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(In Japanese)位置推定装置

Patent code P190016008
File No. (S2016-0329-N0)
Posted date May 9, 2019
Application number P2018-518315
Patent number P6532606
Date of filing May 16, 2017
Date of registration May 31, 2019
International application number JP2017018411
International publication number WO2017199972
Date of international filing May 16, 2017
Date of international publication Nov 23, 2017
Priority data
  • P2016-099547 (May 18, 2016) JP
Inventor
  • (In Japanese)滝沢 泰久
  • (In Japanese)北之馬 貴正
Applicant
  • (In Japanese)学校法人関西大学
Title (In Japanese)位置推定装置
Abstract (In Japanese)
【課題】
 無線ノードの位置を高精度に推定可能な位置推定装置を提供することを課題とする。
【解決手段】
 位置推定装置5において、位置更新部63は、各固定ノードの配置関係を示す固定トポロジと各固定ノードの仮の自己位置とに基づいて、各固定ノードの推定位置を取得する。トポロジ矛盾判定部65は、固定トポロジに基づく各固定ノードの推定位置を用いて、トポロジ矛盾の発生頻度を示す領域判定値を計算する。仮想トポロジ生成部66は、固定ノード間の無線通信距離を仮想的に変更することにより仮想トポロジを生成する。仮想トポロジ生成部66は、固定トポロジに対応する領域判定値と、複数の仮想トポロジに対応する複数の領域判定値とに基づいて、固定トポロジ及び複数の仮想トポロジの中からいずれか1つのトポロジを特定し、特定したトポロジに基づく各固定ノードの推定位置を、各固定ノードの位置推定結果として出力する。
【選択図】
 図7
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

複数の無線ノードにより構成される無線センサネットワークにおいて、無線ノードの位置は、無線ノードに搭載されたセンサのセンシングデータの取得位置として重要な情報である。従来、無線ノードの位置を推定する方式として、自己組織化マップ(SOM)を用いた無線ノード位置推定方式(SOL:Self-Organizing Localization)が知られている。

SOLは、極少数のアンカーノードを使用し、測距デバイスを用いずに、高精度な位置推定が可能である。また、SOLは、障害物による見通し内(LOS:Line-Of-Sight)と見通し外(NLOS:Non-Line-Of-Sight)が混在する環境においても位置精度の劣化が少ない(例えば、非特許文献1参照)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、自己組織化マップを用いて無線ノードの位置を推定する位置推定装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
1つの無線ノードから1ホップの位置に存在する1次近傍ノードの情報である隣接ノード情報をm(mは、4以上の整数)個の無線ノードの各々から取得する取得部と、
前記m個の無線ノードの各々についての隣接ノード情報に基づいて、前記m個の無線ノードの配置関係を示す固定トポロジを生成する固定トポロジ生成部と、
前記m個の無線ノードの仮の自己位置を生成する自己位置生成部と、
前記固定トポロジに基づいて前記m個の無線ノードの仮の自己位置を更新することにより、前記m個の無線ノードの位置を推定する位置更新部と、
前記位置更新部により推定された一の無線ノードの位置が前記一の無線ノードから1ホップの位置に存在する無線ノードよりも前記一の無線ノードから2ホップの位置に存在する無線ノードに近いことを示すトポロジ矛盾が発生しているか否かを判定し、前記固定トポロジに対応するとともに前記m個の無線ノードにおけるトポロジ矛盾の発生頻度を示す領域判定値を計算するトポロジ矛盾判定部と、
1ホップの位置に存在する2つの無線ノード間の仮想無線通信距離を設定し、前記仮想無線通信距離に基づいて前記一の無線ノードから1ホップの位置にある1次近傍ノードを再設定し、再設定された1次近傍ノードに基づいて前記m個の無線ノードの仮想的な配置関係を示す少なくとも1つの仮想トポロジを生成する仮想トポロジ生成部と、
を備え、
前記位置更新部は、前記少なくとも1つの仮想トポロジの各々に基づいて、前記m個の無線ノードの位置を推定し、
前記トポロジ矛盾判定部は、前記少なくとも1つ仮想トポロジの各々に対応する前記m個の無線ノードの推定位置に基づいて、前記少なくとも1つ仮想トポロジの各々に対応する領域判定値を計算し、
前記仮想トポロジ生成部は、前記固定トポロジに対応する領域判定値と前記少なくとも1つの仮想トポロジの各々に対応する領域判定値とに基づいて、前記固定トポロジに基づく前記m個の無線ノードの推定位置と、前記少なくとも1つの仮想トポロジの各々に基づく前記m個の無線ノードの推定位置とのうちいずれかを、前記m個の無線ノードの位置の推定結果として出力し、
前記トポロジ矛盾判定部は、
前記トポロジ矛盾判定部から最後に受けた現在の領域判定値を、前記現在の領域判定値よりも1つ前に入力された直前の領域判定値と比較する判定値比較部と、
前記直前の領域判定値に対応する第1トポロジで用いられた仮想無線通信距離を、前記現在の領域判定値に対応する第2トポロジで用いられた仮想無線通信距離と比較する距離比較部と、
前記判定値比較部による前記現在の領域判定値と前記直前の領域判定値との比較結果と、前記距離比較部による前記第1トポロジで用いられた仮想無線通信距離と前記第2トポロジで用いられた仮想無線通信距離との比較結果とに基づいて、新たな仮想トポロジの生成に用いられる仮想無線通信距離を設定する距離設定部と、
を備える位置推定装置。

