JP5225245B2 - マルチオブジェクト測位システムおよび電力制御ベースの多重アクセス制御方法 - Google Patents
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Description
Autonomous Ultrasound Positioning System and Method Using the POD)」に説明されている。この先の出願は、それらの全体が参照の目的でここに組み込まれる。
1.隠れ端末(Hidden Node:HN)問題
2.さらし端末(Exposed Node:EN)問題
Tracking System(RFベースの利用者測位と追尾システムの構築)、P.Bahl.etc.、Proc.IEEE INFOCOM、2000」(非特許文献1)においては、RADARシステムが提案されている。RADARシステムは、802.11WLANと同じMACプロトコルを使用する、802.11の無線ネットワークにおいて受信した信号強度に基づいた測位システムである。さらに、「オブジェクトの位置決定のためのシステムおよび方法」というタイトルの国際公開 No.WO 03/087871 A1(特許文献1)の「Sonitor」システムは、部屋単位の位置精度を達成するための超音波のみの屋内測位システムを提供する。Sonitorのタグ装置は、リスニングエリアにある受信器に、20kHzから40kHzの超音波信号を送信する。特に、Sonitorシステムは、タグ装置に超音波チャネルを割り当てるために、超音波信号について搬送波検知多重アクセス方式技術を利用する。USチャネルが空いていれば、タグ装置は受信機に一意の信号を伝える。次に、受信機が信号を読み取り、到着時刻を検出し、次いで、中央のサーバにそれらの検出を転送する。
Computing and Networking, Boston, Massachusetts, USA, August 2000)」に開示されている。上述した文献は、それらの全体が参照の目的で本明細書に組み込まれる。「クリケット」システムは、ビルディング内に設置された、互いに独立し、接続されてない複数の送信器を備える。各送信器はRF信号とUS信号の両方を送信することができる。図3は、クリケットシステムの概略構成を示すブロック図である。図3のシステムにおいては、送信機310と受信機320を示している。「クリケット」システムは、各送信機の伝送時間が、時間間隔[T1、T2]msの範囲内の一様分布で任意に選択されるランダム化に基づくMACプロトコル(randomization based MAC protocol)を利用する。図3に示すように、送信機310は、ランダム遅延手段311を用いることにより、異なるビーコン信号の伝送時間をセットする。したがって、異なるビーコンの送信は統計的に独立している。ランダム遅延後、送信機210のトラフィック検知手段312は、Dus時間の間RFキャリアを検知する。Dusは超音波が消滅すると予想される時間間隔である。このようにする目的は、RF+USの新たな送信と他の送信機からの現在のRF信号およびUS信号の間の衝突を防ぐことにある。Dusの間、送信判定手段313は、チャネルが空いているかどうかを判定する。Dusの間チャネルが空いていれば、送信判定手段313は、新たなRF+US信号を送信することを信号送信手段314に指示する。そうでなければ、チャネルが空になるまで、送信機はランダム遅延時間の間待ち続ける。図3は、また、測位装置側としての受信機320を示す。受信機320は、送信機からRF+US信号を受信する信号受信手段322と、検出結果に基づいてオブジェクトの位置を計算する位置計算手段323を含む。
1)位置測定のためのRF+USを発行することをCRPを送信するタグ装置に命じること(言いかえれば、チャネルはこのタグ装置に割り当てられる)。
2)割り当てられたタグ装置によるRF+US送信の期間中、PODがBUSY状態であることを他の全てのタグ装置に通知すること。
