JP4959729B2 - 自動作動のための決定木の使用 - Google Patents

Description

本発明は、正確な空間位置へのノードの自動的割り当てに関し、特に、無線制御された照明アレイ内の正確な空間位置へのノードの自動割り当てに関する。

典型的な無線照明アレイは、多数の電気駆動の照明器具を有し、それらの照明器具は通常、均一なレベルの背景光を提供するよう、通常規則的な構造で配置される。照明器具の間に一様な間隔が存在するよう、アレイ内の照明器具はしばしば、網目又は格子構造で配置される。網目又は格子構造は、例えば、屋根形天井の構造により決定されることができる。

斯かる照明アレイにおける個別の照明器具はそれぞれ、無線通信ネットワークを介して他の照明器具と通信することができるよう適合される。そのネットワークは、関連付けされた通信ノードのアレイにより形成される。そのネットワークにおける各通信ノードは、照明アレイにおけるその通信ノードに関連付けられた照明器具の位置に配置される。従って、照明アレイの空間構造と通信ネットワークの空間構造とは同一のものである。

その通信ネットワークは、照明アレイが設置後自動的に作動されることを可能にする手段を提供する。しかしながら、ネットワークにおける各ノードは、自身の位置情報を提供することができず、従って、各通信ノードがどの照明器具に関連付けられるかを知らない。各ノードが正確な照明器具に割り当てられることができるよう、アレイが作動される前に、通信ネットワークにおける各ノードの空間位置が確立されなければならない。

通信ノードの位置は、無線通信ネットワークにより与えられる距離データに基づかれる三辺測量処理により見つけられる。無線ネットワークにおける通信ノードのペア間で得られる距離測定の形式でその距離データは提供される。２つのノード間の距離の計算は、受信信号強度(RSSI)又はタイムオブフライトといった技術を用いて行われる距離測定から直接得られる。

RSSIの場合、通信ノードのペア間で交換される無線信号の受信強度が、それらの間の距離を計算するのに使用される。送信信号の強度は、飛行距離に反比例し、かつ信号波長に比例する割合で減少する。こうして、波長を考慮に入れると、受信ノードにおける送信信号の減衰からノードのペア間の距離が計算されることができる。

タイムオブフライト測定の場合、通信ノードのペア間の距離は、無線信号がそれらの間を飛行するのにかかる時間を測定することにより計算される。無線信号は光の速度で飛行することが知られており、従って、ノードペア間の飛行時間の正確な測定は、それらの間の距離の正確な計算を可能にする。

しかしながら、こうしたタイプの距離測定は、誤差の影響を受け、従って、通信ノードに関して得られる位置はしばしば、照明器具が配置される網目又は格子構造における位置と正確にマッチするものではない。そこで、各ノードがどの照明器具に関連付けられるかについていくらか不正確さが残る。

無線照明アレイをきちんと作動させるために、その通信ノードは、照明アレイにおけるその正確な網目又は格子位置、つまり照明器具に割り当てられなければならない。もし通信ノードがその実際の格子位置に対応しない格子位置に割り当てられると、通信ネットワークに関して得られる空間構造は不正確なものとなり、結果的に、その照明アレイは正確に機能しないことになる。

通信ノードの位置に関する斯かる不正確さを解決するため、三辺測量により得られる位置が、照明アレイにおける照明器具の格子位置を規定するテンプレートと比較されることができる。この方法により、通信ノードは、その得られた位置に最も近い照明器具に「スナップ」される(パチっと留められる)ことができる。そして、その新しい位置が、以降の通信ノードの三辺測量における基準点として使用されることができる。こうして、三辺測量処理により得られる位置における誤差が累積されることがない。

しかしながら、上述の方法を用いる場合、個別の通信ノードが、誤った位置、即ち実際の位置に対応しない位置にスナップされることになるというリスクがある。この場合、以降の通信ノードの位置を確立するのにその位置を使用する結果、大きな誤差の累積を生じさせる。斯かる誤差はかなり大きくなる場合があり、このことが、照明アレイ全体のトポロジーが確立されることを妨げる。

本発明の目的は、既知のシステム及び方法を改善することにある。

本発明の第１の側面によれば、空間配置が得られた無線ノードを、位置が知られたアレイにおける位置へ割り当てる方法が提供される。その方法は、第１のノードを第１の位置に割り当てる仮説を表す決定木を構築するステップと、追加的なノードをそれぞれ複数の上記位置に割り当てる仮説を表すよう上記決定木を拡張するステップと、上記仮説のそれぞれに確率を割り当てるステップと、上記仮説の確率に基づき上記ノードのそれぞれに対して上記位置の一つを選択し、上記ノードのそれぞれを上記選択された位置に割り当てるステップとを有する。