【請求項2】
 
請求項1に記載の位置推定装置であって、
前記距離設定部は、前記第2トポロジで用いられた仮想無線通信距離が前記第1トポロジで用いられた仮想無線通信距離よりも小さいと距離比較部により判断され、かつ、前記現在の領域判定値が前記直前の領域判定値よりも小さいと前記判定値比較部により判断された場合、前記新たな仮想トポロジの生成に用いられる仮想無線通信距離を、前記第2トポロジで用いられた仮想無線通信距離よりも小さくし、
前記距離設定部は、前記第2トポロジで用いられた仮想無線通信距離が前記第1トポロジで用いられた仮想無線通信距離よりも小さいと距離比較部により判断され、かつ、前記現在の領域判定値が前記直前の領域判定値以上であると前記判定値比較部により判断された場合、前記新たな仮想トポロジの生成に用いられる仮想無線通信距離を、前記第2トポロジで用いられた仮想無線通信距離よりも大きくする位置推定装置。

【請求項3】
 
請求項2に記載の位置推定装置であって、
前記距離設定部は、前記第2トポロジで用いられた仮想無線通信距離が前記第1トポロジで用いられた仮想無線通信距離以上である距離比較部により判断され、かつ、前記現在の領域判定値が前記直前の領域判定値よりも大きいと前記判定値比較部により判断された場合、前記新たな仮想トポロジの生成に用いられる仮想無線通信距離を、前記第2トポロジで用いられた仮想無線通信距離よりも小さくし、
前記距離設定部は、前記第2トポロジで用いられた仮想無線通信距離が前記第1トポロジで用いられた仮想無線通信距離以上であると距離比較部により判断され、かつ、前記現在の領域判定値が前記直前の領域判定値以下である前記判定値比較部により判断された場合、前記新たな仮想トポロジの生成に用いられる仮想無線通信距離を、前記第2トポロジで用いられた仮想無線通信距離よりも大きくする位置推定装置。

【請求項4】
 
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の位置推定装置であって、
前記固定トポロジに対応する領域判定値と、第1仮想トポロジから第k(kは2以上の整数)仮想トポロジまでの各々の領域判定値との中から、領域判定値の最小値を決定する最小値決定部と、
第(k+1)仮想トポロジに対応する領域判定値を新たに前記トポロジ矛盾判定部から受けた場合、第(k+1)仮想トポロジに対応する領域判定値を前記最小値と比較する最小値比較部と、
第(k+1)仮想トポロジに対応する領域判定値が前記最小値よりも大きい場合、前記最小値の更新率を所定の閾値と比較する更新率比較部と、
を備え、
前記仮想トポロジ生成部は、前記更新率が前記閾値よりも小さいと前記更新率比較部により判定された場合、前記最小値に対応するトポロジに基づく前記m個の無線ノードの推定位置を、前記m個の無線ノードの位置推定結果として出力することを決定する位置推定装置。

