JP4792394B2 - 無線タグの位置を確認するためのネットワーク - Google Patents

Description

本発明は、無線タグの位置を確認するためのネットワークに関する。

建物内部の人々及び／又はアイテムを追跡するために用いられることのできる、多数の種々の位置決めシステム(positioning system)が知られている。

非特許文献１は、位置決めシステムの概要を与え、多数のセル(cell)を有するシステムを詳細に説明している。各セルは、同軸ケーブルで複数のアンテナに接続されるセルコントローラを有し、そのシステムは、信号を送信するタグの位置を確認するのに使用されることができる。３つ以上のアンテナが信号を受信するなら、そのときはタグの位置が確認されることができる。

非特許文献２も、よく知られた全地球測位システム(GPS)を含む位置確認システムの概観を与える。あるシステムは、中央サーバに接続される複数の赤外線探知器を有し、赤外線信号を発するいわゆる「アクティブバッジ(active badge)」を位置決めするのに使用されることができる。別のシステムは、天井に取り付けられ、かつコントローラに接続される複数の超音波センサを有し、いわゆる「バット(bat)」の位置を確認するのに使用されることができる。コントローラは、センサをリセットし、次々に超音波信号を送信するバットにより受信される短距離無線信号(short-range radio signal)を送信する。センサは、リセットと、超音波信号の到着時間との間の時間を測定し、これをバットの位置を決定するコントローラへ報告する。
"Designing a positioning system for finding people and things indoors", Jay Werb and Colin Lanzl, IEEE Spectrum, volume 35, issue 7, pages 71 to 78 (1998) "Location Systems for Ubiquitous Computing", Jeffrey Hightower and Gaetano Borriello, IEEE Computer, volume 34, issue 8, pages 57 to 66 (1998)

しかしながら、これらの位置決めシステムはそれぞれ、探知器又はアンテナを中央コントローラへと接続するためにケーブル(cabling)を使用するという欠点に苦しんでいる。そこで、これらのシステムは、設置に時間と費用とが掛かる。

可能なソリューションは、チップがフロアタイルに埋め込まれている、いわゆる「インテリジェント・フロア・カバー(intelligent floor covering)」を用いることである。フロアタイルが配置される(laid)とき、各チップは、フロアタイルの電気的に導電性のあるスレッド(thread)によって近接するチップに接続される。

しかしながら、このシステムでさえ、設置が困難である。なぜなら、タイルは、システムが動作するよう適切に接合されなければならないからである。それは、タイルが設置されることができる場所に関する制限も課す。

本発明の目的は、無線タグの位置を確認するための改善されたネットワークを提供することにある。

本発明の第１の側面によれば、無線タグの位置を確認するためのネットワークが提供される。そのネットワークは、複数の独立した無線ノードを有し、各ノードは、建物の内部に設置されるレイヤ(layer)又はそれぞれのレイヤユニット(layer unit)に含まれ、以下の態様で、少なくとも１つの他のノードに無線接続可能であるように構成される。つまり、レイヤ又はレイヤユニットが設置されるとき、その複数のノードが、確定可能な(determinable)空間配置を持ち、かつタグの位置を確認するための重複する無線範囲をその空間配置を参照して与えるような態様である。

「独立した」とは、ここでは「有線ネットワークによって、互いに接続されていることもなければ、共通ノードに接続されていることもない」ことを意味する。

こうして、各ノードが、近接するノード又は中央ノードのいずれに対しても、有線ネットワークにより接続される必要がないため、ネットワークが容易に設置されることができる。

レイヤは、例えば、カーペット又はカーペット下地材(underlay)のようなフロアカバー(floor covering)を有する場合がある。レイヤユニットは、フロア又は天井を覆うタイルを含んでいてよい。空間配置は、規則的なパターンのノード(regular pattern of node)を有する場合がある。各無線ノードは、無線信号を受信する手段と無線信号を送信する手段とを含むことができる。各無線ノードは、例えば、受信信号の到着時間を決定する手段及び／又は受信信号の信号強度の値を決定する手段のような、近接する無線ノードとの範囲を決定する(determining)手段を含むことができる。

本発明の第２の側面によれば、無線タグの位置を確認するためのネットワークが提供される。そのネットワークは、建物の内部に設置されるレイヤと、そのレイヤに含まれる複数の独立した無線ノードとを有し、各ノードは、少なくとも１つの他のノードに無線接続可能であるように構成される。

本発明の第３の側面によれば、無線タグの位置を確認するためのネットワークの一部を形成するネットワークエレメント(network element)が提供される。そのネットワークエレメントは、建物の内部に設置されるレイヤユニットと、そのレイヤユニットに含まれ、かつ少なくとも１つの他のノードに無線接続可能であるように構成される独立した無線ノードとを有する。

そのネットワーク又はネットワークエレメントは、更に、圧電性結晶のような、無線ノードに対する電力を生成する手段を有することができる。そのネットワーク又はネットワークエレメントは、更に、好ましくは、ループ(loop:閉回路)又はコイルのような誘導手段(inductive means)の形式で、無線ノードに対する電力を外部ソースから受信する手段を有することができる。

本発明の第４の側面によれば、複数の独立した無線ノードを有するネットワークを用いて無線タグの位置を確認する方法が提供される。各ノードは、建物の内部に設置されるレイヤ又はそれぞれのレイヤユニットに含まれ、かつ少なくとも１つの他のノードに無線接続可能であるように構成され、その方法は、無線ノードの空間配置を決定し、その空間配置を参照して無線タグの位置を決定することを有する。