CAPに基づいて、チャネルが割り当てられたタグ装置とチャネルを割り当てられないタグ装置の両方が、個々の測位装置リストにおけるPODの情報を更新することができる。リストにおいて、POD情報は、PODID、PODまでの距離、POD状態などを含む。PODまでの距離は、例えば、RF信号の無線信号強度(RSS:Radio Signal Strength)によって測定される。また、PODIDおよびPOD状態はCAPメッセージの内容から認識される。次に、チャネルを割り当てられないタグ装置は、送信電力を下げて、他の近隣のPODからのチャネル割当てのためにCRPを送信し続ける。送信電力を低下させる目的は次の2つである。
1)より近いPODと見つけ出すために通信距離を短縮すること。
2)現在稼動中のRF+USの送信との衝突を回避すること。
PODとタグ装置間の数回のCRP−CAP交換によって、各タグ装置は近隣のPODを全て見つけ出し、間断なくオンラインで更新された測位装置リストを構築することができる。各CRP送信に対して、測位装置リストが空でない場合、タグ装置は、適切に送信電力を選択して位置測定要求のために最も近いPODにCRPを発行する。
すなわち、距離=DRSSは以下の式で計算することができる。
1.CRP送信
(1)タグ装置の測位装置リストが空であれば(ステップ802aで「YES」)、デフォルトの初期の送信電力P0がCRP送信のために選択される(ステップ803a)。それは、PT = P0とし、送信(ブロードキャスト)されたCRPを選択することを意味する。ここで、P0はデフォルトの送信電力である。
(2)測位装置リストが空でなければ(ステップ802aで「NO」)、ステップ804aで、リストにおいて最も近い測位装置POD RiがIDLE状態かどうかを判定する。最も近いPOD RiがIDLE状態ならば、タグ装置は、ステップ805aで、送信電力を調節し、最も近くかつIDLE状態のPOD Riに対してCRPを送信する。CRPの送信電力は、RF信号の伝播関数から導き出したタグ装置から最も近いPODへの距離に基づいて決定することができる。
(3)測位装置リストが空でなく(ステップ802aで「NO」)かつリストの最も近いPODがBUSY状態であれば(ステップ804aで「NO」)、送信電力調整手段515は、できるだけ近いPODの発見のためにより小さな送信電力を設定してCRPを送信する(ステップ806a)。例えば、リスト内の各PODの距離D1, D2…, Dnに従って、タグ装置は、より小さい通信距離d<min(D1、…、Dn)を決定し、PT=P(d)でCRPを送信する。ここで、P(d)は距離dをカバーする最小の電力である。このようにして、タグ装置は、未知でかつできるだけ近いPODを見つけ出すことができる。
2.CAP処理
a)PODが測位装置リストにおいて新規であれば、新たなエントリが、key=PODIDとしてリストに追加される。タグ装置からPODへの距離(Distance)がRSSIによって計測される。PODの状態がBUSY状態にセットされ、また、PODのNAVが50ミリ秒にセットされる。
b)PODが既に測位装置リストに存在すれば、その情報が更新される。距離(Distance)は最新の計測結果に戻される。状態はBUSY状態にセットされ、NAVは50ミリ秒にセットされる。
a)PODが測位装置リストにおいて新規であれば、新たなエントリが、key=PODIDとしてリストに追加される。タグ装置からPODへの距離がRSSIによって計測される。PODの状態がBUSY状態にセットされ、また、PODのNAVが50ミリ秒にセットされる。
b)PODが既に測位装置リストに存在すれば、その情報が更新されるだけである。距離(Distance)は最新の計測結果に戻される。状態はBUSY状態にセットされ、NAVは50ミリ秒にセットされる。
1.CRPメッセージ処理
2.RF+USデータ処理
1.さらし端末(EN)問題の解決
R1, R2がENノード条件を満たし、また、T1がR1と送信すると仮定する。CSMAなどのような先行技術においては、T2がT1の稼動中のトラフィックを検知するので、T2はR2と直接通信することができない。しかしながら、実際に、T1からR1およびT2からR2の2つの送信リンクが、衝突することなく同時に発生するかもしれない。このように、EN問題は、無線チャネルの無駄な消費を引き起こす。
1)R1のCAPがT2によって受信されなければ、T2は測位装置リストに従ってCRPの送信電力を選択し、チャネルを要求するためにCRPを送信する。CRPがR2によって受信されると、R2は、T2にチャネルを割り当てるためにCAPを応答する。それにより、T1→R1およびT2→R1のリンクを同時に確立することができる。