本発明の第２の側面によれば、空間配置が得られた無線ノードをグループに割り当てる方法が提供される。その方法は、第１のノードを第１のグループに割り当てる仮説を表す決定木を構築するステップと、追加的なノードをそれぞれ複数の上記グループに割り当てる仮説を表すよう上記決定木を拡張するステップと、上記仮説のそれぞれに確率を割り当てるステップと、上記仮説の確率に基づき上記ノードのそれぞれに対して上記グループの一つを選択し、上記ノードのそれぞれを上記選択されたグループに割り当てるステップとを有する。

上記第１のノードの割り当てに対する仮説は、上記決定木の根(root)によりもたらされ、追加的なノードのそれぞれの割り当てに対する仮説は、根から生じる決定木のブランチによりもたらされる。

上記第１のノードの割り当てに対する仮説は、上記第２のノードの割り当てに対する仮説の親として機能し、その結果、第２のノードの割り当てに対する各仮説の確率は、上記第１のノードに関する仮説の確率と上記第２のノードを候補位置(alternative position)へ割り当てることを表す兄弟仮説に対する第２のノードに関する仮説の確率との積として計算される。

上記第２のノードの割り当てに対する仮説は、第３のノードの割り当てに対する仮説の親として機能し、その結果、第３のノードに対する各仮説の確率は、その親の仮説の確率と上記第３のノードを候補位置へ割り当てることを表す兄弟仮説に対する仮説の確率との積として計算される。

所定の閾値未満の確率を持つ仮説を含む決定木のブランチ、又は所定の割り当て規則に合致しない決定木のブランチは、決定木から枝刈される。

本発明の実施形態が、対応する図面を参照し、例示を介して以下説明されることになる。

図１を参照すると、無線照明アレイ１の一部が、格子１０上に配置される電気駆動照明器具２〜９を有する。格子１０の交差部は、任意のx-y座標目盛りを規定する。しかしながら、本発明の別の実施形態では、照明器具２〜９は、x-y-z空間に配置されることもできる。照明器具は、通信ノード１２〜１９を有する無線通信ネットワーク１１を介して互いに通信するよう構成される。各通信ノード１２〜１９は、例えば、ZigBeeのような無線モジュールを有し、電気駆動照明器具２〜９の１つに関連付けられる。

図２を参照すると、各照明器具位置に存在するハードウェアは、電力供給ユニット２０、無線通信ノード１２〜１９、及び照明器具２〜９を有する。電力供給ユニット２０は、通信ノード１２〜１９と照明器具２〜９とに電力を供給するよう構成される。電力供給ユニット２０は、幹線主電源に接続されることができ、幹線主電源を操作する変圧器といった電気要素を有することができる。

照明アレイ１を作動させる第１段階は、通信ネットワーク１１を確立することである。これは、電源オンの際にすべての通信ノード１２〜１９で開始されるネットワーク発見処理により実現される。ネットワーク１１におけるすべての通信ノード１２〜１９は、制御チャネルに合わせ、「広告」メッセージをブロードキャストする。広告メッセージは、ノードタイプと、他のすべてのノードが自身を識別するリクエストとを含む。ランダムな時間が経過した後、他のノードはそれぞれ、その識別性及び機能性を含むメッセージをリプライする。しかしながら、ノード１２〜１９は、その位置情報を供給することはできない。従って、この段階では、ネットワーク１１の空間構造は未知である。

図３を参照すると、ネットワーク１１におけるノード１２〜１９の位置は、配置アルゴリズム２１を用いて確立されることができる。配置アルゴリズム２１は、無線通信ネットワーク１１により与えられる距離データを用いて、各ノード１２〜１９の相対位置を計算するよう構成される。距離データは、無線ネットワーク１１における通信ノード１２〜１９のペア間で得られる距離測定の形式で提供される。２つのノード間の距離の計算は、前述されたように、受信信号強度表示(RSSI)又はタイムオブフライトといった技術を用いて行われる距離測定から直接得られる。

ゲートウェイインタフェース２３を介して無線ネットワーク１１と通信する例えばラップトップコンピュータ２２又はPDAにより実現されることができるよう、配置アルゴリズム２１は構成される。

ゲートウェイインタフェース２３は、コンピュータ２２で実行されるスタンドアロンプログラムを有し、そのプログラムは、データをリクエストし、通信ノード１２〜１９の１つにより与えられるゲートウェイを介して通信ネットワーク１１からデータを収集する。収集されたデータは、各ノード１２〜１９の機能性と、ノード１２〜１９の各ペア間の距離測定とを含む。ゲートウェイインタフェース２３は、ネットワーク１１を継続的に監視し、もしネットワーク１１に新たなノードが追加されるか、あるノードがネットワークから見えなくなると、そうした事態を検出するよう構成される。