無線ノードの空間配置を決定することは、第１のノードから、その第１のノードを識別する第１のメッセージを送信し、第２のノードにおける第１のメッセージの到着時間を記録し、第２のノードから、第１及び第２のノードと第１のメッセージの到着時間と第２のメッセージの送信時間とを識別する第２のメッセージを送信することを有することができる。その方法は、更に、第２のノードから、空間配置内での第２のノードの位置を識別するメッセージを送信することを有することができる。

本発明の第５の側面によれば、建物の内部に設置されるレイヤ又はそれぞれのレイヤユニットに含まれ、少なくとも１つの他のノードに無線接続可能であるように構成される無線ノードを動作させる方法が提供される。その方法は、無線ノードの空間配置に含まれるその無線ノードの位置を決定するためその少なくとも１つの他のノードと共働し、無線ノードの空間配置を参照して、無線タグの位置を決定するため前記無線タグと共働することを有する。

本発明の第６の側面によれば、データ処理装置で実行されるとき、該データ処理装置が上述の方法を行うことをもたらす指示を有するコンピュータプログラムが提供される。

本発明の実施形態が、対応する図面を参照して、例を介して以下に説明されるであろう。

[ネットワーク５]
図１を参照すれば、本発明の実施形態が使用される建物２のフロア１の平面図が示される。この例において、建物はオフィスである。しかしながら、建物２は、家、一棟のアパート、倉庫、工場、駅舎、バス停、空港、劇場、映画館、病院又は庁舎などの、いかなるタイプの家庭的な、商業用途の、工業用途の又は公共の建物であってもよい。

この例では、フロアタイル３の形式をとる複数のレイヤユニットが、建物２のフロア１に配置される。各フロアタイル３は、無線ノード４を含む。無線ノード４は、タイル３の中又はその下に配置されることができる。好ましくは、フロアタイル３は、四角形であり、規則的なパターンで配置される。しかしながら、他の形状のフロアタイル３が使用されてもよく、すべてのタイルが同じ形状である必要はない。更に、フロアタイル３は、規則的に配置される必要はない。もう１つ言えば、従来のフロアタイル(図示省略)、即ち、無線ノード無しのフロアタイルが、規則的又は不規則のいずれかの態様で含まれることができる。こうして、フロアタイル３は、まばらに(sparsely)使用されることができる。追加的に又は選択的に、レイヤが使用されることができる。それは、レイヤに対して、即ちxy平面において分散配置される無線ノードを含む、例えばカーペット(図示省略)又はカーペット下地材(図示省略)の形式で使用されることができる。レイヤユニットは、天井タイルの形式を取ることができる。

本発明によれば、無線ノード４は、無線タグ６_１、６_２の位置を確認するためのネットワーク５を提供する。第１の例において、第１の無線タグ６_１は、プリンタ７に付けられ、又は埋め込まれる。詳細は後述されるが、位置確認ネットワーク５は、プリンタ７がその位置を確かめることを可能にするために使用されることができる。プリンタ７は、会社の資産を追跡することに責任を負う幹部職又はITマネージャのようなユーザ１０がプリンタ７の位置を追跡することを可能にするコンピュータ９に、ローカルエリアネットワーク８を介して、この情報を送信することができる。第２の例においては、第２の無線タグ６_２がキーホルダ(key ring)１１に組み込まれる。詳細は後述されるが、位置確認ネットワーク５は、キーホルダ１１の位置を確認するために使用されることができる。こうして、ユーザ１０が、例えばコンピュータ９又は携帯端末(personal digital assistant)１２を用いて自分たちの鍵を探すのに、そのネットワークが役に立つ。

図２又は図３を参照すれば、無線ノード４_５は信号１３を送信する。その信号強度Ｓは、無線ノード４_ｒからの半径距離ｒに依存する。例えば、無線信号の場合、信号強度は、距離ｒの二乗に反比例してよく、すなわち：

で表される。ここで、ｋは定数である。

こうして、所与の検出閾値Ｓ_Ｔに対して、無線ノード４_５の送信範囲Ｒは、

で表されるよう規定されることができる。但し、

である。Ｓ_０とＳ_Ｔとの値は、無線ノード４_５が少なくとも１つの近接する無線ノード４_１、４_２、４_３、４_４、４_６、４_７、４_８、４_９に対して及びそれ(ら)から直接的に信号を送受信することができるよう選択される。好ましくは、Ｓ_０とＳ_Ｔとの値は、無線ノード４_５がｎ個の近接する無線ノードに対してのみ及びそれ(ら)からのみ直接的に信号を送受信することだけができるように選択される。例えば、図３に示されるように、無線ノード４_５は、最も近い及び次に近い無線ノード(即ちｎ＝２)に対して及びそれらから直接的に信号を送受信することだけができる。従って、放射パターンは半球形である。にもかかわらず、種々の放射パターンを生み出すアンテナが使用されることができる。

無線ノード４は、独立している。「独立して」とは、ノード４が有線ネットワークにより、お互いに又は中央ノードに接続されていないことを意味する。従って、タイル３は、容易に設置され、移動され、又は除去されることができる。

[無線ノード４]
図４を参照すれば、無線ノード４は、無線信号を送受信する手段１４と、信号を処理する手段１５と、データを格納する手段１６と、時間を記録(keep)する手段１７と、電力を格納する手段１８とを有する。