2)R1のCAPがT2によって受信されれば、T2はR1のBusy状態を認識している。EN条件によれば、|T2-R2|<|T2-R1|であるに違いない。本発明のMAC方法の電力順応によれば、T2は、チャネルを要求するCRPを送信するための送信電力を下げる。CRPがR2によって受信されると、R2は、T2にチャネルを割り当てるためにCAPを応答する。これにより、T1→R1およびT2→R1のリンクが同時に確立される。
2.暫定的な隠れ端末(HN)問題の解決
311:ランダム遅延手段
312:トラフィック検知手段
313:送信判定手段
314:信号送信手段
320:受信機
322:信号受信手段
323:位置計算手段
500:マルチオブジェクト測位システム
510:タグ装置(送信機)
511:チャネル要求手段
512:送信判定手段
513:測位信号送信手段
514:測位装置リスト更新手段
515:送信電力調整手段
516:測位装置リスト
520:測位装置(POD)
521:状態応答手段
522:測位信号受信手段
523:位置計算手段
Claims (18)
- オブジェクトに取り付けられる複数のタグ装置とオブジェクトの位置決定のための1以上の測位装置を含むマルチオブジェクト測位システムのための電力制御に基づく多重アクセスコントロール方法であって、
各タグ装置が測位装置の状態情報を記録する測位装置リストを記憶する記憶ユニットを含み、
前記タグ装置が、チャネル要求パケット(CRP)を間欠的に送信するステップと、
idle状態でかつ前記CRPを受信した測位装置が、有効範囲内に、前記測位装置によって受信した前記CRPの送り主であるタグ装置にチャネルを割り当て、かつ他のタグ装置に前記測位装置の情報を通知するためのチャネル割当パケット(CAP)を送信するステップと、
前記CAPを受信したタグ装置が、前記CAPの内容に応じて記憶した前記測位装置リストを更新するステップと、
前記タグ装置が測位装置リストを参照してCRPの送信電力を調節するステップと
を含むことを特徴とする電力制御に基づく多重アクセスコントロール方法。 - 前記CRPが、前記タグ装置を識別するためのTagIDを含むことを特徴とする請求項1に記載の電力制御に基づく多重アクセスコントロール方法。
- 前記CAPが、前記タグ装置を識別するためのTagID、前記測位装置を識別するためのPODIDおよび前記測位装置の状態情報を含むことを特徴とする請求項1に記載の電力制御に基づく多重アクセスコントロール方法。
- 前記測位装置リストが、前記測位装置に対応する複数のエントリを含み、
前記エントリが、前記測位装置のPODIDと、前記測位装置と前記タグ装置間の距離と、前記測位装置の状態と、前記測位装置の利用不可の間隔からなることを特徴とする請求項1に記載の電力制御に基づく多重アクセスコントロール方法。 - 前記測位装置リストを更新するステップが、
前記測位装置リストにおいて、前記CAPに含まれる前記PODIDを検索するステップと、
前記測位装置リストに前記PODIDに対応するエントリが見つけられなければ、前記測位装置リストに前記測位装置に関するエントリを追加するステップと、
前記測位装置リストに前記PODIDに対応するエントリが見つかれば、対応するエントリの項目を更新するステップを含むことを特徴とする請求項3に記載の電力制御に基づく多重アクセスコントロール方法。 - 前記CAPの受信の後に、タグ装置が、前記CAPに含まれるTagIDを自身のIDと比較し、一致すれば、前記CAPを送信する前記測位装置に位置信号を送信するステップと、
前記測位装置が、前記位置信号を使用して前記タグ装置を取り付けたオブジェクトの位置を判定するステップを、さらに含むことを特徴とする請求項3に記載の電力制御に基づく多重アクセスコントロール方法。 - 前記位置信号が、US+RF信号であることを特徴とする請求項6に記載の電力制御に基づく多重アクセスコントロール方法。
- 前記測位装置が、前記位置信号の到達時間(TOA)結果に基づいて前記オブジェクトの位置を計算することを特徴とする請求項7に記載の電力制御に基づく多重アクセスコントロール方法。
- 前記CRPの送信電力を調節するステップが、
前記測位装置リストが空の場合、デフォルトの送信電力で前記CRPを送信するステップと、
