JP2024035413A - Detection system, sensor device, and detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、状態イベント検出及び監視のための方式、装置及びシステムに関する。 FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to methods, apparatus and systems for state event detection and monitoring.
無線を用いて状態イベントを検出し、監視するために、チャネル状態情報の分類に基づいてイベントを検出する技術が特許文献1に記載されている。 In order to detect and monitor state events using radio, a technique for detecting events based on classification of channel state information is described in Patent Document 1.
特許文献1には、イベントを検出するための装置に関する構成が記載されている。特許文献1に記載の装置は、プロセッサと、プロセッサにより実行される場合に、チャネル状態情報(CSI)を分類し、かつ、監視段階の間に取得されたCSIの分類に基づいてイベントを検出するための分類器を、プロセッサにトレーニングさせる命令を確認する記憶装置とを含む。分類器のトレーニングは、検出されるべき既知のイベント毎に、会場内の無線送信機と無線受信機との間の無線マルチパスチャネルのトレーニングCSIであって、送信機から無線マルチパスチャネルを介して受信機へ送信された1つ以上のプロービング信号から導出されるトレーニングCSIを、既知のイベントが会場で発生する期間の間に取得することと、既知音イベント及び各イベントに関連付けられたトレーニングCSIに基づいて、分類器をトレーニングすることとを含む。 Patent Document 1 describes a configuration related to a device for detecting an event. The apparatus described in US Pat. No. 5,001,202 includes a processor and, when executed by the processor, classifies channel state information (CSI) and detects events based on the classification of the CSI obtained during a monitoring phase. and a storage device identifying instructions for causing the processor to train a classifier for the processor. The training of the classifier is based on the training CSI of a wireless multipath channel between a wireless transmitter and a wireless receiver in the venue for each known event to be detected. obtaining a training CSI derived from one or more probing signals transmitted to a receiver during a period during which known events occur at the venue; and and training a classifier based on the .
特許文献1は、無線通信システムが発する電波のチャネル状態情報(CSI)の分類に基づいてイベントを検出するための分類器が記載されているが、CSIを取得できない無線通信システムの場合の無線イベントを検出し、監視する方法について、何ら考慮されていない。 Patent Document 1 describes a classifier for detecting events based on the classification of channel state information (CSI) of radio waves emitted by a wireless communication system. There is no consideration given to how to detect and monitor.
本発明は、前述の実情を鑑みてなされたものであり、CSI情報を取得できない無線通信システムにおいても、無線イベントを検出し、監視できるシステム、装置及び方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and aims to provide a system, device, and method that can detect and monitor wireless events even in a wireless communication system in which CSI information cannot be acquired.
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、状態イベントを検出する検出システムであって、受信した無線信号とリファレンス信号との相関を表す遅延プロファイルを取得する無線解析部と、前記遅延プロファイルから前記状態イベントを検出する検出部とを備え、前記無線解析部は、無線信号を受信する無線受信部と、前記受信した無線信号の中から固定パターン部分が抽出されたリファレンス信号を出力するリファレンス信号入力部と、前記受信した無線信号と前記リファレンス信号とを相関演算して遅延プロファイルを出力する遅延プロファイル取得部とを有し、前記検出部は、前記遅延プロファイルの分類によって生成される第1クラスタリング結果を出力するクラスタリング解析部と、前記第1クラスタリング結果を用いて、実世界の情報を示す状態イベントを検出する判定部とを有することを特徴とする。 A typical example of the invention disclosed in this application is as follows. That is, the detection system detects a state event, and includes a radio analysis section that obtains a delay profile representing a correlation between a received radio signal and a reference signal, and a detection section that detects the state event from the delay profile. , the radio analysis unit includes a radio reception unit that receives a radio signal, a reference signal input unit that outputs a reference signal in which a fixed pattern portion is extracted from the received radio signal, and a reference signal input unit that outputs a reference signal in which a fixed pattern portion is extracted from the received radio signal; a delay profile acquisition unit that performs a correlation calculation with a reference signal and outputs a delay profile; the detection unit includes a clustering analysis unit that outputs a first clustering result generated by classifying the delay profile; The present invention is characterized by having a determination unit that detects a state event indicating real-world information using the results of clustering.
本発明の一態様によれば、無線イベントを的確に検出し、監視できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。 According to one aspect of the present invention, wireless events can be accurately detected and monitored. Problems, configurations, and effects other than those described above will be made clear by the description of the following examples.
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクション又は実施の形態に分割して説明する。以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。なお、以下の実施の形態において、その構成要素(処理ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須ではない。 In the following embodiments, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments when necessary for convenience. In the following embodiments, when referring to the number of elements (including numbers, numerical values, amounts, ranges, etc.), unless specifically specified or clearly limited to a specific number in principle, It is not limited to the specific number, and may be more than or less than the specific number. Note that, in the following embodiments, the constituent elements (including processing steps, etc.) are not necessarily essential, except when explicitly stated or when it is considered to be clearly essential in principle.