無線送受信手段１４は、好ましくは、一体化されるアンテナを伴う短距離無線トランシーバ回路の形式である。しかしながら、セパレートアンテナ(separate antenna)(図示省略)が与えられてもよい。タイル３の１つ又は複数の繊維がアンテナを形成することができる。処理手段１５は、好ましくは、マイクロコントローラの形式である。格納手段１６は、好ましくは、不揮発性メモリの形式であり、無線ノード４の動作を制御するコンピュータプログラム１９、及び、ノード識別子と対応する位置データとのリストを有するテーブル２０を格納する。電力格納手段１８は、好ましくはバッテリの形式である。

好ましくは、無線ノード４は、Zigbee(登録商標)標準規格に準拠している。しかしながら、無線ノード４は、Bluetooth(登録商標)やIEEE 802.11xといった他の標準規格に準拠することもできる。

Zigbee(登録商標)標準規格によれば、255のデバイスがネットワークを形成するために無線で接続されることができる。しかも複数のZigbee(登録商標)ネットワークを用いれば、より多数のデバイスが無線で接続されることができる。デバイスは、2.4 GHz、915 MHz及び／又は868 MHzの無線周波数帯域で動作することができ、それぞれ毎秒250キロビット(kbps)、40 kbps、20 kbpsの生の(raw)データ転送率をサポートし、通常は10メートルから75メートルまでの通信範囲を持つ。好ましくは、各デバイスは、2から5メートルの間の通信範囲を持つ。Zigbee(登録商標)標準規格の概要は、ワールドワイドウェブ www.zigbee.org又はZigbee(登録商標)アライアンス、Bishop Ranch、 22694 Bishop Drive、Suite 275、 San Ramon、CA 94583、USAより得られる。

[無線ノード４の位置確認]
再度図１を参照して、無線ノード４は、「メッシュ」又は「グリッド」として知られる空間配置を形成する。各ノード４は、それ自身の位置を確認することができるか、又は信号を交換し、ノード４と各近接するノード４との距離を決定し、GPSで用いられるのと同様の三辺測量を用いることにより、近接するノード４に対する位置が確認されることができる。こうして、ノード４の空間配置が決定されることができる。

距離を決定する(determining)好ましい方法は、ノード４間の信号の飛行時間を測定する(determining)ことを有する。しかしながら、追加的に又は選択的に、例えば、受信信号強度インジケーション(RSSI)を測定するといった他の方法が使用されてもよい。

位置情報がネットワーク５を流れるプロセス及びノード４の空間配置が決定されることができるプロセスが、以下説明されるであろう：

図５、図６及び図７を参照すれば、第１の無線ノード４_１がネットワーク・コーディネータ(network coordinator)として動作する。第１の無線ノード４_１は、第１のエントリ２２_１を有するメッセージ２１_１を準備する。各エントリは、ノードを識別するフィールド２３と、以前に受信した信号の到着時間(time of arrival)(TOA)を与えるフィールド２４と、今送信した信号の出発時間(time of departure)(TOD)を与えるフィールド２５とを有する。TODは、発信時間(time of transmission)と呼ばれることもできる。この場合、第１の識別フィールド２３_１は、値「Ａ」を有する。第１のTOAフィールド２４_１は、ブランクのままにされるか又はダミー値で満たされる。第１のTODフィールド２５_１は、値ｔ_１を有する。第１のTODフィールド２５_１における値は、クロック１７(図４)を用いて測定され、メッセージ２２_１を準備し送信するのに必要な時間を考慮した固定遅延を追加することにより調整されることができる。メッセージ２１_１は、範囲Ｒ内含まれる近接するノード４_２、４_４、４_５に送信される。

どのようにノード４が動作するかの例示として第２のノード４_２を用いるとすると、第２のノード４_２は、メッセージ２１の到着を待ち(listen)(ステップＳ１)、メッセージ２１、この場合、メッセージ２１_１を受信し(ステップＳ２)、その到着時間を記録し(ステップＳ３)、メッセージ２１_１をテーブル１９(図４)に格納する(ステップＳ４)。オプションで、十分な範囲測定(range measurement)を持つ場合、ノード４_２は、三辺測量を用いてその位置を計算することができる。

図５を参照しつつ、図８及び図９も参照すれば、第２のノード４_２は、第１のエントリ２２_１の後に第２のエントリ２２_２を追加することにより第２のメッセージ２１_２を準備する。第２のエントリ２２_２は、値「Ｂ」を有する第２の識別フィールド２３_２と、値ｔ_２’を有する第２のTOAフィールド２４_２と、値ｔ_３’を有する第２のTODフィールド２５_２とを含む(ステップＳ６)。第１のTODフィールド２５_１の値は、クロック１７(図４)を用いて測定される。メッセージ２１_２は、近接するノード４_１、４_３、４_４、４_５、４_６に送信される(ステップＳ７)。実質的に同時に第４のノード４_４により送信されるメッセージ２１と、すぐ後に第５のノード４_５により送信されるメッセージ２１とが、破線として示される。

各ノード４は、メッセージ２１を受信するときはいつでもこのプロセスを行い、繰り返す。ノード４は、メッセージ２１を受信する度に、それをメモリ１６に格納する。それにより範囲測定の数が増加する。

