JP4365782B2 - アドホックネットワークにおける相対的位置決定のシステムと方法 - Google Patents

Description

本発明は、アドホック無線通信網のようなポータブル音声・データ無線通信網内のユーザ移動端末の位置情報を提供するシステムと方法に関する。特に、本発明は１つのユーザ端末から複数のポータブル地上基準局への推定距離に基づいて、アドホック地上無線通信網などの無線通信網内の移動端末位置を計算するシステムと方法に関する。地上基準局端末が緯度、経度、高度の位置を含む場合、ユーザ端末の絶対的位置が決定されるか、さもなければ相対的位置が決定される。本出願は、米国仮特許出願第６０／３８０，８５１号、名称「アドホック・ネットワーク内の相対的位置の決定方法とシステム（“A System And Method For Determining Relative Positioning”）」、２００２年５月１７日出願から、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下の利益を主張する。

携帯無線電話網などの無線通信網は、過去１０年間にわたり、ますます普及してきた。これらの無線通信網は、一般に「セルラ・ネットワーク」と呼ばれるが、それは、「セル」と呼ばれる複数の地域へサービス領域を分割するようにネットワーク・インフラストラクチャが配置されているからである。１つの地上セルラ・ネットワークは、複数の相互接続された基地局またはベース・ノードを有し、それらはサービス領域中の指定された位置に地理的に分配されている。各ベース・ノードは、そのカバーするエリア内に位置する無線電話などの移動ユーザ・ノードとの間で、無線周波数（RF）通信信号などの電磁信号を送信し、受信することの出来る１またはそれ以上のトランシーバを含む。これらの通信信号は、例えば所望の変調技術により変調されてからデータ・パケットとして転送される音声データを含む。当業者に理解できるように、ネットワーク・ノードは、時分割多元アクセス（TDMA）フォーマット、符号分割多重アクセス（CDMA）フォーマットまたは周波数分割多重アクセス（FDMA）フォーマットなどの複合フォーマットにより、データ・パケット通信を送信し受信し、これにより、基地局にあるただ１つのトランシーバが、そのカバーする領域内のいくつかの移動ノードと同時的に通信することができる。

近年では、「アドホック」として知られるタイプの移動無線通信網が、軍用のために開発された。このタイプのネットワークにおいて、各移動ノードは、他の移動ノードのための基地局またはルータとして動作することができ、こうして、基地局の固定的なインフラストラクチャの必要性をなくしている。アドホック・ネットワークの詳細は、Ｍａｙｏｒへの米国特許第５，９４３，３２２号に提示され、その内容全体は、引用してここに編入される。

一層高度なアドホック・ネットワークも同様に開発が進められ、従来のアドホック・ネットワークのように移動ノードが互いに通信できるだけでなく、さらにこれらの移動ノードは固定的なネットワークへアクセスできるようになった。このようにして公衆電話網（ＰＳＴＮ）上および、インターネットのような他のネットワーク上で、他の移動ノードと通信できるようになった。これらの進歩したタイプのアドホック・ネットワークの詳細は、米国特許出願第０９／８９７，７９０号、名称「ＰＳＴＮおよびセルラ・ネットワークへインターフェイスしたアドホック・ピア・ツウ・ピア移動無線アクセス・システム（“Ad Hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Networks”）」、２００１年６月２９日出願、米国特許出願第０９／８１５，１５７号、名称「セパレート・レザベーション・チャネルを有するシェアード・パラレル・データ・チャネルへのコーディネーティング・チャネル・アクセスを有するアドホック・ピア・ツウ・ピア無線ネットワークのための時分割プロトコル（“Time Division Protocol for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channels with Separate Reservation Channel”）、２００１年３月２２日出願、および米国特許出願第０９／８１５，１６４名称「アドホック、ピア・ツウ・ピア、移動無線アクセス・システムへの優先付き経路選択（“Prioritized-Routing for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer, Mobile Radio Access System”）」として編入される。

従来の無線通信網においても、またはアドホック無線通信網においても、ある移動ノードにとって、その地理的位置を知ることができ、または決定できることが、必要であり、または望ましいことである。無線通信網のための位置決定サービスと技術の詳細は、「モバイル・ロケーション・サービス（“Mobile Location Services”）」という題名のＮｏｋｉａ Ｗｈｉｔｅ Ｐａｐｅｒに記述され、その内容全体が引用してここに編入される。

特にこのＮｏｋｉａ文書は、位置識別サービスが現在３つの主要技術に基づいて無線通信網において提供されていると、述べている。これらの技術の１つは、ラウンド・トリップ・タイム（ＲＴＴ）、タイミング・アドバンス（ＴＡ）および測定信号レベル（ＲＸレベル）、到着時間差（ＴＤＯＡ）およびアングル・オブ・アライバル（ＡＯＡ）の技術と結び付けられたセル識別を使用し、その詳細については当業者に理解される。第２の技術は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）および広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）のために、セルラ信号タイミングに基づく方法を使用する。Ｎｏｋｉａ文書に記述された第３の技術は、全地球測位システム（ＧＰＳ）技術を使用する。