また、以下の実施の形態における各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。また、後述する各構成、機能、処理部、処理手段等は、コンピュータ上で実行されるプログラムとして実現しても良い。すなわち、ソフトウェアとして実現しても良い。各構成、機能、処理部、処理手段等を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。 Further, each configuration, function, processing unit, processing means, etc. in the following embodiments may be partially or entirely realized as, for example, an integrated circuit or other hardware. Further, each configuration, function, processing unit, processing means, etc. described below may be realized as a program executed on a computer. That is, it may be realized as software. Information such as programs, tables, files, etc. that realize each configuration, function, processing unit, processing means, etc. is stored in storage devices such as memory, hard disk, SSD (Solid State Drive), and storage media such as IC cards, SD cards, and DVDs. can be stored in.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一又は関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一又は同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. In addition, in all the drawings for explaining the embodiment, members having the same function are given the same or related reference numerals, and repeated explanation thereof will be omitted. Furthermore, in the following embodiments, descriptions of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.
[システム構成]
本発明の実施形態の無線イベント検出システム200は、無線基地局101と、無線センサ103、サーバ107とで構成される。無線基地局101は、無線端末102と通信する。以下、本発明の実施形態に係る無線イベント検出システム200について、図面を参照しながら説明する。
[System configuration]
A wireless
図1は、本発明の実施形態に係る無線通信環境100を示す図である。無線通信環境100は、例えば物流倉庫や工場やオフィスなどの屋内環境や、工事現場などの屋外環境のいずれでもよい。無線通信環境100は、無線基地局101と、無線端末102と、無線センサ103と、監視対象104とを含む。監視対象104は、通信機能を有さず、無線通信システムの通信範囲内に存在する物理的なオブジェクトであり、電波を遮蔽する物理的な障害物であればよく、例えば、物流倉庫で搬送される荷物棚などの移動可能な物体でよい。また、監視対象104は、無線通信機能を有しても、無線通信機能を有さなくてもよく、例えば、無線端末102でも、無線イベント検出システム200の管理下にないオブジェクトでもよい。
FIG. 1 is a diagram illustrating a
なお、本実施形態では、無線端末102はユーザデータを送信又は受信する装置であり、無線センサ103はユーザデータを送受信せず、観測のために電波を送信又は受信する装置であるが、無線端末102が無線センサ103の機能を有してもよい。また、無線端末102を設置せずに無線センサ103だけを設置してもよく、無線センサ103を設置せずに無線端末102だけを設置してもよい。
Note that in this embodiment, the
無線基地局101は、ネットワークハブ105と有線で接続されており、ネットワークハブ105は、外部ネットワーク106を経由して、サーバ107と接続されている。サーバ107は、物流倉庫などの無線通信環境100の外部に設けられても、内部に設けられてもよい。
The
無線基地局101は、無線端末102との間で無線電波を送受信することで、移動指示などの制御命令を無線端末102へ送る。無線電波は、無線端末102へ直接波として伝搬する電波以外にも、マルチパス波としても伝搬し、無線センサ103へ到達する。この時、マルチパス波は、監視対象104の影響を受けて、反射を繰り返して無線センサ103へ到達する。監視対象104の位置によって、マルチパス波の状態(例えば、遅延時間、強度)が変化する。無線センサ103は、これらのマルチパス波を受信し、チャネル状態情報を解析する。無線センサ103が解析するチャネル状態情報は、例えば、受信信号強度と伝搬遅延時間とで表される遅延プロファイルである。無線基地局101が送信する無線電波のうち、無線端末102宛の無線電波と、無線センサ103が受信する無線電波とが同じ電波である例について説明するが、これらの両者が異なる(例えば周波数が異なる)無線電波でもよい。
The
次に、図2を参照して、無線イベント検出システム200の構成例について説明する。無線イベント検出システム200は、サーバ107と、外部ネットワーク106と、ネットワークハブ105と、無線基地局101と、無線端末102と、無線センサ103とを有する。ネットワークハブ105と無線基地局101は、ネットワーク(例えばイーサネット)で接続される。無線基地局101は、無線端末102と無線電波208で通信する。
Next, a configuration example of the wireless
サーバ107は、無線センサ103が受信した無線電波208を解析してイベントを検出する計算機であり、演算装置、メモリ、及び通信インターフェースを有する計算機によって構成される。演算装置は、メモリに格納されたプログラムを実行する。演算装置が、各種プログラムを実行することによって、サーバ107が提供する機能が実現される。なお、演算装置はプログラムを実行するプロセッサの他、ハードウェアの演算装置(例えば、ASIC、FPGA等)を有してもよい。メモリは、不揮発性の記憶素子であるROM及び揮発性の記憶デバイスであるRAMを含む。ROMは、不変のプログラム(例えば、BIOS)などを格納する。RAMは、DRAM(Dynamic Random Access Memory)のような高速かつ揮発性の記憶デバイスであり、演算装置が実行するプログラム及びプログラムの実行時に使用されるデータを一時的に格納する。