【請求項5】
 
1つの無線ノードから1ホップの位置に存在する1次近傍ノードの情報である隣接ノード情報を、無線通信空間内を移動する移動無線ノードと前記無線通信空間内を移動しないm(mは、4以上の整数)個の固定無線ノードとの各々から取得する取得部と、
前記m個の固定無線ノードの各々についての隣接ノード情報に基づいて、前記m個の固定無線ノードの位置を推定する固定ノード位置推定部と、
前記移動無線ノードの隣接ノード情報と前記固定ノード位置推定部による前記m個の固定無線ノードの推定位置とに基づいて、前記移動無線ノードの位置を推定する移動ノード位置推定部と、
を備え、
前記固定ノード位置推定部は、
前記m個の固定無線ノードの各々についての隣接ノード情報に基づいて、前記m個の固定無線ノードの配置関係を示す固定トポロジを生成する固定トポロジ生成部と、
前記m個の固定無線ノードの仮の自己位置を生成する第1自己位置生成部と、
前記固定トポロジに基づいて前記m個の固定無線ノードの仮の自己位置を更新することにより、前記m個の固定無線ノードの位置を推定する第1位置更新部と、
を備え、
前記移動ノード位置推定部は、
前記m個の固定無線ノードのうち前記移動無線ノードの隣接ノード情報に記録された固定無線ノードである隣接固定ノードの隣接ノード情報を前記取得部から取得し、前記移動無線ノードの隣接ノード情報と前記隣接固定ノードの隣接ノード情報とに基づいて、前記移動無線ノードの移動トポロジを生成する移動トポロジ生成部と、
前記移動無線ノードの仮の自己位置を生成する第2自己位置生成部と、
前記移動トポロジと前記隣接固定ノードの推定位置とに基づいて、前記移動無線ノードの仮の自己位置を更新することにより、前記移動無線ノードの位置を推定する第2位置更新部と、
を備える位置推定装置。

【請求項6】
 
請求項5に記載の位置推定装置であって、
前記移動トポロジの生成に用いられる隣接ノード情報の数は、前記固定トポロジの生成に用いられる隣接ノード情報の数よりも少ない位置推定装置。

【請求項7】
 
請求項5または請求項6に記載の位置推定装置であって、
前記取得部は、前記m個の固定無線ノードの各々についての隣接ノード情報と前記移動無線ノードの隣接ノード情報とを定期的に取得し、
前記固定ノード位置推定部は、前記m個の固定無線ノードの位置を第1周期で繰り返し推定し、
前記移動ノード位置推定部は、前記移動無線ノードの位置を前記第1周期よりも短い第2周期で繰り返し推定する位置推定装置。

【請求項8】
 
請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の位置推定装置であって、
前記固定トポロジ生成部は、前記移動無線ノードの位置推定に既に用いられた前記移動無線ノードの隣接ノード情報を仮想的な固定無線ノードの隣接ノード情報に設定し、前記m個の固定無線ノードの各々についての隣接ノード情報と、前記仮想的な固定無線ノードの隣接ノード情報とに基づいて、固定トポロジを生成する位置推定装置。