２つのノード４がメッセージ２１を交換する場合、クロック１７(図４)の１つにおけるクロックドリフトが訂正されることができる。第１及び第２のノード４_１、４_２を例にとれば、いったん第１のノード４_１が第２のメッセージ２１_２を受信すると、クロックドリフトを訂正するのに十分な情報を持つ。その情報は、第１のメッセージ２１_１の第１のノード４_１からの出発時間であるｔ_１と、第２のノード４_２でのその第１のメッセージ２１_１の到着時間であるｔ_２’と、第２のメッセージ２１_２の第２のノード４_２からの出発時間であるｔ_３’と、第１のノード４_１での第２のメッセージ２１_２の到着時間であるｔ_４とを有する。第２のノード４_２のクロック１７が第１のノード４_１のクロック１７に対して固定量x分ドリフトしている(adrift)、つまりt’= t + x である場合、第１のノード４_１はそのドリフトを補うことができる。

第１及び第２のノード４_１、４_２間の飛行時間Δｔ_ＡＢは：

である。

項ｘは、最終行には現れないことに留意されたい。

ドリフトは、次式を用いて明示的に算出されることができる：

通常、第１のノード４_１のクロック１７は、全体のネットワーク５が同期させられるクロックである。いかなるノードも、連続する連関したメッセージ(series of linked message)を(他のノード４を介して)第１のノード４_１又はドリフトが訂正されたクロック１７(図４)を持つことが知られているノード４と交換することにより、自身のクロックのドリフトを確かめる及びオプションで訂正することができる。これは、一旦十分なメッセージ２１がネットワーク５を介して行ったり来たり通過すれば起こりうることは理解されるであろう。別の方法としては、ノード４は、第１のノード４_１にそのクロックドリフトを通知することを要求することができる。

第１のノード４_１は、ネットワーク５を介して広められた複数のメッセージ２１を集める。例えば、第１のノード４_１は、第１のメッセージ２１_１を第２のノード４_２に送信する。第２のノード４_２は、第２のメッセージを第３のノード４_３に送信する。第３のノード４_３は、第４のメッセージを近接するノード４に送信する、と続く。メッセージ２１が送信される度、メッセージ２１は、第１のノード４_１から離れる向きにネットワーク５の奥へ広まるだけでなく、第１のノード４_１に向かって戻ってもくる。更に、メッセージ２１は、迂回する経路により広まる可能性もある。このようにして、第１のノード４_１は、最終的には複数のメッセージ２１を受信することができる。それぞれのメッセージは、ノード４を通過し、第１のノード４_１に異なる経路を介して戻ってくる。三辺測量を用いることで、第１のノード４_１は、ネットワークにおけるすべてのノード４の位置を算出することができる。好ましくは、速度

を用いて範囲時間が範囲距離に変換され、位置がデカルト(Cartesian)座標(x,y)で表現される。少なくとも１つのネットワークノード４での絶対位置又はあるノードが起源(origin)であると考えられるかどうかを示す指示(indication)がそれに与えられることができる。

実際、各ノード４は、同様にしてメッセージ４を集め、三辺測量を用いて、ネットワークにおけるすべてのノード４の位置を算出することができる。

第１のメッセージ２１_１は、追加的なメッセージ２１の殺到(avalanche)を引き起こす場合がある。そこで、各ノード４は、メッセージの送信を制限することができる。例えば、各ノードは、新しいエントリを追加し、そして古いエントリを削除することにより、メッセージ２１におけるエントリ２２_１、２２_２の数を制限することができる。追加的に又は選択的に、各ノードがメッセージ２２を送信し終えた状態である場合、各ノードは、近接するノード４から受信される次のメッセージ２２を無視することができる。ノードは、その時々において、選択的にメッセージの送信を制限することができる。例えば、各ノード４は、最初に所与の数のメッセージを送信し、その後、メッセージの送信を制限することができる。

こうして、メッセージ２１を交換することにより、第１のノード４_１又は各ノード４は、ネットワーク５に含まれるノード４の位置を決定することができ、従って、ノード４の空間配置を決定することができる。

ノード４の空間配置は、タグ６_１、６_２に対し及び／又はそれらから信号を送信及び／又は受信することにより、タグ６_１、６_２の位置を確認するのに使用されることができる。

[プリンタ７の位置確認]
前述したように、第１の無線タグ６_１は、プリンタ７に付けられるか、又は埋め込まれる。無線タグ６_１は、無線ノード４とプリンタ７へのデータインタフェース(図示省略)とを有する。

図１０、図１１及び図１２を参照すれば、無線タグ６_１は、多数のノード４_１０、４_１１、４_１２、４_１３、４_１４、４_１５、４_１６、４_１７、４_１８の範囲内にある。無線タグ６_１は、周期的に「起動し(wake up)」、位置情報に関するリクエスト２６をブロードキャストする(ステップＳ８)。

ノード４_１０、４_１１、４_１２、４_１３、４_１４、４_１５、４_１６、４_１７、４_１８は、それぞれ、例えば図１１及び図１２に示されるような無線タグ６_１により受信されるリプライ２７_１、２７_２、２７_３、２７_４、２７_５、２７_６、２７_７、２７_８、２７_９をそれぞれ送信する(ステップＳ９)。各リプライ２７_１、２７_２、２７_３、２７_４、２７_５、２７_６、２７_７、２７_８、２７_９は、リプライを送信する無線ノード４_１０、４_１１、４_１２、４_１３、４_１４、４_１５、４_１６、４_１７、４_１８の識別子(identity)、位置及び出発時間を含む。無線タグ６_１は、リプライ２７_１、２７_２、２７_３、２７_４、２７_５、２７_６、２７_７、２７_８、２７_９を受信し、その到着時間を記録する(ステップＳ１０)。図１０は、説明的なものであり、必ずしもリプライ２７_１、２７_２、２７_３、２７_４、２７_５、２７_６、２７_７、２７_８、２７_９が無線タグ６_１で受信される順序を示すものではない。しかしながら、図１１及び図１２は、タグ６_１とそれぞれのノード４_１０、４_１１、４_１２、４_１３、４_１４、４_１５、４_１６、４_１７、４_１８との距離が違っており、従って、それが飛行時間Δtに反映されるであろうことを示す。