図４を参照すると、コンピュータ２２のハードウェアは、配置アルゴリズム２１を実行し、コンピュータ２２の動作を管理及び制御する中央演算ユニット(CPU)２４を含む。CPU２４は、バス２５を介して多数のデバイスに接続される。そのデバイスは、例えばハードディスクドライブ２６である格納デバイスと、ROM２７及びRAM２８を含むメモリデバイスとを含む。コンピュータハードウェアは更に、通信ネットワーク１１へのインタフェースとなる手段を提供するネットワークカード２９と、ユーザがコンピュータ２２の動作を監視することを可能にするディスプレイ３０とを含む。

コンピュータ２２は、シリアル又はイーサネット（登録商標）ケーブルを介してゲートウェイと通信するよう構成される。しかしながら、本発明の別の実施形態では、コンピュータ２２は、無線でゲートウェイと通信することができる。

本発明の更なる実施形態では、無線通信ネットワーク１１に一体化されるコンピュータハードウェアにより実現されることができるよう、配置アルゴリズム２１が構成される。斯かるハードウェアは、例えば、通信ノード１２〜１９の一部として含まれることができる。

再度図３を参照すると、照明アレイ１を作動させる際に、コンピュータ２２は、距離データをリクエストし、通信ノード１２〜１９の１つにより与えられる距離データを無線通信ネットワーク１１からゲートウェイを介して受信する。そして、コンピュータ２２は、配置アルゴリズム２１を実現するのに距離データを用いる。

図５〜図７は、図１に示される、ネットワーク１１における最初の４つのノード１２〜１５の位置を得るために、配置アルゴリズム２１が距離測定を用いる方法を示す。図５を参照すると、距離データの収集に続いて、配置アルゴリズム２１は、ネットワーク１１における最初のノード１２を選択し、照明アレイ１において座標(-2, 2)にある第１の照明器具２の位置にそのノードを形式的に割り当てる。

その後、配置アルゴリズム２１は、第１のノード１２の周りに円３１を構築する。その円の半径は、第１のノード１２と第２のノード１３との間の距離測定により規定される。すると配置アルゴリズム２１は、その円３１を用いて、座標(-2, 0)にある第２のノード１３に最も近い照明器具３にその第２のノードを割り当てる。

図６を参照すると、配置アルゴリズム２１は、第２のノード１３の位置の周りに第２の円３２を構築するよう構成される。第２の円３２の半径は、第２のノード１３と第３のノード１４との間の距離測定により規定される。配置アルゴリズム２１は、第１のノード１２と第３のノード１４との間の距離を規定するため、第１のノード１２の周りに更なる円３１ｂを構築する。

円３１ｂ、３２は、２点で交差し、第３のノード１４に対する２つの可能な配置位置を提供する。配置アルゴリズム２１は、周囲の照明器具の位置からの距離に基づき、各位置の尤度を評価する。すると、第３のノード１４に対する最高の位置を選択することができ、それは図６及び図８における位置に対応する。

その後、配置アルゴリズム２１は、第３のノード１４について得られた位置を用いて、第３のノード１４を、座標(0, 0)にある、その第３のノードに最も近い照明器具５に割り当てる。

一旦ネットワークにおけるすべてのノードの位置取得が完了すると、正確な方向を確かめるため、結果として生じるトポロジーが、鏡像化又は回転されることができる。

その後、配置アルゴリズム２１は、３つの最終的な距離測定を行うことにより、第４のノード１５の位置決めをすることができる。その３つの距離測定は、第１のノード１２と第４のノード１５との間、第２のノード１３と第４のノード１５との間、及び第３のノード１４と第４のノード１５との間でなされる。図７を参照すると、ノード間の距離は、円３３、３４、３５の半径によりそれぞれ規定され、第４のノード１５は、その交差部に配置される。

しかしながら、ノード１２〜１９間の距離を計算するために使用されるこうしたタイプの距離測定は、温度及びノードのバッテリレベルといった要素により影響される可能性がある。更に、部品の違い、アンテナ性能における変動、及びマルチパス効果が原因でもたらされる誤差が存在する場合もある。通信ノード１２〜１９のペア間の距離を計算するとき、斯かる誤差が伝播され、従って、得られるノード位置においてあるレベルの不確かさをもたらす。

図８は、図５〜７を参照して説明された構造取得に対応する、この種の不確かさの例を示す。ネットワーク１１における最初の２つのノード１２、１３は、格子１０における既知の位置(-2, 2)及び(-2, 0)に割り当てられ、これは、照明器具２、３の位置に対応する。これらのノード１２、１３は、座標(-0.2, 0.9)にある第３のノード１４の位置を得るための基準点として使用される。

図９を参照すると、配置アルゴリズム２１は、第３のノード１４を座標(0, 0)にある最も近い照明器具５に割り当てる。その後、その位置は、第４のノード１５の位置の三辺測量で使用される。第４のノードは、座標(-1.3, -0.9)で得られ、これは図７に示される処理に対応する。

