JP7435833B2 - 位置推定システム、位置推定方法、無線装置及び解析装置 - Google Patents
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Description
本開示は、複数の無線装置の位置を推定する技術に関する。
図1は、固定ビーコン10を利用して複数の無線装置11の位置を推定する技術を説明する図である(例えば、非特許文献1を参照。)。固定ビーコンを利用することで、GPS等の電波が届かないような場所であっても無線装置の位置を推定することができる。
"Location Fingerprinting With Bluetooth Low Energy Beacons", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 33, No. 11, pp. 2418-2428 (Nov. 2015)
前述のように固定ビーコンを利用すれば、GPSの電波が届かないところでも無線装置の位置を推定することができるが、固定ビーコンの設置、管理、及び運用のコストが発生する。つまり、固定ビーコンで無線装置の位置を推定する技術には、コスト低減という課題があった。
そこで、本発明は、前記課題を解決するために、固定ビーコンやGPS等の外部装置を用いることなく、複数の無線装置の位置情報を把握することができる位置推定システム、位置推定方法、無線装置及び解析装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る位置推定システムは、複数の無線装置間でビーコン信号を転送し合い、それぞれのビーコン信号の転送経路から無線装置のトポロジを推定することとした。
具体的には、本発明に係る位置推定システムは、複数の無線装置及び解析装置を備える位置推定システムであって、
それぞれの前記無線装置は、
ビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の前記無線装置間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、及び
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
を行い、
前記無線装置のうちの任意の1つは、前記ビーコン信号を収集することを行い、
前記解析装置は、前記無線装置が収集したそれぞれの前記ビーコン信号の前記フラグを解析し、複数の前記無線装置の位置を推定することを行う
ことを特徴とする。
それぞれの前記無線装置は、
ビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の前記無線装置間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、及び
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
を行い、
前記無線装置のうちの任意の1つは、前記ビーコン信号を収集することを行い、
前記解析装置は、前記無線装置が収集したそれぞれの前記ビーコン信号の前記フラグを解析し、複数の前記無線装置の位置を推定することを行う
ことを特徴とする。
また、本発明に係る位置推定方法は、複数の無線装置の位置を推定する位置推定方法であって、
それぞれの前記無線装置からビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の前記無線装置間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
前記無線装置のうちの一つで前記ビーコン信号を収集すること、及び
収集したそれぞれの前記ビーコン信号の前記フラグを解析し、前記無線装置の位置を推定することを特徴とする。
それぞれの前記無線装置からビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の前記無線装置間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
前記無線装置のうちの一つで前記ビーコン信号を収集すること、及び
収集したそれぞれの前記ビーコン信号の前記フラグを解析し、前記無線装置の位置を推定することを特徴とする。
さらに、本発明に係る無線装置は、解析装置によってそれぞれの位置が推定される複数の無線装置であって、
それぞれの前記無線装置は、
ビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の前記無線装置間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、及び
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
を行い、
前記無線装置のうちの任意の1つは、前記ビーコン信号を収集し、前記ビーコン信号の情報を前記解析装置へ通知することを行うことを特徴とする。
それぞれの前記無線装置は、
ビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の前記無線装置間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、及び
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
を行い、
前記無線装置のうちの任意の1つは、前記ビーコン信号を収集し、前記ビーコン信号の情報を前記解析装置へ通知することを行うことを特徴とする。