すべてのノード４_１０、４_１１、４_１２、４_１３、４_１４、４_１５、４_１６、４_１７、４_１８のクロック１７(図４)が同期している、つまり、ドリフトが補償されており、かつ「ネットワーク時間」を示すものであることを仮定すれば、無線タグ６_１は、三辺測量を用いてその位置を決定することができる(ステップＳ１１)。

しかしながら、ノード４_１０、４_１１、４_１２、４_１３、４_１４、４_１５、４_１６、４_１７、４_１８のクロック１７(図４)が同期していないと、無線タグ６_１は、出発時間を含む第２のリクエスト(図示省略)を送信し、第２のセットのリプライ(図示省略)を受信し、前述されたプロセスを用いて、各ノード４_１０、４_１１、４_１２、４_１３、４_１４、４_１５、４_１６、４_１７、４_１８のそれぞれのクロック１７(図４)のドリフトを訂正することができる。

無線タグ６_１は、プリンタ７にその位置を与え(ステップＳ１２)、それは、メモリ(図示省略)に格納されることができる。プリンタ７は、ローカルエリアネットワーク８を介してコンピュータ９にその位置を、リクエストに応じて又は自発的に、例えば、周期的に若しくは位置に関する変化が検出するときはいつでも送信する。こうして、プリンタ７の位置はユーザ１０により追跡されることができる。

別の態様として、無線タグ６_１は、ネットワーク５における無線ノード４であるかのように振舞い、ネットワーク５が確立(establish)されるとき、前述されたような態様でそれ自身の位置を確認することもできる。プリンタ７が移動されることにより位置に変化が生じるときはいつでも、無線タグ６_１は、位置更新を行うことができる。

無線タグ６_１は、近接するノード４_１０、４_１１、４_１２、４_１３、４_１４、４_１５、４_１６、４_１７、４_１８の３つ程度のみからのメッセージを受信し、又はその３つ程度のみを用いることによりその位置を決定することができることを理解されたい。

[キーホルダ１１の位置確認]
前述されたように、第２の無線タグ６_２(図１)はキーホルダ１１に付けられる。

図１を参照すると、ユーザ１０が鍵を見つけたいと願えば、無線タグ６_３を自身で持つコンピュータ９又はPDA１２を介して無線タグ６_２の位置を確認するよう、ネットワーク５に指示を出すことができる。無線タグ６_３は、無線ノード４と、コンピュータ９又はPDA１２に対するデータインタフェース(図示省略)とを有する。無線タグ６_３は、必ずしもコンピュータ９又はPDA１２の位置を決定するためのタグとして動作しないが、ネットワーク５と通信する便利な手段として動作することを理解されたい。

図１３及び図１４を参照すれば、無線タグ６_３は、キーホルダ１１に付けられる無線タグ６_２の識別子、例えば、ID = Zのようなものを特定する、問い合わせメッセージ２８を送信し(ステップＳ１３)、リプライ２９(図１８)の到着を待つことを始める(listen)(ステップＳ１４)。無線タグ６_３は、リプライ２９(図１６)を受信したかどうかをチェックし(ステップＳ１５)、「タイムアウト」したか、つまり所定の時間が経過したかをチェックする(ステップＳ１６)。リプライ２９(図１８)を受信すれば、位置を算出し、この情報をコンピュータ９又はPDA１２に送信する(ステップＳ１７)。

図１５を参照すれば、各無線ノード４は、問い合わせメッセージ２８(図１４)の到着を待つ(ステップＳ１８)。このような問い合わせメッセージ２８を受信する場合(ステップＳ１９)、無線ノード４は、問い合わせメッセージ２８を再送信し(ステップＳ２０)、リプライ２９(図１８)の到着を待ち始める(ステップＳ２１)。無線ノード２２は、リプライ２９(図１８)を受信したかをチェックし(ステップＳ２２)、「タイムアウト」したか、つまり所定の時間が経過したかをチェックする(ステップＳ２３)。

無線タグ６_２は、周期的に「起動し」、問い合わせメッセージ２８(図１４)の到着を待つ。無線タグ６_２は、問い合わせメッセージ２８を受信し、IDを調査することによりその問い合わせメッセージ２８が自身に関連することを記録する。

図１６及び図１７を参照すれば、無線タグ６_２は、第１のエントリ３０_１を有するリプライ２９_１を送信する。各エントリは、ノードを識別するフィールド３１と、以前に受信した信号の到着時間(TOA)を与えるフィールド３２と、現在送信した信号の出発時間(TOD)を与えるフィールド３３とを有する。この場合、第１の識別フィールド３１_１は、値「Ｚ」を有し、第１のTOAフィールド３２_１は、ブランクのままにされるか又はダミー値で満たされ、第１のTODフィールド３３_１は、値ｔ_Ｚを有する。