しかしながら、第４のノード１５についての得られた位置の最も近くで利用可能な照明器具は、座標(0, 2)に位置する照明器具４となってしまう。この場合、ノード１５と照明器具４との間の距離が非常に大きいため、第３のノードがその得られた位置に最も近い照明器具５に割り当てられるにも関わらず、全体の割り当て組み合わせが正確である確率は非常に低い。

また、図１０を参照すると、第３のノード１４がその２番目に近い照明器具４に割り当てられると、第４の照明器具１５の位置が、座標(-0.2, 0.1)にあることが得られる。この割り当ての組み合わせを用いると、第４のノード１５とその最も近くで利用可能な座標(0, 0)にある照明器具５との間の距離が非常に小さく、従って、全体の割り当て組み合わせが正確である確率が非常に高い。この例は、通信ノード１２〜１９をその最も近くで利用可能な照明器具２〜９に直ちに割り当てることに関して潜在する問題を示す。

本発明によれば、割り当てアルゴリズム３６が与えられ、図３に示されるように、複数の割り当て決定を同時に効率的に考慮することにより、最も近くで利用可能だからといって直ちにノードを割り当ててしまうことに関する上記問題を克服する。こうして、そのアルゴリズム３６は、ノードネットワーク１１に対する全体の最高の割り当てソリューションを決定することができる。

複数の割り当てを同時に考慮するために、そのアルゴリズム３６は、決定木におけるノード１２〜１９の割り当てを表す。決定木の各ブランチは、特定のノード１２〜１９の特定の照明器具２〜９への割り当てに対する仮説を表し、各仮説には確率が割り当てられる。

決定木は、根(root)の構築で開始する。それは、ネットワーク１１における第１のノード１２の割り当てに対する仮説を含む。すると、その決定木は、ネットワーク１１における第２のノード１３の割り当てに対する仮説を含むブランチを構築する。こうしたブランチは、根から生じ、それらの仮説は、第１のノード１２の割り当てに対する仮説の子供として、及び互いに兄弟として表される。その後、第１のノード１２の割り当てに対するその仮説は、第２のノード１３の割り当てを表す仮説の親として参照されることができる。

図１１は、ネットワーク１１における最初の４つの通信ノード１２〜１５に対する割り当て仮説を示すことにより斯かる決定木の始まりを示す。

各子仮説の確率は、その親の確率を組み込む。従って、例として、親の仮説が0.6の確率を持ち、自分の兄弟に対するある子の仮説の確率が0.4である場合、その子仮説は、0.6 * 0.4 = 0.24の確率を持つ。この例が、図１２に示される。図１２は、図１１において示される最初の３つのノードの割り当てに対応する。一旦その親の確率で積算されると、各仮説の生成に対する確率、即ち、すべての兄弟及びいとこ仮説に対する確率の和は1になる。

可能な割り当ての組み合わせ的爆発によって、斯かる決定木が指数的に拡張しないよう、割り当てアルゴリズム３６は、最も可能性の低い仮説を含むブランチを定期的に枝刈する。更に、割り当てについての特定の組み合わせが相互に排他的であることが発見される場合がある。その場合、アルゴリズム３６は、関連する仮説がブロックされることをもたらす。

図１３は、枝刈処理に続く図１１の確率木を示す。枝刈処理において、0.1未満の確率を持つ仮説を含むすべてのブランチが枝刈されて除かれる。子がすべて削除されたような親仮説を含むブランチも枝刈され、残った仮説の確率が正規化される。

枝刈処理は、第２のノード１３を第２の照明器具３に割り当てるための堅い決定(firm decision)を生じさせる。この方法で、決定木の拡張及び枝刈を続けることにより、アルゴリズム３６は、ネットワーク１１におけるすべてのノード１２〜１９に対する割り当て決定を解決することができる。

再度図３を参照すると、配置アルゴリズム２１と同様、割り当てアルゴリズム３６が、前述されたようなラップトップコンピュータ２２又はPDAにより実現されることができるよう構成される。

コンピュータ２２は、前述された手段により、ゲートウェイインタフェースを介してネットワーク１１と通信する。本発明の別の実施形態では、配置アルゴリズム２１同様、アルゴリズム３６は、無線通信ネットワーク１１に一体化されるコンピュータハードウェアにより実現されることができるよう構成される。

コンピュータ２２は、ノード１２〜１９を照明器具２〜９に割り当てるための配置アルゴリズム２１及び割り当てアルゴリズム３６を実現するため、ネットワーク１１により与えられる距離データを用いる。通信ノード１２〜１９は、割り当て構成を格納することができるよう、格納手段を具備する。従って、ノード１２〜１９は、照明アレイ１がスイッチオンされる度に、格納された構成を実現することができる。