さらに、本発明に係る解析装置は、複数の無線装置の位置を推定する解析装置であって、
それぞれの前記無線装置は、
ビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の前記無線装置間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、及び
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
を行っており、
前記無線装置のうちの任意の1つは、前記ビーコン信号を収集することを行っており、
前記無線装置が収集したそれぞれの前記ビーコン信号の前記フラグを解析し、複数の前記無線装置の位置を推定することを行うことを特徴とする。
それぞれの前記無線装置は、
ビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の前記無線装置間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、及び
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
を行っており、
前記無線装置のうちの任意の1つは、前記ビーコン信号を収集することを行っており、
前記無線装置が収集したそれぞれの前記ビーコン信号の前記フラグを解析し、複数の前記無線装置の位置を推定することを行うことを特徴とする。
本位置推定システムでは、無線装置自身がビーコン信号を発信し、根(root)の親となる無線装置が収集した近接関係及び電波強度等の関係から、解析装置が無線装置の位置関係(トポロジーおよび、電波強度に基づいた距離関係)を推定する。従って、本発明は、固定ビーコンやGPS等の外部装置を用いることなく、複数の無線装置の位置情報を把握することができる位置推定システム、位置推定方法、無線装置及び解析装置を提供することができる。
ここで、前記解析装置は、前記無線装置で受信した前記ビーコン信号の前記フラグに転送経歴が無い場合、当該ビーコン信号を発信した前記無線装置を「親」とし、前記無線装置で受信した前記ビーコン信号の前記フラグに転送経歴が有る場合、転送された順において2以上で最小番目の前記無線装置を「親」とすることを特徴とする。
例えば、本位置推定システムでは、ビーコン発信にステップ(段階)があり、順に実行されるステップを示す情報(フラグ等)がビーコン信号に含まれる。このようなビーコン信号の情報を集めることで、解析装置は、最初のステップのビーコン信号を受信した無線装置から見たビーコン信号の発信源を「根(root)の親」とする。一方、解析装置は、最初のステップでないビーコン信号を受信した無線装置については、ステップ2以上で最小のステップ数のビーコン信号の発信源まで遡り、それを当該無線装置の「親」とする。
本発明に係る位置推定システムの前記解析装置は、所在が明確な少なくとも1つの前記無線装置の位置情報が入力され、前記位置情報により推定した前記複数の前記無線装置の位置を補正することが好ましい。複数の無線装置のうちの少なくとも1つについて、その位置が既知であるならば、その情報を利用してトポロジの推定精度を高めることができる。
なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
本発明は、固定ビーコンやGPS等の外部装置を用いることなく、複数の無線装置の位置情報を把握することができる位置推定システム、位置推定方法、無線装置及び解析装置を提供することができる。
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
[発明概要]
図2は、本実施形態の位置推定システムの概要を説明する図である。本位置推定システムは、複数の無線装置11及び解析装置12を備える位置推定システムであって、
それぞれの無線装置11は、
ビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の無線装置11間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、及び
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
を行い、
無線装置11のうちの任意の1つ(例えば、アクセスポイントである無線装置11-0)は、前記ビーコン信号を収集することを行い、
解析装置12は、無線装置11-0が収集したそれぞれの前記ビーコン信号の前記フラグを解析し、複数の無線装置11の位置を推定することを行う
ことを特徴とする。
図2は、本実施形態の位置推定システムの概要を説明する図である。本位置推定システムは、複数の無線装置11及び解析装置12を備える位置推定システムであって、
それぞれの無線装置11は、
ビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の無線装置11間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、及び
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
を行い、
無線装置11のうちの任意の1つ(例えば、アクセスポイントである無線装置11-0)は、前記ビーコン信号を収集することを行い、
解析装置12は、無線装置11-0が収集したそれぞれの前記ビーコン信号の前記フラグを解析し、複数の無線装置11の位置を推定することを行う
ことを特徴とする。