無線タグ６_２は、その時々において問い合わせメッセージ２８のコピーを、異なるノードから及び／又は異なる経路を介して受信することができる。リプライの増殖を防ぐために、無線タグ６_２は、問い合わせメッセージ２８の２番目及びそれ以降のコピーを無視することができる。

リプライ２９_１は、近接するノード４_１９、４_２０、４_２１、４_２２、４_２３、４_２４、４_２５、４_２６、４_２７に送信される。

図１５を再度参照しつつ、図１８もまた参照すれば、無線ノード４がリプライ２９_１を受信する場合、識別子３１_Ｐ、TOA３２_２及びTOD３３_２を含む別のエントリ３０_Ｐを追加することにより、新しいリプライ２９を準備(ステップＳ２４)し、無線タグ６_３(図１)に届くまでその新しいリプライ２９を近接するノード４に送信する(ステップＳ２５)。

無線タグ６_３(図１)は、複数のリプライを、種々の近接するノード４_１９、４_２０、４_２１、４_２２、４_２３、４_２４、４_２５、４_２６、４_２７を介して受信し、三辺測量を用いて無線タグ６_２の位置を決定することができる。

無線タグ６_３は、近接するノード４_１９、４_２０、４_２１、４_２２、４_２３、４_２４、４_２５、４_２６、４_２７の３つ程度のみを介して受信するリプライを用いて、無線タグ６_２の位置を決定することができることを理解されたい。

本発明の実施形態は、複数の利点を持つ。タイルはメンテナンスのために移動されることができる。一旦交換されると、再測定の必要がない。タイルは、階段又は斜面において使用されることができる。カーペット又はタイルは、家に配置されることもできる。更なるタイルが追加される場合、それらは簡単に検出されることができ、ネットワークに組み込まれることができる。フィンガープリンティング(fingerprinting)、つまり信号強度が建物のあちこちで測定され、記録されることは必要とされない。位置決めネットワークに関して何ら技術的な知識を持たず、特別のトレーニングを受けていないカーペットフィッター(carpet fitter)でも、カーペット又はタイルを配置することができる。

[規則的な構成における無線ノード４の位置確認]
前述された、位置情報がネットワーク５を流れ、かつノード４の空間配置が決定されることができるプロセスは、大量のデータの転送を含む場合がある。しかしながら、ノード４の空間配置に関する仮定がなされる場合、より単純なプロセスが採用されることができる。特に、タイル３が四角形又は六角形で、規則的なパターンで配置され、かつ、無線ノード４がこれらの事実を知らされる場合、無線ノード４は自分の周囲に関する情報をより素早く集めることができる。

図２及び図１９を参照すれば、無線ノード４は、２つのモードで動作することができる。即ち、イニシエータモード又はスレーブモードである。

イニシエータモードにおいて、無線ノード４、例えば、第５の無線ノード４_５は、範囲内に含まれる任意のノード４により受信されるメッセージ３４を送信する(ステップＳ２６)。メッセージ３４は、TODの値が省略されてもよいことを除いて、図６に示されるメッセージ２１_１と同様のものである。にもかかわらず、無線ノード４_５は、TODの記録をする。無線ノード４_５は、それからリプライ３５_１、３５_２、３５_９を待つ。無線ノード４_５は、周期的に、ランダムに、又はリクエストに応じて、メッセージの送信を開始することができる。

スレーブモードにおいて、無線ノード４、例えば、無線ノード４_１、４_２、４_３、４_４、４_６、４_７、４_８、４_９はそれぞれ、１つ又は複数のマスターノード４_５からのメッセージ３４を待ち、TOAを記録し(ステップＳ２７)、リプライ３５_１、３５_２、３５_９を送信する(ステップＳ２８)。リプライ３５_１、３５_２、３５_９は、イニシエータからのTODの値が省略されることを除いて、図８に示されるものと同様である。言い換えると、リプライ３５_１、３５_２、３５_９は、無線ノード４_５の識別子と、リプライを送信する無線ノード４_１の識別子とを含み、無線ノード４_１からのTODもまた特定される。

無線ノード４_５は、リプライ３５_１、３５_２、３５_９を受信し、そのTOAを記録し(ステップＳ２９)、クロックドリフトを訂正し、「聞く(hear)」ことのできるノードのリストを、範囲値と共に、好ましくは、距離としてメモリ１６(図４)に格納する(ステップＳ３０)。

各無線ノード４は、交代でイニシエータモードで動作する。こうして、ステップＳ２６、Ｓ２９及びＳ３０が、無線ノード４_１、４_２、４_３、４_４、４_６、４_７、４_８、４_９により行われることができる。逆に、各無線ノード４は、スレーブモードで動作することができる。無線ノード４は、周期的に、ランダムに、又は予め手配されるタイムテーブルに基づき「スリープ状態になる(go to sleep)」ことも「起動する(wake up)」こともできること、及びイニシエータモード又はスレーブモードになれる(enter into)ことを理解されたい。

図２及び図２０を参照すれば、無線ノード４は、２つの別のモードで動作することもできる。即ち、レポート送信機モード(report sender mode)及びレポート受信機モード(report receiving mode)である。