図１４を参照すると、ステップＳ１４．１で、割り当てアルゴリズム３６は、図１１に示されるように、第１の仮説を含む根を作成する。それは、第１のノード１２を第１の照明器具２に割り当てることを示す。図３及び図１４を参照すると、ステップＳ１４．２で、アルゴリズム３６は、第２のノード１３の位置を得るため、配置アルゴリズム２１と通信する。これは、図５に示される処理により実行される。それにより、配置アルゴリズム２１は、第１のノード１２の周りに円３１を構築する。

図１４のステップＳ１４．３及び図１１を参照すると、割り当てアルゴリズム３６は、第２のノード１３の割り当てに対する仮説を作成するため円３１を用いる。アルゴリズム３６は、格子１０上の各もっともらしい割り当て位置に対する仮説を含む決定木におけるブランチを構築する。

この例では、照明器具３、４の位置に対応する、２つの割り当て仮説が存在する。第２のノード１３の場合、アルゴリズム３６により各仮説に割り当てられる確率は、円３１の外周とその仮説が表す照明器具３、４との間の距離に直接比例する。

図６及び図７に関して議論されたような、配置アルゴリズム２１がより正確なノード位置を返すことができるようにするための追加的なノードの場合、各仮説に割り当てられる確率は、ノードについて得られた位置と仮説が表す照明器具２〜９との間の距離に直接比例する。例えば、特定のノード１２〜１９に対する２つの割り当て可能位置が存在する場合、それぞれの確率は、以下の式

により計算されることができる。

ここで、Pr(H_n)は、仮説nの確率であり、D_nは、ノードに関して得られる位置から仮説nにより表される位置までの距離であり、D_totalは、すべての仮説に対する距離の和である。

また、各仮説に割り当てられる確率は、兄弟仮説により表される位置への距離とは関係なく計算されることができる。例えば、

で表される。

ここで、Pr(H_parent)は、仮説nの親の確率である。

この代替的な手法を用いると、D_nが非常に小さい場合(D_n << 1)、Pr(H_n)は、非常に大きくなる場合があり、確率のバランスを不当に支配する。従って、Pr(H_n)を計算する前に、小さな値のD_nを削除する必要がある。小さな値のD_nを削除することは、ゼロ例外による除算を防ぐことにもなる。一旦特定の生成のすべての仮説に対する確率、即ちすべての兄弟及びいとこ仮説に対する確率が計算されると、それらの確率は正規化されることができる。すると、前述されたように、その確率に親仮説の確率が乗算されることができる。

アルゴリズム３６は、仮説の確率を考慮するとき、追加的な要素を考慮に入れることもできる。斯かる要素は、例えば、基になる距離データからの品質インジケータを含むことができる。

図１４のステップＳ１４．４を参照すると、割り当て仮説の構築に続き、その割り当てアルゴリズム３６は、いずれかの仮説が所定の閾値未満の確率を持つかどうかを評価する。この評価は、前述されたように、その仮説に親の確率を乗算する前後のいずれかで行われることができる。その閾値未満の確率を持つ仮説を含むブランチは、決定木から除かれる。本発明のこの実施形態において、閾値確率は0.1である。しかしながら、別の実施形態では、1未満の任意の値とすることができる。

本発明の更なる実施形態では、その閾値は、パーセンテージとして計算されることができる。例えば、その確率が、もっとも起こりそうな兄弟又はいとこ仮説の確率の1%未満である場合、その仮説は削除されることができる。

0.1未満の確率を持つすべての仮説の削除に際し、割り当てアルゴリズム３６は、ステップＳ１４．５に進む。この段階では、アルゴリズム３６は、もはや有効な子を持たない親仮説を含むブランチを枝刈する。最初の４つのノード１２〜１５に対する枝刈処理の結果が図１３に示される。

その後ステップＳ１４．６において、図１３に関して説明されたように、上述の枝刈処理が結果として何らかの堅いノード割り当て決定を生じさせたかどうかを確かめるため、アルゴリズム３６は、修正後の決定木をチェックする。

その答がいいえ(No)ならば、アルゴリズム３６は、ステップＳ１４．７ａに進み、決定木を拡張する。アルゴリズム３６は、第２のノード１３に対する残りの割り当て可能位置を戻すよう配置アルゴリズム２１に通信するよう構成され、その結果、配置アルゴリズム２１は、その後、第３のノード１４に関する位置を得る。

過去のノードの割り当て位置に依存するノード位置の取得により、第３のノード１４について得られた位置は、図８〜図１０に示される木の各ブランチとは異なることになる。

また、もしその答がはい(yes)ならば、アルゴリズム３６は、ステップＳ１４．７ｂに進み、関連ノードを関連照明器具に割り当てる。その後、ステップＳ１４．８に進み、そのアルゴリズムは、ネットワーク１１におけるすべての通信ノード１２〜１９が、照明アレイ１における照明器具２〜９に割り当てられたかどうかを確かめる。