各無線装置11はビーコン信号を発信する。アクセスポイントである無線装置11-0もビーコン信号を発信してもよい。なお、無線装置11-0は、例えば、アクセスポイントであり、無線装置11-1、11-2、・・・は、IoT(Internet of Things)端末である。ここで、ビーコン信号の表記を「ビーコン信号(h-i)」とする。“h”は無線装置11の番号、“i”はステップ(ホップ)数を表わす。例えば、i=1は無線装置から発信された転送歴のないビーコン信号、i=3は2つの無線装置で転送された3ステップ(ホップ数2)のビーコン信号である。
図2で説明すれば次のようになる。
無線装置11-1はビーコン信号1-1を発信し、無線装置11-0と無線装置11-2がビーコン信号1-1を受信する。無線装置11-2はビーコン信号1-1を受信を受信したときに、転送履歴を示すフラグ(例えば、ビーコン情報、電波強度、ホップ数、転送経路、及びその他の情報)を更新し、ビーコン信号2-2として転送する。このビーコン信号2-2は無線装置11-0、無線装置11-1、その他周囲にある無線装置11が受信する。なお、無線装置11-0はビーコン信号1-1を受信を受信した場合、転送履歴を示すフラグを更新して転送する必要はない。また、無線装置11-1は、ビーコン信号2-2を受信した場合、そのフラグから自身が発信したビーコン信号であることを認識し、ビーコン信号2-2を廃棄する。
無線装置11-1はビーコン信号1-1を発信し、無線装置11-0と無線装置11-2がビーコン信号1-1を受信する。無線装置11-2はビーコン信号1-1を受信を受信したときに、転送履歴を示すフラグ(例えば、ビーコン情報、電波強度、ホップ数、転送経路、及びその他の情報)を更新し、ビーコン信号2-2として転送する。このビーコン信号2-2は無線装置11-0、無線装置11-1、その他周囲にある無線装置11が受信する。なお、無線装置11-0はビーコン信号1-1を受信を受信した場合、転送履歴を示すフラグを更新して転送する必要はない。また、無線装置11-1は、ビーコン信号2-2を受信した場合、そのフラグから自身が発信したビーコン信号であることを認識し、ビーコン信号2-2を廃棄する。
無線装置11-2についても同様である。
無線装置11-2はビーコン信号2-1を発信し、無線装置11-0と無線装置11-1がビーコン信号2-1を受信する。無線装置11-1はビーコン信号2-1を受信を受信したときに、転送履歴を示すフラグを更新し、ビーコン信号1-2として転送する。このビーコン信号1-2は無線装置11-0、無線装置11-2、その他周囲にある無線装置11が受信する。なお、無線装置11-0はビーコン信号2-1を受信を受信した場合、転送履歴を示すフラグを更新して転送する必要はない。また、無線装置11-2は、ビーコン信号1-2を受信した場合、そのフラグから自身が発信したビーコン信号であることを認識し、ビーコン信号1-2を廃棄する。
無線装置11-2はビーコン信号2-1を発信し、無線装置11-0と無線装置11-1がビーコン信号2-1を受信する。無線装置11-1はビーコン信号2-1を受信を受信したときに、転送履歴を示すフラグを更新し、ビーコン信号1-2として転送する。このビーコン信号1-2は無線装置11-0、無線装置11-2、その他周囲にある無線装置11が受信する。なお、無線装置11-0はビーコン信号2-1を受信を受信した場合、転送履歴を示すフラグを更新して転送する必要はない。また、無線装置11-2は、ビーコン信号1-2を受信した場合、そのフラグから自身が発信したビーコン信号であることを認識し、ビーコン信号1-2を廃棄する。
このようなビーコン信号のフラグ情報更新や転送は、例えば、低レイヤ通信プロトコルの拡張領域を用いてやりとりすることができる。
なお、無線装置11-0が受信したビーコン信号を転送しないこと、及び自身が発信したビーコン信号が他で転送されたものを受信した無線装置11がそれを廃棄することは、ビーコン信号がブロードキャストストリームのように情報量を増大させないことに効果がある。
なお、無線装置11-0が受信したビーコン信号を転送しないこと、及び自身が発信したビーコン信号が他で転送されたものを受信した無線装置11がそれを廃棄することは、ビーコン信号がブロードキャストストリームのように情報量を増大させないことに効果がある。
無線装置11-0は、受信したビーコン信号からフラグの情報を解析装置12へ通知する。解析装置12は、収集したフラグの情報に基づいて無線装置11間のトポロジを推定する。ここで、解析装置12は、所在が明確な少なくとも1つの無線装置11の位置情報が入力された場合、前記位置情報により推定した複数の無線装置11の位置を補正することができる。
所在が明確な位置情報とは、次のような例である。
(例1)アクセスポイントである無線装置11-0の場所情報を無線装置11-0のデータベース34に登録しておき、フラグの情報を解析装置12へ通知するときに自身の場所情報も解析装置12へ通知する。
(例2)任意の移動無線端末からある無線装置11の傍で位置情報(どこの部屋か、等)を申告し、その無線装置11がビーコン信号にその位置情報を添付して発信ないし転送(無線装置11-0であれば解析装置12へ通知)する。
(例3)近傍に位置が正しいと確証のある固定ビーコンがあれば、そのビーコン信号を利用する。
所在が明確な位置情報とは、次のような例である。
(例1)アクセスポイントである無線装置11-0の場所情報を無線装置11-0のデータベース34に登録しておき、フラグの情報を解析装置12へ通知するときに自身の場所情報も解析装置12へ通知する。
(例2)任意の移動無線端末からある無線装置11の傍で位置情報(どこの部屋か、等)を申告し、その無線装置11がビーコン信号にその位置情報を添付して発信ないし転送(無線装置11-0であれば解析装置12へ通知)する。
