部
13 行列分解処理部
14 最適化処理部
15 補間データ取得部
2 予測処理部(予測処理装置、学習処理装置)
100 Wireless situation prediction device FE1 Observation data acquisition unit 1 Data interpolation processing unit 11 Data retention unit 12 Matrix generation unit 13 Matrix factorization processing unit 14 Optimization processing unit 15 Interpretation data acquisition unit 2 Prediction processing unit (prediction processing device, learning processing device) )

Claims (9)

間欠的に取得される観測データに対して、補間処理を行うためのデータ補間処理方法であって、
無線信号から通信品質に関するデータの観測データを取得する観測データ取得ステップと、
前記観測データ取得ステップにより取得された前記観測データを所定の期間記憶し保持するデータ保持ステップと、
所定の単位期間に相当するウィンドウを時間方向に所定の期間である第1時間ずつずらしたときに当該ウィンドウに相当する期間内に含まれるデータ群が1行の要素となるようにハンケル行列Rを生成する行列生成ステップであって、(1)前記ハンケル行列Rの要素に相当するデータが前記データ保持ステップで記憶保持された前記観測データである場合、当該要素に相当するデータを当該観測データに設定し、(2)前記ハンケル行列Rの要素に相当するデータが前記データ保持ステップで記憶保持されていない場合、当該要素に相当するデータを欠落部分のデータであることを示す値に設定することで、前記ハンケル行列Rを生成する前記行列生成ステップと、
前記行列生成ステップにより生成された前記ハンケル行列Rに対して行列分解を行い、分解行列を取得する行列分解処理ステップと、
前記行列分解処理ステップにより分解された行列の積により取得される要素の値と、前記ハンケル行列の要素の値とに基づき、さらに、時系列において隣接している値の差が所定の範囲内に入ることを表す評価式に基づいて、最適化処理を行うことで、最適化行列を取得する最適化処理ステップと、
前記最適化行列に基づいて、前記観測データが欠落している部分のデータを補間する補間データ処理ステップと、
を備えるデータ補間処理方法。
It is a data interpolation processing method for performing interpolation processing on intermittently acquired observation data.
Observation data acquisition step to acquire observation data of communication quality data from wireless signals,
A data retention step that stores and retains the observation data acquired by the observation data acquisition step for a predetermined period of time, and a data retention step.
When the window corresponding to a predetermined unit period is shifted in the time direction by the first hour, which is a predetermined period, the Hankel matrix R is set so that the data group included in the period corresponding to the window becomes an element of one row. In the matrix generation step to be generated, (1) when the data corresponding to the element of the Hankel matrix R is the observation data stored and retained in the data retention step, the data corresponding to the element is used as the observation data. (2) When the data corresponding to the element of the Hankel matrix R is not stored and held in the data holding step, the data corresponding to the element is set to a value indicating that it is the data of the missing portion. Then, in the matrix generation step of generating the Hankel matrix R,
A matrix factorization processing step of performing a matrix factorization on the Hankel matrix R generated by the matrix generation step and acquiring a factorization matrix, and a matrix factorization processing step.
Based on the value of the element obtained by the product of the matrix decomposed by the matrix factorization processing step and the value of the element of the Hankel matrix, the difference between the adjacent values in the time series is within a predetermined range. The optimization processing step to acquire the optimization matrix by performing the optimization processing based on the evaluation formula indicating that it will be entered, and
An interpolation data processing step that interpolates the data of the portion where the observation data is missing based on the optimization matrix, and
A data interpolation processing method comprising.
前記行列分解処理ステップは、
前記ハンケル行列Rに対して特異値分解を行うことで、前記分解行列を取得する、
請求項1に記載のデータ補間処理方法。
The matrix factorization processing step is
The decomposition matrix is obtained by performing a singular value decomposition on the Hankel matrix R.
The data interpolation processing method according to claim 1.
前記最適化処理ステップは、
前記ハンケル行列Rの要素のうち、前記観測データが存在する要素である要素Rij(i,j:自然数、Rij:ハンケル行列Rのi行j列の要素)のみを抽出する第1抽出処理を実行し、
当該要素に対応する、前記行列分解処理ステップにより分解された行列の積の要素である要素Aij(Aij:前記行列分解処理ステップにより分解された行列の積のi行j列の要素)のみを抽出する第2抽出処理を実行し、
抽出した前記要素Rijと前記要素Aijとの誤差が少なくなるように、前記最適化処理を行う、
請求項1または2に記載のデータ補間処理方法。
The optimization processing step is
First extraction process for extracting only the element R ij (i, j: natural number, R ij : element of the Hankel matrix R in row i and column j), which is an element in which the observation data exists, among the elements of the Hankel matrix R. And run
Only the element Aij (A ij : the element of the i-by-j column of the product of the matrix decomposed by the matrix factorization processing step) corresponding to the element, which is the element of the product of the matrix decomposed by the matrix factorization processing step. Execute the second extraction process to extract
The optimization process is performed so that the error between the extracted element R ij and the element A ij is reduced.
The data interpolation processing method according to claim 1 or 2.
前記最適化処理ステップは、
所定の要素を選択する選択行列により、前記ハンケル行列Rおよび/または前記行列分解処理ステップにより分解された行列の積に対して行列演算を行うことで、前記第1抽出処理および/または前記第2抽出処理を実行する、
請求項3に記載のデータ補間処理方法。
The optimization processing step is