The
演算装置が実行するプログラムは、リムーバブルメディア(CD-ROM、フラッシュメモリなど)又はネットワークを介してサーバ107に提供され、非一時的記憶媒体である不揮発性の補助記憶装置に格納される。このため、サーバ107は、リムーバブルメディアからデータを読み込むインターフェースを有するとよい。
The program executed by the arithmetic device is provided to the
サーバ107は、物理的に一つの計算機上で、又は、論理的又は物理的に構成された1又は複数の計算機上で構成される計算機システムであり、複数の物理的計算機資源上に構築された仮想計算機上で動作してもよい。例えば、演算装置が実行する各処理は、別個の物理的又は論理的計算機上で動作するものでも、複数が組み合わされて一つの物理的又は論理的計算機上で動作するものでもよい。
The
無線センサ103の処理内容は、以降の図を参照して後述する。
The processing content of the
次に、図3を参照して、無線センサ103の構成例について説明する。無線センサ103は、無線信号を解析する無線解析部301と、無線信号とイベントを関連付けて学習する学習処理を実行する学習部302と、学習結果を用いてイベントを検出する検出処理を実行する検出部303とで構成される。無線解析部301は、無線信号受信部304及び308と、リファレンス信号入力部306と、トレーニング信号取得部310と、遅延プロファイル取得部311とで構成される。
Next, a configuration example of the
無線信号受信部304及び308は、図4に示すアンテナ403が捕捉した無線電波をベースバンド信号に変換する。リファレンス信号入力部306は、入力されたリファレンス信号をトレーニング信号取得部310及び遅延プロファイル取得部311に出力する。
Radio
学習部302は、学習テーブル312、クラスタリング解析部313及びイベント検出閾値更新部317を有する。
The
学習処理において、無線信号受信部304は、検出したい既知のイベント時の無線信号を受信してトレーニング信号305を出力する。また、リファレンス信号入力部306は、入力されたリファレンス信号307を出力する。イベントとは、倉庫における搬送車の位置、人の動き(立っている、座っている、手足の動き、ジェスチャーなど)であるが、電波を反射する物体の材質、土質(水分含有量)などをイベントとして検出してもよい。リファレンス信号307とは、既知パターンを持つ無線信号データであり、その詳細は後述する。トレーニング信号取得部310は、トレーニング信号305とリファレンス信号307の相互相関を計算し、計算された相互相関を表す遅延プロファイルを学習部302に出力する。
In the learning process, the wireless
学習部302では、クラスタリング解析部313が、遅延プロファイルを任意のグループに分類して生成されるクラスタリング結果314を出力する。イベント検出閾値更新部317は、クラスタリング結果314をイベントと対応付けて学習テーブル312に記録し、検出閾値を更新して、クラスタリング結果314をイベントの相関を学習する。
In the
検出部303は、クラスタリング解析部315及び判定部318を有する。
The
検出処理において、無線信号受信部308は、未知のイベントと対応付けられた未知の信号309を受信する。遅延プロファイル取得部311は、リファレンス信号307と未知の信号309の相互相関を計算し、計算された相互相関を表す遅延プロファイルをクラスタリング解析部315に出力する。
In the detection process, the wireless
検出部303では、クラスタリング解析部315は、遅延プロファイルの分類によって生成されるクラスタリング結果316を出力する。判定部318は、学習テーブル312を参照して、クラスタリング結果316に該当するイベントを検出する。イベント検出の確からしさ(確信度)が検出閾値を超える場合に学習テーブル312に記録されたイベントを検出すると判定し(320)、確からしさが検出閾値より小さい場合に該当するイベントが存在しないと判定する(319)。以上に説明した処理によって、無線イベントを検出できる。
In the
なお、前述した構成では、無線センサ103が無線解析部301と学習部302と検出部303を有したが、無線センサ103が無線解析部301を有し、サーバ107が学習部302と検出部303を有してもよい。
Note that in the configuration described above, the
次に、図4を参照して、無線センサ103のハードウェア構成例について説明する。無線センサ103は、無線処理部401と、情報処理部402とを有する。無線処理部401は、アンテナ403と、アナログ高周波回路部404と、デジタル信号処理部405とを有する。アナログ高周波回路部404は、アンテナ403が捕捉した無線電波をベースバンド信号に変換する。デジタル信号処理部405は、アナログ高周波回路部404から出力されるベースバンド信号を復調したデジタル信号を生成する。
Next, an example of the hardware configuration of the
また、情報処理部402は、CPU406と、メモリ407と、記憶部408と、外部IF409と、ネットワークIF410と、これらを接続するデータバス411とを有する。CPU406は、メモリ407に格納された所定のプログラムの実行によって、情報処理を行う。記憶部408は、不揮発性記憶装置で構成され、CPU406が実行するプログラムや、プログラム実行時に使用するデータを格納する。外部IF409は、フラッシュメモリなどの外部記憶媒体を接続可能なインターフェースである。ネットワークIF410は、ネットワークを介して無線センサ103を他の装置と接続する、例えば、有線のイーサネット接続用インターフェース装置でも、無線のWiFiモジュールなどでもよい。ネットワークIF410は、無線処理部401と異なる通信インターフェースでも、無線処理部401と接続する通信インターフェースでもよい。
Further, the
また、無線処理部401と情報処理部402は、別個の装置の形態でも、同一の装置、又は一つのICチップの形態でもよい。
Furthermore, the
次に図5を参照して、無線イベント検出システム200の全体の処理動作について説明する。図5において、無線イベント検出システム200の電源投入(501)後、リファレンス信号を作成し、無線イベント検出システム200へ入力する(502)。ステップ502においてリファレンス信号を作成する処理は、図6を参照して後述する。入力されるリファレンス信号は、別途作成したものでもよいし、無線イベント検出システム200内で作成されたものでもよい。次に、トレーニング信号305を学習する(503)。無線イベント検出システムが、所定のイベントを検出できるように学習した後に、実際の運用における無線信号の測定と、センシング処理を実行する(504)。システムの電源が切られていなければ(505でNo)、ステップ504に戻り、処理を続ける。一方、システムの電源が切られる(505でYes)と、処理を終了し、無線イベント検出システム200は停止する。以上に説明した処理によって、リファレンス信号を作成するステップ、イベントを学習するステップ、イベント検出を行うステップのそれぞれを実現する。各ステップの詳細については、後述する図面を用いて説明する。