(例3)近傍に位置が正しいと確証のある固定ビーコンがあれば、そのビーコン信号を利用する。
[実施形態1]
図3は、本位置推定方法を説明する図である。本位置推定方法は、複数の無線装置11の位置を推定する位置推定方法であって、
それぞれの無線装置11からビーコン信号を発信すること(ステップS11、S21)、
前記ビーコン信号が届く範囲の無線装置11間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること(ステップS12、S22)、
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること(ステップS14、S24)、
無線装置11のうちの一つ(例えば、アクセスポイントである無線装置11-0)で前記ビーコン信号を収集すること(ステップS15、S25)、及び
収集したそれぞれの前記ビーコン信号の前記フラグを解析し、無線装置11の位置を推定すること(ステップS31)を特徴とする。
図3は、本位置推定方法を説明する図である。本位置推定方法は、複数の無線装置11の位置を推定する位置推定方法であって、
それぞれの無線装置11からビーコン信号を発信すること(ステップS11、S21)、
前記ビーコン信号が届く範囲の無線装置11間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること(ステップS12、S22)、
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること(ステップS14、S24)、
無線装置11のうちの一つ(例えば、アクセスポイントである無線装置11-0)で前記ビーコン信号を収集すること(ステップS15、S25)、及び
収集したそれぞれの前記ビーコン信号の前記フラグを解析し、無線装置11の位置を推定すること(ステップS31)を特徴とする。
ステップS11では、無線装置11-1がビーコン信号1-1を発信する。このビーコン信号1-1は周囲の無線装置11-2や無線装置11-0が受信する。なお、ビーコン信号1-1が届かずに受信できない無線装置も存在するが、そのようなケースについては後述する。
ステップS12では、無線装置11-2が受信したビーコン信号1-1の情報を処理し、ビーコン信号2-2として準備する。例えば、無線装置11-2は、ビーコン信号1-1が持つ転送経歴を示すフラグを更新(例えば、ホップ数をカウントアップ)し、ビーコン信号2-2とする。
そして、ステップS13で、無線装置11-2はビーコン信号2-2を発信する。このビーコン信号2-2は周囲の無線装置11-1や無線装置11-0が受信する。
そして、ステップS13で、無線装置11-2はビーコン信号2-2を発信する。このビーコン信号2-2は周囲の無線装置11-1や無線装置11-0が受信する。
図4は、無線装置(11-1、11-2、・・・)を説明するブロック図である。無線装置(11-1、11-2、・・・)は、無線送信部41、無線受信部42、及び処理部43を有する。無線送信部41はビーコン信号を発信する。無線受信部42はビーコン信号を受信する。処理部43は受信したビーコン信号の情報を処理し、発信するビーコン信号を準備する。
ステップS14では、無線装置11-1が受信したビーコン信号2-2を確認する。ここで、無線装置11-1は、ビーコン2-2信号が自身の発出したビーコン信号1-1が隣接端末から返信されたものであることを把握した場合、ビーコン2-2信号を破棄する。これは、ブロードキャストストリームのように転送されるビーコン信号がループしてしまうことを防止する為である。
ステップS15では、無線装置11-0が受信したビーコン信号1-1とビーコン信号2-2を確認する。無線装置11-0は、ビーコン信号1-1の情報とビーコン信号2-2の情報とを比較し、ビーコン信号1-1と同一の信号(ビーコン信号2-2)が無線装置11-2を経由して2ホップ目で到達したことを把握する。
ステップS16で、無線装置11-0は、各ビーコン信号の情報(例えば、ビーコン情報、電波強度、ホップ数、経由してきたノード)を解析装置12へ通知する。解析装置12は、これを情報(1)として記録する。
ステップS16で、無線装置11-0は、各ビーコン信号の情報(例えば、ビーコン情報、電波強度、ホップ数、経由してきたノード)を解析装置12へ通知する。解析装置12は、これを情報(1)として記録する。
図5は、無線装置11-0を説明するブロック図である。無線装置11-0は、無線送信部51、無線受信部52、処理部53、データベース54、及び管理通信部55を有する。無線送信部51はビーコン信号を発信する。無線受信部52は各無線装置(11-1、11-2、・・・)からのビーコン信号を受信する。処理部53は受信したビーコン信号を比較し、各ビーコン信号の情報を把握する。管理通信部55は各ビーコン信号の情報を解析装置12へ通知する。データベース54については後述する。
ステップS21からステップS26では、無線装置11-2が発信したビーコン信号2-1についてステップS11からステップS16と同様の作業を行う。
ステップS31では、解析装置12が、通知されたそれぞれのビーコン信号の情報(1)と(2)を解析し、無線装置11の相対的な位置関係を推定する。図6は、解析装置12を説明するブロック図である。解析装置12は、処理部63及び管理通信部65を有する。管理通信部65は、無線装置11-0から各ビーコン信号の情報を受信する。処理部63は、各ビーコン信号の情報を解析し、無線装置11の相対的な位置関係を推定する。