The first extraction process and / or the second Execute the extraction process,
The data interpolation processing method according to claim 3.
前記補間データ処理ステップは、
前記観測データが欠落している部分に対応する要素であって、前記最適化行列の反対角方向に配列されている要素の平均値または加重平均値を取得し、取得した当該平均値または加重平均値に基づいて、前記観測データが欠落している部分のデータを補間する、
請求項1から4のいずれかに記載のデータ補間処理方法。
The interpolation data processing step is
The average value or weighted average value of the elements corresponding to the part where the observation data is missing and arranged in the opposite angle direction of the optimization matrix is acquired, and the acquired average value or weighted average value is acquired. Interpolates the data of the part where the observation data is missing based on the value.
The data interpolation processing method according to any one of claims 1 to 4.
間欠的に取得される観測データに対して、補間処理を行うためのデータ補間処理装置であって、
無線信号から通信品質に関するデータの観測データを取得する観測データ取得部と、
前記観測データ取得部により取得された前記観測データを所定の期間記憶し保持するデータ保持部と、
所定の単位期間に相当するウィンドウを時間方向に所定の期間である第1時間ずつずらしたときに当該ウィンドウに相当する期間内に含まれるデータ群が1行の要素となるようにハンケル行列Rを生成する行列生成部であって、(1)前記ハンケル行列Rの要素に相当するデータが前記データ保持部に記憶保持されている前記観測データである場合、当該要素に相当するデータを当該観測データに設定し、(2)前記ハンケル行列Rの要素に相当するデータが前記データ保持部に記憶保持されていない場合、当該要素に相当するデータを欠落部分のデータであることを示す値に設定することで、前記ハンケル行列Rを生成する前記行列生成部と、
前記行列生成部により生成された前記ハンケル行列Rに対して行列分解を行い、分解行列を取得する行列分解処理部と、
前記行列分解処理部により分解された行列の積により取得される要素の値と、前記ハンケル行列の要素の値とに基づき、さらに、時系列において隣接している値の差が所定の範囲内に入ることを表す評価式に基づいて、最適化処理を行うことで、最適化行列を取得する最適化処理部と、
前記最適化行列に基づいて、前記観測データが欠落している部分のデータを補間する補間データ処理部と、
を備えるデータ補間処理装置。
A data interpolation processing device for performing interpolation processing on intermittently acquired observation data.
An observation data acquisition unit that acquires observation data related to communication quality from wireless signals,
A data holding unit that stores and holds the observation data acquired by the observation data acquisition unit for a predetermined period of time, and a data holding unit.
When the window corresponding to a predetermined unit period is shifted in the time direction by the first hour, which is a predetermined period, the Hankel matrix R is set so that the data group included in the period corresponding to the window becomes an element of one row. In the matrix generation unit to be generated, (1) when the data corresponding to the element of the Hankel matrix R is the observation data stored and held in the data holding unit, the data corresponding to the element is the observation data. (2) When the data corresponding to the element of the Hankel matrix R is not stored and held in the data holding unit, the data corresponding to the element is set to a value indicating that the data is the missing portion. As a result, the matrix generation unit that generates the Hankel matrix R and
A matrix factorization processing unit that performs matrix factorization on the Hankel matrix R generated by the matrix generation unit and acquires a decomposition matrix, and a matrix factorization processing unit.
Based on the value of the element obtained by the product of the matrix decomposed by the matrix factorization processing unit and the value of the element of the Hankel matrix, the difference between the adjacent values in the time series is within a predetermined range. An optimization processing unit that acquires an optimization matrix by performing optimization processing based on an evaluation formula that indicates that it will be entered.
An interpolation data processing unit that interpolates the data of the portion where the observation data is missing based on the optimization matrix, and
A data interpolation processing device comprising.
請求項1から5のいずれかに記載のデータ補間処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。 A program for causing a computer to execute the data interpolation processing method according to any one of claims 1 to 5. 請求項1から5のいずれかに記載のデータ補間処理方法により取得された補間データを用いて、観測データの将来値予測を行うモデルの学習処理を行う学習処理装置。 A learning processing device that performs learning processing of a model for predicting future values of observation data using the interpolation data acquired by the data interpolation processing method according to any one of claims 1 to 5. 請求項1から5のいずれかに記載のデータ補間処理方法により取得された補間データを用いて、観測データの将来値予測を行うモデルの学習処理を行うことで取得された学習済みモデルを搭載し、
請求項1から5のいずれかに記載のデータ補間処理方法により取得された補間データを前記学習済みモデルに入力することで、前記観測データの将来値予測を行う予測処理装置。

The trained model acquired by performing the learning process of the model for predicting the future value of the observation data by using the interpolation data acquired by the data interpolation processing method according to any one of claims 1 to 5 is mounted. ,
A prediction processing device that predicts the future value of the observation data by inputting the interpolation data acquired by the data interpolation processing method according to any one of claims 1 to 5 into the trained model.

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