Next, with reference to FIG. 5, the overall processing operation of the wireless
図6は、リファレンス信号を作成する処理のフローチャートである。リファレンス信号とは、無線イベントを検出するために無線システムが送信する無線信号の中で、既知パターンの部分の信号である。リファレンス信号はデータとして記録媒体に保持される。まず対象となる無線システムが稼働している状態で、無線送信機から、無線信号を送信する(601)。次に、リファレンス信号を記録するための無線センサ103を、ノイズや遮蔽などの影響が無い又は少ない環境に設置する(602)。例えば、リファレンス信号は、電波暗室で測定した反射がない環境や、無線送信機と無線受信機(無線センサ103の無線信号受信部304)がケーブルで直結された環境や、検出対象が無い現場で測定するとよい。次に、無線センサ103の無線信号受信部304が受信した無線信号を記録部に記録する(603)。次に、記録された無線信号の中から、固定のパターンを持っている部分を抽出する(604)。次に、抽出した部分を、リファレンス信号として、内部のメモリに保持すると共に、必要に応じて外部の記録媒体などに出力する(605)。以上に説明した手順によって、リファレンス信号を取得できる。なお、リファレンス信号は、各無線センサ103が受信した無線信号から生成してもよく、他の無線センサ103が受信した無線信号から生成したリファレンス信号を記録媒体やネットワークを介して入力されたものでもよい。
FIG. 6 is a flowchart of the process of creating a reference signal. The reference signal is a signal that has a known pattern in a wireless signal that is transmitted by a wireless system to detect a wireless event. The reference signal is held in the recording medium as data. First, while the target wireless system is in operation, a wireless signal is transmitted from a wireless transmitter (601). Next, the
図7は、遅延プロファイルを取得する処理のフローチャートである。遅延プロファイルを取得するために、無線センサ103は、測定信号の受信を開始する(701)。信号を受信したら(702でYes)、リファレンス信号との相互相関を演算する(703)。信号を受信しなければ(702でNo)、ステップ701に戻り、測定信号を待ち受ける。相関演算の結果、相関ピーク値が閾値を超えたら(704)、生成された遅延プロファイルを出力する(705でYes)。一方、相関ピーク値が閾値を超えなければ(705でNo)、ステップ701に戻り、測定信号を待ち受ける。以上に説明した手順によって、遅延プロファイルを得ることができる。
FIG. 7 is a flowchart of the process of acquiring a delay profile. To obtain a delay profile, the
図8A、図8Bは、リファレンス信号の例を示す図である。図8A、図8Bでは、縦軸を周波数、横軸を時間にして、リファレンス信号の電力強度を色の濃淡で示す。リファレンス信号は既知のパターンを持ち、通信内容によって変動しない、固定のパターンである。リファレンス信号として利用することができる信号の例として、図8Aに示すプリアンブルパターンによるリファレンス信号800がある。プリアンブルパターンは、信号の到来を検出するための既知パターンであり、現在使用されているほとんどの無線通信規格においてデジタル無線信号に定められている。又は、プリアンブルパターンの他に、信号の送出タイミングが周期性を持っているような無線通信規格であれば、その周期性を固定パターンとみなして、リファレンス信号として用いてもよい。例えば、図8Bに示すリファレンス信号801は、周波数ホッピングが固定パターンを持つ周波数ホッピング信号であり、この周期をリファレンス信号として用いてもよい。 8A and 8B are diagrams showing examples of reference signals. In FIGS. 8A and 8B, the vertical axis represents frequency, the horizontal axis represents time, and the power intensity of the reference signal is represented by color shading. The reference signal has a known pattern and is a fixed pattern that does not change depending on the communication content. An example of a signal that can be used as a reference signal is a reference signal 800 with a preamble pattern shown in FIG. 8A. A preamble pattern is a known pattern for detecting the arrival of a signal, and is defined for digital wireless signals in most wireless communication standards currently in use. Alternatively, if the wireless communication standard has periodicity in signal transmission timing in addition to the preamble pattern, the periodicity may be regarded as a fixed pattern and used as a reference signal. For example, the reference signal 801 shown in FIG. 8B is a frequency hopping signal with a fixed frequency hopping pattern, and this period may be used as the reference signal.