未割り当てのノードがあれば、アルゴリズム３６は、ステップＳ１４．７ａに進み、前述されたように決定木を拡張する。しかしながら、すべてのノードが割り当てられていれば、アルゴリズム３６は、ステップＳ１４．９へ進み、ノード１２〜１９の割り当てが完了される。

こうして、アルゴリズム３６は、ネットワーク１１の正確な空間構造を確立することができ、照明アレイ１の自動作動を成功へと導くことができる。配置アルゴリズム２１が図示され、分離したコンピュータプログラムとして説明されるが、本発明の別の実施形態では、配置アルゴリズム２１の機能が、割り当てアルゴリズム３６の一部として一体化されることができる点を理解されるであろう。

無線ノード３８〜４３が、格子４４上に配置される。格子４４の交差部は、任意のx-y座標目盛りを規定する。しかしながら、本発明の別の実施形態では、無線ノード３８〜４３が、x-y-z空間に配置されることができる。通信ネットワーク３７におけるノード３８〜４３の位置は、すでに正確に確認されている。従って、ネットワーク構造における不確かさは存在しない。ノード３８〜４３の正確な位置は、前述した割り当て処理により与えられることができるか、手動で入力されることができるか、又は何らかの既知の他の方法により与えられることができる。

ノード３８〜４３のネットワークは、各ノードが３ボタンスイッチ４５で通信することができるよう構成される。３ボタンスイッチは、ボタン４６〜４８を有する。本発明のこの実施形態では、スイッチ４５とネットワーク３７との間の通信は、シリアル又はイーサネット（登録商標）ケーブルを介して行われる。しかしながら、本発明の別の実施形態では、情報が無線で送信される。

無線ネットワーク３７は、照明アレイにおける照明器具のセット間の通信のための手段を提供するよう構成される。各ノードは、特定の照明器具に割り当てられ、照明器具の動作を制御する手段を提供する。また、別の実施形態では、ネットワーク３７は、異なるタイプのシステムにおける通信のための手段を提供するよう構成されることができる。

ノードネットワーク３７を作動させるため、ノード３８〜４３は、３つのグループ４９〜５１に分けられる。各グループ４９〜５１は、３ボタンスイッチ４５の特定のボタン４６〜４８により制御される。照明システムが正確に機能するために、ノード３８〜４３が、理に適った空間グループに分けられることが重要である。その結果、照明アレイの特定の領域における照明器具が、同じスイッチ又はセンサによりすべて制御されることができ、こうして、同じ態様で動作することができる。

図１７及び図１４のステップＳ１４．１を参照すると、割り当てアルゴリズム３６は、第１のノード３８を第１のグループ４９へ割り当てる仮説を含む根を作成する。この割り当ては、図１８に示される。アルゴリズム３６は、その後、ステップＳ１４．３に示されるように、第２のノード３９の割り当てに対する子仮説を含むブランチを作成する。

子仮説は、第２のノード３９を、図１９に示される第１のグループ４９か、又は図２０に示される第２のグループ５０のいずれかに割り当てる。その兄弟又はいとこに対する各仮説の確率の計算は、結果として生じる各グループの関連メリットに基づきなされる。

本発明の１つの実施形態によれば、アルゴリズム３６は、ノードを一緒に接続する線を描くことにより、各グループのノードを一緒に結合する。この実施形態では、各グループに対する仮説に割り当てられる確率が、グループの統計量に基づき計算される。こうした統計量は、例えば、メンバーノード間の距離における標準偏差又は分散、線の長さ及びメンバーノードの数を含むことができる。

本発明の別の実施形態では、メリットの評価は、メンバーノードの相対的な近接性に基づきなされる。アルゴリズム３６の第１の適用で議論されたように、各子仮説の確率は、その親仮説の確率を追加的に継承する。

すると、アルゴリズム３６は、ステップＳ１４．４へ進み、そこでは、それらの仮説が所定の閾値未満の確率を持つ場合、その決定木のブランチが枝刈される。同様に、ステップＳ１４．５を参照すると、有効な子を持たない親仮説を含むブランチも木から除かれる。

その後アルゴリズム３６は、ステップＳ１４．６において、枝刈処理が結果として何らかの堅い割り当て決定を生じさせたかどうかをチェックする。その答がはい(Yes)である場合、関連ノード３８〜４３は、関連グループ４９〜５１に割り当てられ、そのアルゴリズム３６は、すべてのノードがグループに割り当てられたかをチェックするステップに進む。また、堅い割り当て決定が何もない場合、アルゴリズム３６は、ステップＳ１４．７ａで決定木を拡張し、ステップＳ１４．３に戻る。

再度図１７を参照し、その後割り当てアルゴリズム３６は、ネットワーク３７における第３のノード４０の割り当てを検討する。第３のノード４０の割り当てを表す子仮説は、ノード４０を、第１のグループ４９、第２のグループ５０、又は第３のグループ５１のいずれかに関連付けることができる。