レポート送信機モードにおいて、無線ノード４、例えば、無線ノード４_５は、周期的に、ランダムに、又はリクエストに応じて、その無線ノード又は別のノードが「聞く」ことのできる近接するノードのリスト３６と、それぞれの範囲と、もし分かればそのノード又は他のノードの知られている位置とを送信する(ステップＳ３１)。レポート受信機モードにおいて、無線ノード４は、別のノードが「聞く」ことができる近接するノードのリストを、もし所与であればそれぞれの範囲と共に、そしてもし既知であれば知られた位置と共に受信し、格納する(ステップＳ３２)。これらのリスト及び配置に関する追加的な情報を用いて、各無線ノードは、自身の及び他のノードの位置を決定することができる。

図２を再度参照して、第５の無線ノード４_５は、第１、第２、第３、第４、第６、第７、第８及び第９の無線ノード４_１、４_２、４_３、４_４、４_６、４_７、４_８、４_９を聞くことができる。もし、第５の無線ノード４_５は、第１の無線ノード４_１が第３のノード４_３を聞くことができないこと、及び第３のノード４_３が、第１の無線ノード４_１を聞くことができないことを知っている場合、第１及び第３の無線ノード４_１、４_３が互いに隣にないと推定することができる。もし、第５の無線ノード４_５は、第２の無線ノード４_２が第１及び第３のノード４_１、４_３を聞くことができることを知っている場合、第２のノード４_２が第１及び第３の無線ノード４_１、４_３の間にあると推定することができる。もし、第５の無線ノード４_５は、パターンが四角形に基づいていることも知っている場合、第１及び第３の無線ノードが四角の角に位置していることを仮定することができ、可能なx、y座標を割り当てることができる。リストを介して続けることで、第５の無線ノード４_５は、その近接者がどこに位置しているかを決定することができる。

もし、位置が分かっている無線ノード４が、「種蒔きされた(seeded)」状態にあるならば、近接するノード４は、位置の分かっている１つ又は複数の無線ノード４に対する自分自身の位置を確認することができ、それにより、自分自身の位置を知ることができる。このプロセスは、そうしてネットワークを介して広まることができる。こうして、もし第１、第２及び第４の無線ノード４_１、４_２、４_４がそれぞれ位置(570、30)、(570、90)、及び(510、30)(センチメートルによる表現)にあることが分かっている場合、第５の無線ノード４_５は、これらの無線ノード４_１、４_２、４_４から信号を受信すること及び四角形のパターンが使用されていることが分かっていることのおかげで、その位置が(510、90)であると決定することができる。位置が分かっている無線ノード４を用いることは、別の方法(otherwise)で明らかな範囲(apparent range)を増大することができる内部処理によりもたらされる遅延を考慮して範囲測定が測定されることができるという利点も持つ。

位置を表す他の表現、例えば、第１及び第２のノード４_１、４_２それぞれに対して、(1、1)、(1、2)といった形式の配列でタイル位置を規定するものが使用されてもよい。

[規則的な構成の無線ノード４を用いるプリンタ７の位置確認]
ネットワーク５のあちこちにある無線ノード４は、第１のプロセス又は以下に説明される第２の、より単純なプロセスのいずれかを用いて、その位置を見つけることができる。どちらの場合においても、もし無線ノード４が、その位置を知る場合、その分かった位置を含むリスト３６を送信することができる(ステップＳ３１)。こうして、図１０に示されるプロセスを用いて、もしそれぞれ近くにあるノード４_１０、４_１１、４_１２、４_１３、４_１４、４_１５、４_１６、４_１７、４_１８がその分かっている位置を含むメッセージを送信する場合、無線タグ６_１は、その位置を決定することができる。

[代替の電源]
図２１を参照すれば、電力を生成する手段３７、好ましくは圧電性結晶の形式のものと共に、タイル３’が与えられる。人がタイル３’の上に踏み出すと、圧電性結晶３７は変形され、それに対して電圧が生じる。電圧は、バッテリ１７を再チャージするのに使用されることができる。

図２２を参照すれば、電力を受信する手段３８、好ましくは閉回路(loop)又はコイルの形式のものと共に、タイル３”が与えられる。閉回路又はコイル(どちらも図示省略)は、例えば、下地材(underlay)のような、すそ板(skirting board)又は追加的なレイヤで与えられる。電流は、その閉回路又はコイルを通過される。電流は、タイル３”の閉回路又はコイル３８で誘導される。これは、バッテリ１７を再チャージするのに使用されることができる。

本発明の開示を読めば、他の変形及び修正が当業者には明らかであろう。斯かる変形及び修正は、携帯ユニットの位置を確認するシステム及びその構成部品のデザイン、製造及び使用において既に知られているのと均等な特徴及び他の特徴を含むことができ、本書に既に述べられた特徴の代わりに又はそれに加えて用いられることができる。

本出願において請求項は特徴の特定の組み合わせに対して記載されているが、本発明の開示の範囲は、いずれかの請求項において現在記載されているのと同一の発明に関するものであるかどうか、及び本発明が解決するのと同一の技術的な課題のいずれか又はすべてを解決するかどうかに関わらず、本書において明示的に又は暗示的にのいずれかの態様で開示されたいずれかの新規な特徴又は特徴のいかなる新規な組み合わせ、又はそのいかなる一般化をも含むことができることを理解されたい。本出願及び該出願から派生するいずれかの追加的な出願の審査の間に、斯かる特徴及び／又は斯かる特徴の組み合わせに対して新たな請求項が記載される場合があることを、出願人は付記しておく。