図9Aは、遅延プロファイル900の例を示す図であり、図9Bは、遅延プロファイル900が計算される元となる無線信号901の例を示す図である。図9Aでは、縦軸を相対的な信号強度、横軸を時間にして、遅延プロファイル900を示す。図9Bでは、縦軸を周波数、横軸を時間にして、色の濃淡が無線信号901の信号強度を示す。このような無線信号901が到来したときに、リファレンス信号801との相互相関を計算すると、遅延プロファイル900に示す相関ピークを得ることができる。遅延プロファイル900の形状は、測定信号とマルチパス反射波が重なり合うフェージングの影響によって変化する。遅延プロファイル900の形状の変化を、後述する機械学習によって分類し、イベントと関連付けることによって、無線イベントを検出できる。 FIG. 9A is a diagram showing an example of a delay profile 900, and FIG. 9B is a diagram showing an example of a wireless signal 901 from which the delay profile 900 is calculated. In FIG. 9A, a delay profile 900 is shown with relative signal strength on the vertical axis and time on the horizontal axis. In FIG. 9B, the vertical axis represents frequency, the horizontal axis represents time, and the color shading represents the signal strength of the wireless signal 901. When such a radio signal 901 arrives, by calculating the cross-correlation with the reference signal 801, a correlation peak shown in the delay profile 900 can be obtained. The shape of the delay profile 900 changes due to the effect of fading caused by the overlap of the measurement signal and the multipath reflected wave. A wireless event can be detected by classifying a change in the shape of the delay profile 900 using machine learning, which will be described later, and associating it with an event.
図10は、無線信号とイベントを関連付けて機械学習によって学習する処理のフローチャートである。学習のために、実世界の情報と、無線信号から計算された遅延プロファイルを同時に取得する(1001)。この時、実世界の情報の例として、例えば、人間が特定の位置に存在している状況や、特定のジェスチャーを行っている状況、カメラによる動画像データなどがあるが、電波伝搬環境に影響する状況であれば、前述した例示に限定されなくてもよい。次に、取得した実世界の情報を学習テーブル312で分類するための状態イベントIDを生成する(1002)。次に、状態イベントIDに対応する遅延プロファイルIDを生成する(1003)。そして、生成した状態イベントID及び遅延プロファイルIDを対応付けて学習テーブル312に格納する(1004)。以上で一つのトレーニング信号305と一つのイベントを対応付けた学習が完了し、次のトレーニング信号305を待ち受ける(1005)。図10で、学習テーブル312を生成する学習処理を説明したが、他の無線センサ103の学習によって得られた学習テーブル312を記録媒体やネットワークを介して導入してもよい。この場合、無線センサ103は学習部302を有さず、検出部303に学習テーブル312を設けてもよい。
FIG. 10 is a flowchart of a process of associating wireless signals with events and learning by machine learning. For learning, real-world information and a delay profile calculated from a wireless signal are simultaneously obtained (1001). At this time, examples of real-world information include a situation in which a person is in a specific position, a situation in which a person is performing a specific gesture, and video data from a camera, which may affect the radio wave propagation environment. If the situation is such that the situation is not limited to the above-mentioned example. Next, a state event ID is generated for classifying the acquired real world information using the learning table 312 (1002). Next, a delay profile ID corresponding to the state event ID is generated (1003). Then, the generated state event ID and delay profile ID are associated and stored in the learning table 312 (1004). The learning that associates one
図11は、本運用において無線信号を測定し、学習テーブル312に基づいて、機械学習によってイベントを推定する処理のフローチャートである。イベント検出のプロセスにおいては、まず、無線信号の受信を開始する、無線信号と対応付けられる実世界のイベントは未知である。そして、受信した無線信号から図7に示す遅延プロファイル取得処理よって計算される遅延プロファイルを取得する(1103)。そして、取得した遅延プロファイルを機械学習によって分類し、対応するイベントの有無を推定する(1104)。対応するイベントがある場合(1105でYes)、イベントを検出したことを示す結果を外部へ出力する(1106)。以上に説明した処理によって、無線信号によるイベント検出を実現できる。 FIG. 11 is a flowchart of a process of measuring a wireless signal in the actual operation and estimating an event by machine learning based on the learning table 312. In the process of event detection, first, the real-world event associated with the wireless signal that initiates the reception of the wireless signal is unknown. Then, a delay profile calculated by the delay profile acquisition process shown in FIG. 7 is acquired from the received radio signal (1103). Then, the acquired delay profile is classified by machine learning, and the presence or absence of a corresponding event is estimated (1104). If there is a corresponding event (Yes in 1105), a result indicating that the event has been detected is output to the outside (1106). Through the processing described above, event detection using wireless signals can be realized.