前記測位装置リストが空でなく、かつリストされた最も近い測位装置がidle状態である場合、最も近い測位装置にCRPを送信するように送信電力を調節するステップと、
前記測位装置リストが空ではないが、リストされた最も近い測位装置がBusy状態である場合、より小さい送信電力でCRPを送信するよう送信電力を下げるステップを含むことを特徴とする請求項4に記載の電力制御に基づく多重アクセスコントロール方法。 - より小さい送信電力で前記CRPを送信した後に、前記タグ装置がより近い測位装置を見つけ出さなければ、前記タグ装置は送信電力をそれ以上下げずに、測位装置リストにリストされた最も近い測位装置がBusy状態からIdle状態に切り替わるのを待ち、次に、最も近い測位装置に前記CRPを送信するように送信電力を調節することを特徴とする請求項9に記載の電力制御に基づく多重アクセスコントロール方法。
- 電力制御に基づく多重アクセスコントロールを実行可能なマルチオブジェクト測位システムであって、
オブジェクトに取り付けられる複数のタグ装置とオブジェクトの位置決定のための1以上の測位装置を含み、
前記タグ装置は、
前記測位装置の状態情報を記録する測位装置リストを記憶する記憶手段と、
チャネル要求パケット(CRP)を間欠的に送信するチャネル要求手段と、
前記測位装置から受信したチャネル割当てパケット(CAP)の内容に基づいて前記測位装置リストを更新する測位装置リスト更新手段と、
前記測位装置リストを参照して前記CRPの送信電力を調節する送信電力調整手段とを備え、
前記測位装置は、
前記タグ装置からの前記CRPを受信し、Idle状態の場合に、有効範囲内に、前記測位装置によって受信した前記CRPの送り主であるタグ装置にチャネルを割り当て、かつ他のタグ装置に前記測位装置の情報を通知するためのチャネル割当パケット(CAP)を送信する状態応答手段を備えることを特徴とするマルチオブジェクト測位システム。 - 前記CRPが、前記タグ装置を識別するためのTagIDを含むことを特徴とする請求項11に記載のマルチオブジェクト測位システム。
- 前記CAPが、前記タグ装置を識別するためのTagID、前記測位装置を識別するためのPODIDおよび前記測位装置の状態情報を含むことを特徴とする請求項11に記載のマルチオブジェクト測位システム。
- 前記測位装置リストが、前記測位装置に対応する複数のエントリを含み、
前記エントリが、前記測位装置のPODIDと、前記測位装置と前記タグ装置間の距離と、前記測位装置の状態と、前記測位装置の利用不可の間隔からなることを特徴とする請求項11に記載のマルチオブジェクト測位システム。 - 前記測位装置リスト更新手段が、
前記測位装置リストにおいて、前記CAPに含まれる前記PODIDを検索する検索ユニットと、
前記測位装置リストに前記PODIDに対応するエントリが見つけられなければ、前記測位装置リストに前記測位装置に関するエントリを追加する追加ユニットと、
前記測位装置リストに前記PODIDに対応するエントリが見つかれば、対応するエントリの項目を更新する更新ユニットを含むことを特徴とする請求項13に記載のマルチオブジェクト測位システム。 - 前記タグ装置が、
前記CAPの受信の後に、タグ装置が、前記CAPに含まれるTagIDを自身のIDと比較し、位置信号を送信するかどうかを判定する送信判定手段と、
前記CAPに含まれるTagIDが自身のIDと一致すれば、前記CAPを送信する前記測位装置に位置信号を送信するステップと、
前記CAPに含まれるTagIDが自身のIDと一致すると前記送信判定手段が判定すると、前記測位装置に位置信号を送信する位置信号送信手段とを備え、
前記測位装置が、
前記タグ装置からの位置信号を受信する測位信号受信手段と、
前記位置信号を使用して前記タグ装置を取り付けたオブジェクトの位置を計算する位置計算手段とを備えることを特徴とする請求項13に記載のマルチオブジェクト測位システム。 - 前記位置信号が、US+RF信号であることを特徴とする請求項16に記載のマルチオブジェクト測位システム。
- 前記測位装置は、前記位置信号の到達時間(TOA)結果、到達時間差(TDOA)結果あるいは到達角(AOA)結果に基づいて前記オブジェクトの位置を計算することを特徴とする請求項17に記載のマルチオブジェクト測位システム。
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