本実施形態の位置推定システムは、各装置が図3のように連携して動作することで、図7のように、制度は高くないが、ある程度の精度で無線装置間の位置関係を固定ビーコン設置なしに推定可能である。
[実施形態2]
図8から図12を用いて、本実施形態の位置推定システムの詳細な動作を説明する。本例は、アクセスポイントである無線装置11-0がファーストステップのビーコン信号0-1を発信する場合を説明している(無線装置11-0をビーコン信号の発信源である「親」とする。)。図8のように無線装置11-0はビーコン信号0-1を発信する。ビーコン信号0-1は、ファーストステップである旨のフラグ(例えば、ホップ数0)が含まれる。ビーコン信号0-1は無線装置11-1と無線装置11-2に届くものとする。
図8から図12を用いて、本実施形態の位置推定システムの詳細な動作を説明する。本例は、アクセスポイントである無線装置11-0がファーストステップのビーコン信号0-1を発信する場合を説明している(無線装置11-0をビーコン信号の発信源である「親」とする。)。図8のように無線装置11-0はビーコン信号0-1を発信する。ビーコン信号0-1は、ファーストステップである旨のフラグ(例えば、ホップ数0)が含まれる。ビーコン信号0-1は無線装置11-1と無線装置11-2に届くものとする。
図9のように、ビーコン信号0-1を受信した無線装置11-1と無線装置11-2は、それぞれ無線装置11-0へ応答信号1-0と応答信号2-0を発信してもよい。無線装置11-0は、これらの応答信号が返ってきたことを解析装置12へ通知する。解析装置12は、無線装置11-0の近隣(ビーコン信号が届く範囲内)に無線装置11-1と無線装置11-2が存在することを認知する。ここで、ビーコン信号の電波強度の情報も応答信号に含めれば、無線装置11-0から無線装置11-1までの距離、及び無線装置11-0から無線装置11-2までの距離も認知できる。
図10のように、ビーコン信号0-1を受信した無線装置11-1と無線装置11-2は、ビーコン信号1-2とビーコン信号2-2を発信する。ビーコン信号1-2とビーコン信号2-2は、セカンドステップである旨のフラグ(例えば、ホップ数1)が含まれる。ビーコン信号1-2とビーコン信号2-2には、発信元の無線装置の情報が含まれていてもよい。ビーコン信号1-2は、無線装置11-0と無線装置11-2に受信される。ビーコン信号2-2は、無線装置11-0と無線装置11-1に受信される。無線装置11-0は、ビーコン信号1-2とビーコン信号2-2の受信により、近隣に無線装置11-1と無線装置11-2が存在することを認知する。また、無線装置11-0は、ビーコン信号1-2とビーコン信号2-2の信号強度の情報から無線装置11-0と無線装置11-1との距離、及び無線装置11-0と無線装置11-2との距離を認知できる。無線装置11-0は、これらの情報を解析装置12へ通知する。
また、無線装置11-1は無線装置11-2からのビーコン信号2-2を受信し、無線装置11-2は無線装置11-1からのビーコン信号1-2を受信する。
また、無線装置11-1は無線装置11-2からのビーコン信号2-2を受信し、無線装置11-2は無線装置11-1からのビーコン信号1-2を受信する。
図11は、セカンドステップのビーコン信号を受信した各無線装置の動作を説明する図である。無線装置11-0は、ビーコン信号2-2を受信すると応答信号0-02を発信し、ビーコン信号1-2を受信すると応答信号0-01を発信する。無線装置11-1は、ビーコン信号2-2を受信すると応答信号1-02を発信する。無線装置11-2は、ビーコン信号1-2を受信すると応答信号2-01を発信する。これらの応答信号により、無線装置11-1は近隣に無線装置11-0と無線装置11-2が存在することを認知し、無線装置11-2は近隣に無線装置11-0と無線装置11-1が存在することを認知する。なお、図9の時点で無線装置11-0は近隣に無線装置11-1と無線装置11-2が存在していることを認知しているため、無線装置11-0は応答信号0-01と応答信号1-02の発信を省略してもよい。
図12は、セカンドステップのビーコン信号に対する応答信号を受信した各無線装置の動作を説明する図である。無線装置11-1は、近隣に無線装置11-0と無線装置11-2が存在することを通知する通知信号1-aを無線装置11-0へ発信する。無線装置11-2は、近隣に無線装置11-0と無線装置11-1が存在することを通知する通知信号2-aを無線装置11-0へ発信する。なお、図9の時点で無線装置11-0は近隣に無線装置11-1と無線装置11-2が存在していることを認知しているため、通知信号には無線装置11-0が存在することを含めなくてもよい。
無線装置11-0は、通知信号1-aを受信したことにより、無線装置11-1の近隣(ビーコン信号が届く範囲内)に無線装置11-2が存在することを認知し、解析装置12にその旨を通知する。また、無線装置11-0は、通知信号2-aを受信したことにより、無線装置11-2の近隣(ビーコン信号が届く範囲内)に無線装置11-1が存在することを認知し、解析装置12にその旨を通知する。ここで、それぞれの通知信号にビーコン信号1-2とビーコン信号2-2の電波強度の情報も含めれば、無線装置11-1から無線装置11-2までの距離も認知できる。
解析装置12は、無線装置11-0からの通知(各無線装置の近隣に存在する無線装置や無線装置間の距離)に基づいて、無線装置11-0、無線装置11-1及び無線装置11-2の位置関係を推定する。
[実施形態3]