図12は、学習テーブル312の構成を示す図である。学習テーブル312は、チャネル状態情報ID1201と、遅延プロファイルデータ1202と、状態イベントID1203とを含む。図10の学習処理において、無線信号から計算される遅延プロファイルが分類される遅延プロファイルID1201と、実世界の情報が分類される状態イベントID1203とを格納し、無線信号と実世界のイベントとを対応付けることができる。図11の検出処理において、学習テーブル312を参照し、測定した無線信号からイベントを推定して、イベントを検出できる。
FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the learning table 312. The learning table 312 includes channel
図13は、本発明の比較例のチャネル状態情報(CSI)を取得可能な無線通信システムにおけるシーケンス図である。チャネル状態情報を取得可能な無線システムは、例えばIEEE802.11acなどの無線通信規格である。図13を参照して、無線基地局101、無線端末102、無線センサ103及びサーバ107が連携して動作する様子を説明する。無線基地局101は、任意のタイミングでCSIリクエストを無線端末102へ送信する。無線端末102は、CSIリクエストを受信すると、CSI情報を無線基地局101へ送信する。このとき、無線センサ103は、無線端末102からの信号を傍受してCSI情報を取得し、取得したチャネル状態情報をサーバ107へ送信する。サーバ107は、受信したチャネル状態情報を機械学習によって分類して、イベントを推定し、イベントを検出する。無線基地局101と無線端末102とは、データやACK信号などの送受信を継続する。CSI情報は、予め通信規格で定められたタイミングで送信される。従って、無線センサ103側からの要求に従って、必要なタイミングに、即座にセンシング結果を得ることが難しいという問題がある。
FIG. 13 is a sequence diagram in a wireless communication system capable of acquiring channel state information (CSI) according to a comparative example of the present invention. A wireless system that can acquire channel state information is, for example, a wireless communication standard such as IEEE802.11ac. With reference to FIG. 13, the manner in which the
図14は、本発明の実施形態のチャネル状態情報(CSI)を取得できない無線通信システムにおけるシーケンス図である。例えば、IEEE802.11nでは、特定の製造業者が提供するICチップ及びソフトウェアを利用しなければ、CSI情報を取得できない。また、MIMO通信を行わない通信規格では、無線機間でCSI情報を送受信しない。図14に示す構成では、チャネル状態情報を取得できない無線通信システムにおいて無線センシングが可能となる。図14を参照して、無線基地局101、無線端末102、無線センサ103及びサーバ107が連携して動作する様子を説明する。無線基地局101は、任意のタイミングでデータを無線端末102へ送信する。無線端末102はデータを受信すると、データ信号を受信したことを通知するACK信号を無線基地局101へ送信する。このとき、無線センサ103は、を無線基地局101から送信されたデータを傍受し、データに含まれるプリアンブル信号などの既知パターンを抽出して、遅延プロファイルを取得する。そして遅延プロファイルをサーバ107へ送信する。サーバ107は、受信した遅延プロファイルを機械学習によって分類して、イベントを推定し、イベントを検出する。図14に示す構成では、データ信号やACK信号などの任意のタイミングで送受信可能な信号を利用するため、無線センサ側から任意のタイミングでセンシングリクエストを送信できる。また、チャネル状態情報以外のデータや他の固定パターンを含む信号をセンシングに利用可能なことから、任意のタイミングでセンシングしたり、センシングの頻度を向上でき、よりリアルタイム性を求められるセンシングを実現できる。
FIG. 14 is a sequence diagram in a wireless communication system in which channel state information (CSI) cannot be acquired according to an embodiment of the present invention. For example, in IEEE802.11n, CSI information cannot be obtained without using an IC chip and software provided by a specific manufacturer. Furthermore, in communication standards that do not perform MIMO communication, CSI information is not transmitted and received between wireless devices. With the configuration shown in FIG. 14, wireless sensing is possible in a wireless communication system in which channel state information cannot be acquired. With reference to FIG. 14, the manner in which the
図14では、無線センサ103が遅延プロファイルを取得し、サーバ107が遅延プロファイルを分類しイベントを検出する構成を説明したが、無線センサ103とサーバ107の分担は、これに限らない。無線センサ103が、遅延プロファイルを分類しイベントを検出してもよいし、無線センサ103が無線信号の受信のみを行い、サーバ107が遅延プロファイルの作成以降の全ての処理を実行してもよい。
Although FIG. 14 describes a configuration in which the
本発明の実施形態に係る無線イベント検出システム200は、以上に説明した構成及び処理によって、CSI情報を取得できない無線通信システムにおいても、無線イベントを検出できる。またCSI情報を利用するセンシングシステムに比べて、任意のタイミングでセンシングしたり、センシングの頻度を向上でき、よりリアルタイム性を求められる即時性が高いセンシングを実現できる。その結果、危険状態の検知や、より複雑な事象をセンシングするシステムへ適用できる。
With the configuration and processing described above, the wireless
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。 Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications and equivalent configurations within the scope of the appended claims. For example, the embodiments described above have been described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment may be replaced with the configuration of another embodiment. Further, the configuration of one embodiment may be added to the configuration of another embodiment. Further, other configurations may be added, deleted, or replaced with a part of the configuration of each embodiment.