【請求項9】
 
無線ノードの位置推定をコンピュータに実行させるための位置推定プログラムであって、
1つの無線ノードから1ホップの位置に存在する1次近傍ノードの情報である隣接ノード情報をm(mは、4以上の整数)個の無線ノードの各々から取得する取得ステップと、
前記m個の無線ノードの各々についての隣接ノード情報に基づいて、前記m個の無線ノードの配置関係を示す固定トポロジを生成する固定トポロジ生成ステップと、
前記m個の無線ノードの仮の自己位置を生成する自己位置生成ステップと、
前記固定トポロジに基づいて前記m個の無線ノードの仮の自己位置を更新することにより、前記m個の無線ノードの位置を推定する位置更新ステップと、
前記位置更新ステップにより推定された一の無線ノードの位置が前記一の無線ノードから1ホップの位置に存在する無線ノードよりも前記一の無線ノードから2ホップの位置に存在する無線ノードに近いことを示すトポロジ矛盾が発生しているか否かを判定し、前記固定トポロジに対応するとともに前記m個の無線ノードにおけるトポロジ矛盾の発生頻度を示す領域判定値を計算するトポロジ矛盾判定ステップと、
1ホップの位置に存在する2つの無線ノード間の仮想無線通信距離を設定し、前記仮想無線通信距離に基づいて前記一の無線ノードから1ホップの位置にある1次近傍ノードを再設定し、再設定された1次近傍ノードに基づいて前記m個の無線ノードの仮想的な配置関係を示す少なくとも1つの仮想トポロジを生成する仮想トポロジ生成ステップと、
を備え、
前記位置更新ステップは、前記少なくとも1つの仮想トポロジの各々に基づいて、前記m個の無線ノードの位置を推定し、
前記トポロジ矛盾判定ステップは、前記少なくとも1つ仮想トポロジの各々に対応する前記m個の無線ノードの推定位置に基づいて、前記少なくとも1つ仮想トポロジの各々に対応する領域判定値を計算し、
前記仮想トポロジ生成ステップは、前記固定トポロジに対応する領域判定値と前記少なくとも1つの仮想トポロジの各々に対応する領域判定値とに基づいて、前記固定トポロジに基づく前記m個の無線ノードの推定位置と、前記少なくとも1つの仮想トポロジの各々に基づく前記m個の無線ノードの推定位置とのうちいずれかを、前記m個の無線ノードの位置の推定結果として出力し、
前記トポロジ矛盾判定ステップは、
前記トポロジ矛盾判定ステップから最後に受けた現在の領域判定値を、前記現在の領域判定値よりも1つ前に入力された直前の領域判定値と比較する判定値比較ステップと、
前記直前の領域判定値に対応する第1トポロジで用いられた仮想無線通信距離を、前記現在の領域判定値に対応する第2トポロジで用いられた仮想無線通信距離と比較する距離比較ステップと、
前記判定値比較ステップによる前記現在の領域判定値と前記直前の領域判定値との比較結果と、前記距離比較ステップによる前記第1トポロジで用いられた仮想無線通信距離と前記第2トポロジで用いられた仮想無線通信距離との比較結果とに基づいて、新たな仮想トポロジの生成に用いられる仮想無線通信距離を設定する距離設定ステップと、
を備える位置推定プログラム。

【請求項10】
 
無線通信空間内を移動する移動無線ノードの位置推定をコンピュータに実行させる位置推定プログラムであって、
1つの無線ノードから1ホップの位置に存在する1次近傍ノードの情報である隣接ノード情報を、前記移動無線ノードと、前記無線通信空間内を移動しないm(mは、4以上の整数)個の固定無線ノードとの各々から取得する取得ステップと、
前記m個の固定無線ノードの各々についての隣接ノード情報に基づいて、前記m個の固定無線ノードの位置を推定する固定ノード位置推定ステップと、
前記移動無線ノードの隣接ノード情報と前記固定ノード位置推定ステップによる前記m個の固定無線ノードの推定位置とに基づいて、前記移動無線ノードの位置を推定する移動ノード位置推定ステップと、
を備え、
前記固定ノード位置推定ステップは、
前記m個の固定無線ノードの各々についての隣接ノード情報に基づいて、前記m個の固定無線ノードの配置関係を示す固定トポロジを生成する固定トポロジ生成ステップと、
前記m個の固定無線ノードの仮の自己位置を生成する第1自己位置生成ステップと、
前記固定トポロジに基づいて前記m個の固定無線ノードの仮の自己位置を更新することにより、前記m個の固定無線ノードの位置を推定する第1位置更新ステップと、
を備え、
前記移動ノード位置推定ステップは、
前記m個の固定無線ノードのうち前記移動無線ノードの隣接ノード情報に記録された固定無線ノードである隣接固定ノードの隣接ノード情報を前記取得ステップから取得し、前記移動無線ノードの隣接ノード情報と前記隣接固定ノードの隣接ノード情報とに基づいて、前記移動無線ノードの移動トポロジを生成する移動トポロジ生成ステップと、
前記移動無線ノードの仮の自己位置を生成する第2自己位置生成ステップと、
前記移動トポロジと前記隣接固定ノードの推定位置とに基づいて、前記移動無線ノードの仮の自己位置を更新することにより、前記移動ノードの位置を推定する第2位置更新ステップと、
を備える位置推定プログラム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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