図13から図15を用いて、本実施形態の位置推定システムの詳細な動作を説明する。本例の場合、無線装置は5台である。本例も、図8のようにアクセスポイントである無線装置11-0がファーストステップのビーコン信号0-1を発信する場合を説明している。しかし、本例の場合、ビーコン信号0-1が無線装置11-3、11-4、及び11-5には届かないものとする。
図13から図15を用いて、本実施形態の位置推定システムの詳細な動作を説明する。本例の場合、無線装置は5台である。本例も、図8のようにアクセスポイントである無線装置11-0がファーストステップのビーコン信号0-1を発信する場合を説明している。しかし、本例の場合、ビーコン信号0-1が無線装置11-3、11-4、及び11-5には届かないものとする。
図13は、図9のように無線装置11-1と11-2がそれぞれ応答信号1-0と2-0を発信し、無線装置11-0がそれらを受信した後の動作を説明している。無線装置11-1と無線装置11-2は、図10で説明したようにセカンドステップのビーコン信号1-2と2-2をそれぞれ発信する。ビーコン信号1-2は、無線装置11-0、11-2、11-3及び11-4に届くものとする。ビーコン信号2-2は、無線装置11-0、11-1、11-4及び11-5に届くものとする。
解析装置12が無線装置11-0、11-1、及び11-2の位置関係を推定する手法は実施形態1の説明通りである。
一方、無線装置11-3、11-4、及び11-5は、ファーストステップであるビーコン信号を受信せずにセカンドステップのビーコン信号を受信する。このため、無線装置11-3、11-4、及び11-5は、セカンドステップのビーコン信号の発信源(つまり無線装置11-1と11-2)を「親」と認識する。このため、無線装置11-3、11-4、及び11-5は、受信したビーコン信号1-2や2-2をファーストステップのビーコン信号として実施形態1で説明したような動作を行う。つまり、無線装置11-3、11-4、及び11-5は、ビーコン信号及び応答信号を出し合うことにより近隣に存在する無線装置を認識する。具体的には、無線装置11-3は近隣に無線装置11-1及び11-4が存在することを認識し、無線装置11-4は近隣に無線装置11-1、11-2、11-3、及び11-5が存在することを認識し、無線装置11-5は近隣に無線装置11-2及び11-4が存在することを認識する。
図14は、無線装置11-3、11-4、及び11-5が親である無線装置に、近隣にある無線装置の情報を通知する動作を説明する図である。図15は、無線装置11-1と11-2が無線装置11-3、11-4、及び11-5から通知信号を受信した後の動作を説明する図である。
通知信号により無線装置11-1は、近隣に無線装置11-0、11-2、11-3、及び11-4が存在することを認知し、その旨を通知信号1-bで無線装置11-0へ通知する。同様に、通知信号により無線装置11-2は、近隣に無線装置11-0、11-1、11-4、及び11-5が存在することを認知し、その旨を通知信号2-bで無線装置11-0へ通知する。なお、図9の時点で無線装置11-0は近隣に無線装置11-1と無線装置11-2が存在していることを認知しているため、通知信号には無線装置11-0が存在することを含めなくてもよい。
解析装置12は、無線装置11-0からの通知(各無線装置の近隣に存在する無線装置や無線装置間の距離)に基づいて、無線装置11-0~11-5の位置関係を推定する。
[実施形態4]
図16は、本実施形態の位置推定システムを説明する図である。本位置推定システムは、所在が明確な少なくとも1つの無線装置の位置情報が入力され、前記位置情報により推定した複数の無線装置の位置を補正する。
図16は、本実施形態の位置推定システムを説明する図である。本位置推定システムは、所在が明確な少なくとも1つの無線装置の位置情報が入力され、前記位置情報により推定した複数の無線装置の位置を補正する。
実施形態1から3で説明した手法で無線装置の相対位置を推定することができる。しかし、無線装置の絶対的な位置を推定することはできない。そこで、本実施形態の位置推定システムでは、少なくとも1つの無線装置の位置情報を与える。
(例1)解析装置12にいずれかの無線装置の位置情報を与える。
(例2)アクセスポイントのように位置が固定される無線装置11-0に位置情報を与えておき、位置推定時に解析装置12へ通知する。例えば、図5のデータベース54に位置情報を記憶させておくことができる。
(例3)無線装置11に近づいた端末13から当該無線装置の位置情報を入力し、「親」への通知信号に当該位置情報を含めることで解析装置12へ通知する。
(例1)解析装置12にいずれかの無線装置の位置情報を与える。
(例2)アクセスポイントのように位置が固定される無線装置11-0に位置情報を与えておき、位置推定時に解析装置12へ通知する。例えば、図5のデータベース54に位置情報を記憶させておくことができる。
(例3)無線装置11に近づいた端末13から当該無線装置の位置情報を入力し、「親」への通知信号に当該位置情報を含めることで解析装置12へ通知する。
解析装置12は、推定した無線装置の位置関係を与えられた位置情報で平行移動し、無線装置の位置の正確性を高める。
[実施形態5]
図17及び図18は、本実施形態の位置推定システムを説明する図である。本位置推定システムは、移動可能な無線装置を利用して無線装置の位置を推定する精度を向上させる。
図17及び図18は、本実施形態の位置推定システムを説明する図である。本位置推定システムは、移動可能な無線装置を利用して無線装置の位置を推定する精度を向上させる。