本発明によるネットワークの実施形態が使用される建物のフロアの平面図である。 図１に示される平面図の部分の拡大図である。 図２に示される平面図の部分を、線Ａ−Ａに沿って切った断面図である。 無線ノードの概略図である。 無線ノードの空間配置を決定する方法のプロセスフロー図である。 第１のメッセージの内容を示す図である。 近接するノードへの図６に示される第１のメッセージの送信を説明する図である。 第２のメッセージの内容を示す図である。 近接するノードへの第２のセットのメッセージの転送を説明する図である。 無線タグによるリクエストの送信と無線ノードからのリプライの受信とに関するプロセス図である。 図１に示される平面図の部分の拡大図であり、多数の無線ノードに対してプリンタに関連付けられる無線タグの位置が確認される図である。 図１１に示される平面図の部分を、線Ｂ−Ｂに沿って切った断面図である。 開始無線ノード(initiating wireless node)により行われるタグの位置を確認する方法のプロセスフロー図である。 開始無線ノードにより送信されるリクエストを説明する図である。 無線ノードにより行われるタグの位置を確認する方法のプロセスフロー図である。 図１に示される平面図の部分の拡大図であり、多数の無線ノードに対してキーホルダに関連付けられる無線タグの位置が確認される図である。 無線タグにより送信されるリプライを説明する図である。 無線ノードにより送信されるリプライを説明する図である。 無線ノードによるリクエストの送信と近接する無線ノードからのリプライの受信とに関するプロセス図である。 無線ノードによるリストの送信に関するプロセス図である。 無線ノードとその無線ノードに対する電力を生成する圧電性結晶とを含むタイルの断面図である。 無線ノードと電力を受信するループとを含むタイルの断面図である。

Claims (21)

1. 無線タグの位置を確認するためのシステムであって、
   建物に設置される１つ又は複数のレイヤユニットであって、前記レイヤユニットが、１つ又は複数の独立した無線ノードを含む、１つ又は複数のレイヤユニットと、
   前記無線ノードにより形成される位置確認ネットワークとを有し、
   前記無線ノードの空間配置が、前記無線ノード間での前記位置確認ネットワークを介したメッセージの交換により自律的に決定され、
   前記空間配置と前記無線タグへ／からのフィードバックとに基づき、前記無線タグの位置が確認される、システム。
2. 前記無線タグへのフィードバックが、前記無線タグがブロードキャストする信号に対する該ブロードキャストした無線タグを囲う前記無線ノードのレスポンスである、請求項１に記載のシステム。
3. 前記無線タグからのフィードバックが、前記無線タグへの問い合わせメッセージに対する前記無線タグのレスポンスである、請求項１に記載のシステム。
4. 前記無線タグへの問い合わせメッセージが、他の無線タグから発せられ、前記無線ノードを介して伝搬される、請求項３に記載のシステム。
5. 前記レイヤユニットが、フロアカバーである、請求項１に記載のシステム。
6. 前記レイヤユニットが、カーペット下地材である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記レイヤユニットが、床のタイルである、請求項１に記載のシステム。
8. 前記レイヤユニットが、天井のタイルである、請求項１に記載のシステム。
9. 前記空間配置が、規則的なパターンである、請求項１に記載のシステム。
10. 前記無線ノードが、無線信号を受信する手段と無線信号を送信する手段とを有する、請求項１に記載のシステム。
11. 前記無線ノードが、近接する無線ノードとの距離を決定する手段を有する、請求項１に記載のシステム。
12. 前記距離を決定する手段が、受信信号の到着時間を決定する手段を有する、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記距離を決定する手段が、前記受信信号の信号強度の値を決定する手段を有する、請求項１１又は１２に記載のシステム。
14. 前記無線ノードに対する電力を生成する手段を更に有する、請求項１に記載のシステム。
15. 前記電力を生成する手段が、圧電性結晶を有する、請求項１４に記載のシステム。
16. 外部ソースから前記無線ノードに対する電力を受信する手段を更に有する、請求項１に記載のシステム。
17. 前記電力を受信する手段が、誘導手段を有する、請求項１６に記載のシステム。
18. 建物に設置される１つ又は複数のレイヤユニットであって、各レイヤユニットが、１つ又は複数の独立した無線ノードを含む、１つ又は複数のレイヤユニットと、前記無線ノードにより形成される位置確認ネットワークとを有するシステムにおける、無線タグの位置を確認するための方法において、
    前記無線ノードの空間配置を、前記無線ノード間での前記位置確認ネットワークを介したメッセージの交換により自律的に決定するステップと、
    前記空間配置と前記無線タグへ／からのフィードバックとに基づき、前記無線タグの位置を確認するステップとを有する、方法。
19. 前記無線ノードの空間配置を決定するステップが、
    第１のノードから、該第１のノードを識別する少なくとも１つのメッセージを送信し、
    第２のノードにおける前記第１のメッセージの到着時間を記録し、
    前記第２のノードから、少なくとも１つのメッセージを送信することを有し、
    該第２のノードからの少なくとも１つのメッセージは、前記第１及び第２のノードと、前記第１のノードからの少なくとも１つのメッセージの前記到着時間と、前記第２のノードからの少なくとも１つのメッセージの発信時間とを識別する、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１のノードからの少なくとも１つのメッセージが、前記空間配置における前記第１のノードの位置を特定する情報を含む、請求項１９に記載の方法。
21. データ処理装置で実行されるとき、該データ処理装置が請求項１８に記載の方法を行うことをもたらす指示を有するコンピュータプログラム。

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