また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。 Further, each of the above-mentioned configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized in part or in whole by hardware, for example by designing an integrated circuit, and a processor realizes each function. It may also be realized by software by interpreting and executing a program.
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に格納することができる。 Information such as programs, tables, files, etc. that realize each function can be stored in a storage device such as a memory, a hard disk, or an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。 Furthermore, the control lines and information lines shown are those considered necessary for explanation, and do not necessarily show all the control lines and information lines necessary for implementation. In reality, almost all configurations can be considered interconnected.
100 無線通信環境
101 無線基地局
102 無線端末
103 無線センサ
104 監視対象
105 ネットワークハブ
106 外部ネットワーク
107 サーバ
200 無線イベント検出システム
208 無線電波
213 学習テーブル
301 無線解析部
302 学習部
303 検出部
304 無線信号受信部
305 トレーニング信号
306 リファレンス信号入力部
307 リファレンス信号
308 無線信号受信部
309 信号
310 トレーニング信号取得部
311 遅延プロファイル取得部
312 学習テーブル
313、315 クラスタリング解析部
314、316 クラスタリング結果
317 イベント検出閾値更新部
318 判定部
401 無線処理部
402 情報処理部
403 アンテナ
404 アナログ高周波回路部
405 デジタル信号処理部
406 CPU
407 メモリ
408 記憶部
409 外部IF
410 ネットワークIF
411 データバス
100
407
410 Network IF
411 data bus
Claims (9)
受信した無線信号とリファレンス信号との相関を表す遅延プロファイルを取得する無線解析部と、前記遅延プロファイルから前記状態イベントを検出する検出部とを備え、
前記無線解析部は、無線信号を受信する無線受信部と、前記受信した無線信号の中から固定パターン部分が抽出されたリファレンス信号を出力するリファレンス信号入力部と、前記受信した無線信号と前記リファレンス信号とを相関演算して遅延プロファイルを出力する遅延プロファイル取得部とを有し、
前記検出部は、前記遅延プロファイルの分類によって生成される第1クラスタリング結果を出力するクラスタリング解析部と、前記第1クラスタリング結果を用いて、実世界の情報を示す状態イベントを検出する判定部とを有することを特徴とする検出システム。 A detection system for detecting a state event, the detection system comprising:
comprising: a radio analysis unit that acquires a delay profile representing a correlation between a received radio signal and a reference signal; and a detection unit that detects the state event from the delay profile;
The radio analysis unit includes a radio reception unit that receives a radio signal, a reference signal input unit that outputs a reference signal in which a fixed pattern portion is extracted from the received radio signal, and a reference signal input unit that outputs a reference signal in which a fixed pattern portion is extracted from the received radio signal. and a delay profile acquisition unit that performs a correlation calculation with the signal and outputs a delay profile,
The detection unit includes a clustering analysis unit that outputs a first clustering result generated by classifying the delay profile, and a determination unit that uses the first clustering result to detect a state event indicating real-world information. A detection system comprising:
前記状態イベントと前記遅延プロファイルとを関連付けて学習する学習部を備え、
前記学習部は、前記遅延プロファイルの分類によって生成される第2クラスタリング結果を出力するクラスタリング解析部と、前記第2クラスタリング結果と前記状態イベントとを対応付けて学習するイベント検出閾値更新部とを有することを特徴とする検出システム。 The detection system according to claim 1,
comprising a learning unit that learns by associating the state event and the delay profile,
The learning unit includes a clustering analysis unit that outputs a second clustering result generated by classifying the delay profile, and an event detection threshold updating unit that learns by associating the second clustering result with the state event. A detection system characterized by:
前記リファレンス信号入力部は、前記無線信号から抽出されたリファレンス信号を記録媒体に出力することを特徴とする検出システム。 The detection system according to claim 1,
The detection system is characterized in that the reference signal input section outputs the reference signal extracted from the wireless signal to a recording medium.
前記遅延プロファイル取得部は、前記受信した無線信号と前記リファレンス信号との相関演算の結果、相関ピーク値が所定の閾値より大きい場合に、前記生成された遅延プロファイルを出力することを特徴とする検出システム。 The detection system according to claim 1,
Detection characterized in that the delay profile acquisition unit outputs the generated delay profile when a correlation peak value is larger than a predetermined threshold as a result of correlation calculation between the received radio signal and the reference signal. system.