ビーコン信号の届く範囲は限定される。このため、図17のように、無線装置11の配置がまばらであり、ビーコン信号が届く範囲に入る他の無線装置11が少ない、あるいは無い場合、解析装置12が推定する無線装置位置の推定精度が低下する。そこで、本実施形態では、図18のように、位置推定システムの範囲内を巡回するロボットや作業者が持つ無線装置11-mを利用して、無線装置11の間を補完する。位置推定システムの範囲内への無線装置11-mの移動により無線装置11の配置が密となりビーコン信号が届き易くなる。このため、解析装置12が推定する無線装置位置の推定精度が向上する。
[実施形態6]
図19は、解析装置12の動作を説明するフローチャートである。解析装置12は、情報収集ステップS51と推定処理ステップS52を行う。
情報収集ステップS51では、実施形態1から5で説明したように、無線装置11-0から各無線装置11の近隣に存在する無線装置(固有番号等)や無線装置間で送受したビーコン信号の強度の情報を取得する。
推定処理ステップS52では、無線装置の位置を推定する。推定手法としては次のような手法がある。ビーコン信号が届く範囲は限定的(例えば、半径20m以内)であるから、応答信号があった無線装置は自身から当該範囲内にあるといえる。複数の無線装置から当該範囲内にある無線装置の情報を得ることで、ある程度の無線装置位置を推定することができる。さらに、予め位置が明確である無線装置の位置を利用すれば、各無線装置の推定位置を補正することもできる。
図19は、解析装置12の動作を説明するフローチャートである。解析装置12は、情報収集ステップS51と推定処理ステップS52を行う。
情報収集ステップS51では、実施形態1から5で説明したように、無線装置11-0から各無線装置11の近隣に存在する無線装置(固有番号等)や無線装置間で送受したビーコン信号の強度の情報を取得する。
推定処理ステップS52では、無線装置の位置を推定する。推定手法としては次のような手法がある。ビーコン信号が届く範囲は限定的(例えば、半径20m以内)であるから、応答信号があった無線装置は自身から当該範囲内にあるといえる。複数の無線装置から当該範囲内にある無線装置の情報を得ることで、ある程度の無線装置位置を推定することができる。さらに、予め位置が明確である無線装置の位置を利用すれば、各無線装置の推定位置を補正することもできる。
[他の実施形態]
上記実施形態で説明した解析装置12はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
上記実施形態で説明した解析装置12はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
[付記]
以下は、本実施形態の位置推定システムを説明したものである。
(目的)
各無線装置の位置を把握するシステムであって、
(1)固定ビーコンの設置、GPSの利用、及びそれらの管理を不要とすること、
(2)ブロードキャストストーム的なデータ流通量爆発を防ぐこと、及び
(3)IoT端末にデータがなるべく蓄積されないようにすること
を実現できるシステムを提供することを目的とする。
(目的を達成する手段)
本システムは、上記(1)と(3)の目的を達成するために、次の機能を持つ。
ルート(根)となる無線装置が、第1のビーコン信号を送信し、該第1のビーコン信号に対する応答信号を受信することで近隣の無線装置の存在を把握すること、
nを自然数、mをn未満の自然数として、第nのビーコン信号を受信し、かつ第mのビーコン信号を受信しなかった無線装置が、該第nのビーコン信号に対する応答信号を返信するとともに、第n+1のビーコン信号を送信し、該第n+1のビーコン信号に対する応答信号を受信することで近隣の無線装置の存在を把握し、該近隣の無線装置の情報と該近隣の無線装置から通知された情報とを第nのビーコン信号を送信した無線装置に通知すること、
ルートとなる無線装置が、近隣の無線装置の情報と該近隣の無線装置から通知された情報とを解析装置に通知すること、及び
解析装置が、ルートとなる無線装置から通知された情報に基づいて、各無線装置間の位置関係を推定すること。
以下は、本実施形態の位置推定システムを説明したものである。
(目的)
各無線装置の位置を把握するシステムであって、
(1)固定ビーコンの設置、GPSの利用、及びそれらの管理を不要とすること、
(2)ブロードキャストストーム的なデータ流通量爆発を防ぐこと、及び
(3)IoT端末にデータがなるべく蓄積されないようにすること
を実現できるシステムを提供することを目的とする。
(目的を達成する手段)
本システムは、上記(1)と(3)の目的を達成するために、次の機能を持つ。
ルート(根)となる無線装置が、第1のビーコン信号を送信し、該第1のビーコン信号に対する応答信号を受信することで近隣の無線装置の存在を把握すること、
nを自然数、mをn未満の自然数として、第nのビーコン信号を受信し、かつ第mのビーコン信号を受信しなかった無線装置が、該第nのビーコン信号に対する応答信号を返信するとともに、第n+1のビーコン信号を送信し、該第n+1のビーコン信号に対する応答信号を受信することで近隣の無線装置の存在を把握し、該近隣の無線装置の情報と該近隣の無線装置から通知された情報とを第nのビーコン信号を送信した無線装置に通知すること、
ルートとなる無線装置が、近隣の無線装置の情報と該近隣の無線装置から通知された情報とを解析装置に通知すること、及び
解析装置が、ルートとなる無線装置から通知された情報に基づいて、各無線装置間の位置関係を推定すること。
本システムは、上記(2)の目的を達成するために、次の機能を持つ。
ビーコン信号がホップ数/ステップ数/親-子等の情報/フラグを含むこと。