本発明のこの実施形態において、ノード３８〜４３が理に適った空間グループを形成するため、ノードが隣接グループにのみ割り当てられることができるよう、割り当て規則が命ずる。従って、第２のノード３９が第２のグループ５０に割り当てられると、第３のノード４０は、第２のグループ５０又は第３のグループ５１にのみ加入することができる。第３のノードは、第１のグループ４９には加入することができない。なぜなら、第２のノード３９が、邪魔をしているからである。この割り当て規則に適合しない仮説を含むブランチは、ステップＳ１４．４及びＳ１４．５の枝刈処理において決定木から枝刈される。

図２１は、枝刈処理に続く図１７の仮説木を示す。第１のノード３８を第１のグループ４９へ、第２のノード３９を第２のグループ５０へ、第３のノード４０を第１のグループ４９へという組み合わせに対する仮説を含むブランチは、割り当て規則に違反し、木から除かれる。

最後の３つのノード４１〜４３が、図２０の決定木を拡張することにより割り当てられることができる。ネットワーク３７における６つのノード３８〜４３すべてに対する割り当てのための決定木の例が、図２２に示される。この例では、決定木の明確な様子を示すために、その仮説が前述されたような割り当て規則に違反する場合にのみブランチが枝刈されている。

図２３は、割り当てが完了した状態の例を示す。図２３では、所定の閾値未満の確率を持つ仮説を含むブランチの枝刈もされている。すべてのノード３８〜４３は、グループ４９〜５１に割り当てられている。対応する決定木が、図２４に示され、そこでは、最終的な割り当て仮説を含むブランチ以外のすべてのブランチが除かれている。

こうして、アルゴリズム３６は、ネットワーク３７をグループ４９〜５１に分ける前に、ノード３８〜４３のすべての可能な空間グループ分けのメリットを評価することができる。アルゴリズム３６は、前述されたアプリケーションを用いて実現されることができる。しかしながら、ネットワーク３７の構造は既に確立されているので、その構造は、初期化の際に、アルゴリズム３６に通信されることもできる。従って、アルゴリズム３６は、前述されたアプリケーション同様、継続的に配置アルゴリズムと通信する必要はない。

第１の実施形態に関して説明されたすべての特徴は、この第２の実施形態にも適合されることができることは明らかである。

本願において、請求項は特徴に関する特定の組み合わせに関して形成されるが、本発明の開示の範囲は、いずれかの請求項に現在記載されるのと同じ発明に関するかどうか、及び本発明と同じ技術的課題のいずれか又はすべてを軽減するかどうかに関係なく、明示的又は黙示的に本書に開示されるいずれかの新規な特徴又は新規な特徴の任意の組み合わせ又はそれらの一般化をも含むものと理解されたい。本願出願人は、これによって、本願の権利化又は本願から派生する任意の追加的出願の権利化の間、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形成されることができるものであることを通告する。

無線通信ネットワークのノードと照明アレイの一部における照明器具とを示す図である。 各照明位置に存在するハードウェアであって、電力供給ユニット、無線通信ノード及び照明器具を有するハードウェアのブロック図である。 本発明による配置アルゴリズムと割り当てアルゴリズムとの実現を示す図である。 本発明による割り当てアルゴリズムを実現するよう構成されたコンピュータアーキテクチャを示すブロック図である。 配置アルゴリズムが無線通信ネットワークの構造を得るために用いる方法を示す第１の図である。 配置アルゴリズムが無線通信ネットワークの構造を得るために用いる方法を示す第２の図である。 配置アルゴリズムが無線通信ネットワークの構造を得るために用いる方法を示す第３の図である。 無線通信ネットワークに関して得られる構造の一部を示す第１の図である。 無線通信ネットワークに関して得られる構造の一部を示す第２の図である。 無線通信ネットワークに関して得られる構造の一部を示す第３の図である。 無線通信ネットワークにおける最初の４つの通信ノードを照明アレイにおける照明器具の位置に割り当てることを表す決定木を示す図である。 仮説の確率がどのように計算されるかを示す、図１１の決定木の一部を示す図である。 枝刈処理の後の、図１１の決定木を示す図である。 本発明による割り当てアルゴリズムの処理に関するステップを示すフロー図である。 無線照明アレイにおける照明器具の位置に通信ノードを完全に割り当てた状態を示す図である。 第２の無線通信ネットワークの空間構造とそのネットワークに制御入力を与える３ボタンスイッチとを示す図である。 最初の３つの無線通信ノードを制御グループに割り当てることを表す決定木を示す図である。 第１の無線通信ノードを第１の制御グループに割り当てることを示す図である。 第１及び第２の無線通信ノードを第１の制御グループに割り当てることを示す図である。 第１の無線通信ノードを第１の制御グループに割り当て、第２の無線通信ノードを第２の制御グループに割り当てることを示す図である。 枝刈処理の後に、最初の３つの無線通信ノードを割り当てることを表す決定木を示す図である。 無線ネットワークにおけるすべてのノードを制御グループに割り当てることを表す決定木を示す図である。 無線ネットワークにおけるすべてのノードを制御グループに割り当てることを表す決定木を示す図である。 無線ノードを制御グループに完全に割り当てた状態を示す図である。 枝刈処理の後の、図２１の決定木を示す図である。