前記検出部は、
前記遅延プロファイルを取得し、
前記取得した遅延プロファイルに対応する状態イベントの有無を推定し、
対応する状態イベントがある場合は、イベント検出結果を外部へ出力することを特徴とする検出システム。 The detection system according to claim 1,
The detection unit includes:
obtain the delay profile;
Estimating the presence or absence of a state event corresponding to the obtained delay profile,
A detection system characterized by outputting an event detection result to the outside if there is a corresponding state event.
前記学習部は、
実世界の情報と、無線信号であるトレーニング信号を同時に取得し、
前記取得した実世界の情報を分類するための状態イベント識別情報を付与し、
前記状態イベント識別情報に対応するトレーニング信号から生成される第2遅延プロファイルに遅延プロファイル識別情報を付与し、
前記状態イベント識別情報と前記遅延プロファイル識別情報とを対応付けて学習することを特徴とする検出システム。 3. The detection system according to claim 2,
The learning department is
Acquire real-world information and training signals, which are wireless signals, at the same time.
Adding state event identification information for classifying the acquired real world information,
adding delay profile identification information to a second delay profile generated from a training signal corresponding to the state event identification information;
A detection system characterized in that the state event identification information and the delay profile identification information are learned in association with each other.
前記学習部は、
前記遅延プロファイル識別情報と前記状態イベント識別情報が記録され、前記無線信号と前記実世界の情報を示す状態イベントとを対応付け可能な学習テーブルを有し、
前記付与された遅延プロファイル識別情報と前記状態イベント識別情報とを対応付けて前記学習テーブルに格納することを特徴とする検出システム。 7. The detection system according to claim 6,
The learning department is
The learning table has a learning table in which the delay profile identification information and the state event identification information are recorded, and can associate the wireless signal with the state event indicating the real world information,
A detection system characterized in that the given delay profile identification information and the state event identification information are stored in association with each other in the learning table.
受信した無線信号とリファレンス信号との相関を表す遅延プロファイルを取得する無線解析部と、前記遅延プロファイルから前記状態イベントを検出する検出部とを備え、
前記無線解析部は、無線信号を受信する無線受信部と、前記受信した無線信号の中から固定パターン部分が抽出されたリファレンス信号を出力するリファレンス信号入力部と、前記受信した無線信号と前記リファレンス信号とを相関演算して遅延プロファイルを出力する遅延プロファイル取得部とを有し、
前記検出部は、前記遅延プロファイルの分類によって生成される第1クラスタリング結果を出力するクラスタリング解析部と、前記第1クラスタリング結果を用いて、実世界の情報を示す状態イベントを検出する判定部とを有することを特徴とするセンサ装置。 A sensor device for detecting a state event, the sensor device comprising:
comprising: a radio analysis unit that acquires a delay profile representing a correlation between a received radio signal and a reference signal; and a detection unit that detects the state event from the delay profile;
The radio analysis unit includes a radio reception unit that receives a radio signal, a reference signal input unit that outputs a reference signal in which a fixed pattern portion is extracted from the received radio signal, and a reference signal input unit that outputs a reference signal in which a fixed pattern portion is extracted from the received radio signal. and a delay profile acquisition unit that performs a correlation calculation with the signal and outputs a delay profile,
The detection unit includes a clustering analysis unit that outputs a first clustering result generated by classifying the delay profile, and a determination unit that uses the first clustering result to detect a state event indicating real-world information. A sensor device comprising:
前記検出システムは、受信した無線信号とリファレンス信号との相関を表す遅延プロファイルを取得する無線解析部と、前記遅延プロファイルから前記状態イベントを検出する検出部とを有し、
前記検出方法は、
前記無線解析部が、無線信号を受信し、
前記無線解析部が、前記受信した無線信号の中から固定パターン部分が抽出されたリファレンス信号を計算し、
前記無線解析部が、前記受信した無線信号と前記リファレンス信号とを相関演算して遅延プロファイルを出力し、
前記検出部が、前記遅延プロファイルの分類によって生成される第1クラスタリング結果を計算し、
前記検出部が、前記第1クラスタリング結果を用いて、実世界の情報を示す状態イベントを検出することを特徴とする検出方法。 A detection method wherein the detection system detects a state event, the detection method comprising:
The detection system includes a radio analysis unit that acquires a delay profile representing a correlation between a received radio signal and a reference signal, and a detection unit that detects the state event from the delay profile,
The detection method includes:
The wireless analysis unit receives a wireless signal,
The radio analysis unit calculates a reference signal in which a fixed pattern portion is extracted from the received radio signal,
the radio analysis unit performs a correlation calculation between the received radio signal and the reference signal and outputs a delay profile;
The detection unit calculates a first clustering result generated by classification of the delay profile,
A detection method characterized in that the detection unit detects a state event indicating real-world information using the first clustering result.
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