ビーコン信号がホップ数/ステップ数/親-子等の情報/フラグを含むこと。
11、11-0、11-1、11-2、・・・・:無線装置
11-m:移動可能な無線装置
12:解析装置
13:端末
41:無線送信部
42:無線受信部
43:処理部
51:無線送信部
52:無線受信部
53:処理部
54:データベース
55:管理通信部
63:処理部
65:管理通信部
11-m:移動可能な無線装置
12:解析装置
13:端末
41:無線送信部
42:無線受信部
43:処理部
51:無線送信部
52:無線受信部
53:処理部
54:データベース
55:管理通信部
63:処理部
65:管理通信部
Claims (6)
- 複数の無線装置及び解析装置を備える位置推定システムであって、
それぞれの前記無線装置は、
ビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の前記無線装置間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、及び
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
を行い、
前記無線装置のうちの任意の1つは、前記ビーコン信号を収集することを行い、
前記解析装置は、前記無線装置が収集したそれぞれの前記ビーコン信号の前記フラグを解析し、複数の前記無線装置の位置を推定することを行う
ことを特徴とする位置推定システム。 - 前記解析装置は、
前記無線装置で受信した前記ビーコン信号の前記フラグに転送経歴が無い場合、当該ビーコン信号を発信した前記無線装置を「親」とし、
前記無線装置で受信した前記ビーコン信号の前記フラグに転送経歴が有る場合、転送された順において2以上で最小番目の前記無線装置を「親」とする
ことを特徴とする請求項1に記載の位置推定システム。 - 前記解析装置は、
所在が明確な少なくとも1つの前記無線装置の位置情報が入力され、前記位置情報により推定した前記複数の前記無線装置の位置を補正することを特徴とする請求項1又は2に記載の位置推定システム。 - 複数の無線装置の位置を推定する位置推定方法であって、
それぞれの前記無線装置からビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の前記無線装置間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
前記無線装置のうちの一つで前記ビーコン信号を収集すること、及び
収集したそれぞれの前記ビーコン信号の前記フラグを解析し、前記無線装置の位置を推定すること
を特徴とする位置推定方法。 - 解析装置によってそれぞれの位置が推定される複数の無線装置であって、
それぞれの前記無線装置は、
ビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の前記無線装置間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、及び
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
を行い、
前記無線装置のうちの任意の1つは、前記ビーコン信号を収集し、前記ビーコン信号の情報を前記解析装置へ通知することを行う
ことを特徴とする無線装置。 - 複数の無線装置の位置を推定する解析装置であって、
それぞれの前記無線装置は、
ビーコン信号を発信すること、
前記ビーコン信号が届く範囲の前記無線装置間で前記ビーコン信号を転送し合うこと、
転送時に、前記ビーコン信号が持つ転送経歴を示すフラグを更新すること、及び
自身が発信した前記ビーコン信号を受信した場合、当該ビーコン信号を廃棄すること、
を行っており、
前記無線装置のうちの任意の1つは、前記ビーコン信号を収集することを行っており、
前記無線装置が収集したそれぞれの前記ビーコン信号の前記フラグを解析し、複数の前記無線装置の位置を推定することを行うことを特徴とする解析装置。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2021/002280 WO2022157933A1 (ja) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | 位置推定システム、位置推定方法、無線装置及び解析装置 |
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US20100246405A1 (en) | 2009-03-31 | 2010-09-30 | Miodrag Potkonjak | Efficient location discovery |
JP2018054308A (ja) | 2016-09-26 | 2018-04-05 | 株式会社Where | 位置算出方法、距離算出方法、及び、ビーコン |
JP2018189639A (ja) | 2017-05-03 | 2018-11-29 | 富士ゼロックス株式会社 | 複数のビーコンの位置を決定するための方法、プログラム及びコンピュータシステム |
JP2020096288A (ja) | 2018-12-13 | 2020-06-18 | 株式会社Where | ビーコンシステムの設定方法 |
-
2021
- 2021-01-22 JP JP2022576906A patent/JP7435833B2/ja active Active
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