Claims (19)

1. 空間配置が得られた無線ノードを、位置が知られたアレイにおける位置へ割り当てる方法において、
   第１のノードを第１の位置に割り当てる仮説を表す決定木を構築するステップと、
   追加的なノードをそれぞれ複数の前記位置に割り当てる仮説を表すよう前記決定木を拡張するステップと、
   前記各仮説に確率を割り当てるステップと、
   前記仮説の確率に基づき前記各ノードに対して前記位置の一つを選択し、前記各ノードを該選択された位置に割り当てるステップとを有する、方法。
2. 前記第１のノードの割り当てに対する仮説を前記決定木の根によって表すステップと、追加的なノードのそれぞれの割り当てに対する仮説を前記根から生じるブランチによって表すステップとを含み、前記追加的なノードのそれぞれの割り当てに対する仮説が、前のノードの割り当てを表す親仮説の子として表される、請求項１に記載の方法。
3. 特定の追加的なノードに対する各仮説の確率を親仮説の確率に比例するものとして計算するステップを含む、請求項２に記載の方法。
4. 特定の追加的なノードに対する各仮説の確率を、親仮説の確率と前記特定のノードを候補位置へ割り当てることを表す兄弟仮説に対する確率との積として計算するステップを含む、請求項２又は３に記載の方法。
5. 特定のノードに対する各仮説の確率を、前記配置が得られた前記特定のノードの位置と前記仮説により表される位置との間の距離に比例するものとして計算するステップを含む、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 特定のノードに対する各仮説の確率を、前記配置が得られた前記特定のノードの位置と前記兄弟仮説により表される位置との間の距離に比例するものとして計算するステップを含む、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 特定のノードに対する各仮説の確率を、前記配置が得られた前記特定のノードの位置と前記仮説により表される位置との間の距離に反比例するものとして計算するステップを含む、請求項２又は３に記載の方法。
8. 有効な子仮説が存在しない親仮説を前記決定木から削除するステップを含む、請求項２乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 所定の閾値未満の確率を持つ仮説を前記決定木から削除するステップを含む、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
10. 割り当て仮説を１つだけ持つノードを該仮説により表される位置に割り当てるステップを含む、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
11. 前記位置が知られたアレイが、格子構造における位置のアレイに対応する、請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
12. 空間配置が得られた無線ノードをグループに割り当てる方法において、
    第１のノードを第１のグループに割り当てる仮説を表す決定木を構築するステップと、
    追加的なノードをそれぞれ複数の前記グループに割り当てる仮説を表すよう前記決定木を拡張するステップと、
    前記各仮説に確率を割り当てるステップと、
    前記仮説の確率に基づき前記各ノードに対して前記グループの一つを選択し、前記各ノードを該選択されたグループに割り当てるステップとを有する、方法。
13. 前記無線ノードが、無線通信ネットワークにおける電動通信ノードである、請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記無線通信ネットワークが、無線照明アレイの動作を制御するよう構成される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記無線ノードのペア間の距離から前記配置を確立するステップを含み、前記距離が、受信信号強度から計算される、請求項１乃至１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記無線ノードのペア間の距離から前記配置を確立するステップを含み、前記距離が、タイムオブフライト測定から計算される、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
17. 空間配置が得られた無線ノードを、位置が知られたアレイにおける位置へ割り当てる装置であって、
    第１のノードを第１の位置に割り当てる仮説を表す決定木を構築し、
    追加的なノードをそれぞれ複数の前記位置に割り当てる仮説を表すよう前記決定木を拡張し、
    前記各仮説に確率を割り当て、
    前記仮説の確率に基づき前記各ノードに対して前記位置の一つを選択し、前記各ノードを該選択された位置に割り当てるよう動作可能な手段を有する、装置。
18. 空間配置が得られた無線ノードをグループに割り当てる装置であって、
    第１のノードを第１のグループに割り当てる仮説を表す決定木を構築し、
    追加的なノードをそれぞれ複数の前記グループに割り当てる仮説を表すよう前記決定木を拡張し、
    前記各仮説に確率を割り当て、
    前記仮説の確率に基づき前記各ノードに対して前記グループの一つを選択し、前記各ノードを該選択されたグループに割り当てるよう動作可能な手段を有する、装置。
19. プロセッサにより実現されるとき、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の方法を実行するよう構成されるコンピュータプログラム。

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