位置決定サービスを提供するために現在無線通信業界で使用される方法と技術の別のリストは、ＤＩＳＰＡＴＣＨ Ｍｏｎｔｈｌｙに「Ｅ９１１位置決定テクノロジー（“E911 Location Technologies”）」という題名の論文に提供され、その内容全体が引用してここに編入される。ＧＰＳ技術はこのリストに指摘される最近の技術であるが、それは全般的に他のリストされたすべての技術よりも、より正確であると考えられる。ＧＰＳに基づく諸方法の更なる詳細と説明は、「ＧＰＳ−理論と応用（“GPS - Theory and Applications”）」、米国宇宙工学協会、１９９６年内にＪ．Ｊ．Ｓｐｉｌｋｅｒ Ｊｒ．が記した、「衛星群と精度の幾何学的分布（“Satellite Constellation and Geometric Dilution of Precision”）」という題名の刊行物および「ＧＰＳ−理論と応用（“GPS - Theory and Applications”）」、米国宇宙工学協会、１９９６年のＰ．Ａｘｅｌｒａｄ他、題名「ＧＰＳナビゲーション・アルゴリズム（“GPS Navigation Algorithms”）」という刊行物、また、「ＧＰＳ−誤差分析（“GPS Error Analysis”）」、米国宇宙工学協会、１９９６年内のＮ．Ａｓｈｂｙ他、題名「全地球測位システム上の相対的主義的効果入門−理論と応用（“Introduction to Relativistic Effects on the Global Positioning System”」という刊行物に発表されており、これら各刊行物の内容全体は引用してここに編入される。

ＧＰＳ技術は相当の期間、使用されてきており、また世界のほとんどのナビゲーションがこの技術に依存しているにもかかわらず、ＧＰＳ技術は測定誤差の影響を非常に受けやすい。従ってＧＰＳ技術は、そのような誤差を除去するために、相対的に多くの数の測定を実行した後にのみ、非常に高い精度で位置決定結果を提供できる。ＧＰＳの短所についての説明は、数学応用協会（ＩＭＡ）（Institute For Mathematics and its Applications）による「全地球測位システム（ＧＰＳ）における数学的挑戦」という題される文書に示されているが、この内容全体は引用してここに編入される。いくつかの他の試験は同様に、ＧＰＳ技術が地上基地局のネットワークに適さないことを証明している。

さらに無線通信網内の移動局の位置決定にＧＰＳ衛星を使用しない他の方法と技術は、典型的に移動局からの信号が少なくとも二つのセル基地局で受信され、これらが信号到着の間の遅延を測定し処理して、「パス署名（“path signature”）」に基づいて信号の方向を識別し、これら移動局とセル・タワーの間の距離を決定できることを必要としている。

これらの方法の全てにおいて、情報の処理は、指定された中央演算処理装置（ＣＰＵ）内で実行され、この中央演算処理装置は典型的に基地局（ＢＴＳ）の隣のセル・タワーに位置する。またこれらの方法の大部分は、既存の無線通信システムに過大な修正をする必要なしにＥ９１１の要求に適応するよう設計されている。他の位置決定技術の例は、Ｗｅｎｄｙ Ｊ Ｗｏｏｄｂｕｒｙ Ｓｔｒａｉｇｈｔにより、題名「新基準システムの探索」という文書および題名「ＳｎａｐＴｒａｃ Ｓｅｒｖｅｒ−Ａｉｄｅｄ ＧＰＳ 技術への入門」という文書に示されているが、これらの文書の内容全体が引用してここに編入される。

位置決定情報により上記の問題を克服するため、位置決定のために衛星の利用や集中計算設備を使用する必要がないアドホック・ネットワークが開発されてきた。そうしたアドホック・ネットワークの更なる詳細は、米国特許出願第０９／９８８，００１号、名称「無線通信網内の移動端末の位置を計算するシステムと方法（“A System and Method for Computing the Location of a Mobile Terminal in a Wireless Communications Network”）」、２００１年１１月１６日出願に説明されているが、その内容全体は引用してここに編入される。

さらに、ユーザに絶対的な地理的位置を提供できる非固定または移動可能なインフラストラクチャ構成要素を使用するアドホック・ネットワークが開発される。受信可能範囲と容量の制約を最小にするために、移動アクセス・ポイントまたはリピータを使用するネットワークの更なる詳細が米国特許出願番号第０９／９２９，０３０号、名称「無線通信網における受信可能範囲と容量の制約を最小にするための可動アクセス・ポイントおよびリピータおよびその使用方法」、２００１年８月１５日出願に記述されているが、その内容全体は引用してここに編入される。

刊行物における先の議論は、一般に、位置情報が絶対的位置として提示される常設の固定的ネットワークに接続する移動ネットワークに関する。しかしながら、先に引用された前記特許出願から理解されるように、一時的なアドホック・ネットワークは、必ずしも前記と同一の要件を必要としない。従って、相対的位置検出が必要とされるポータブルで、かつ配備容易であり、自己充足のアドホック・ネットワーク・システムへの必要性が存在する。相対的位置は、絶対的な地理的位置に加えられるか、あるいはその代わりとなり得る。

従って、固定的なインフラストラクチャに関連する欠点を実質的に除去するポータブル無線通信網における移動ノードの相対的位置を容易に決定する、改良されたシステムと方法への需要が存在する。

本発明の１つの目的は、１つの配備領域に関してノードを配備し、複数の地上基準端末へのノードからの推定距離に基づいて、アドホック無線通信網などのようなポータブル音声・データ無線通信網内のノードの位置を計算するための、通信を確立する方法とシステムを提供することである。

本発明のもう１つの目的は、配備領域におけるノード間の距離と角度を含む相対的位置としてのノード位置情報を示すシステムと方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、基準端末が絶対的地理位置のデータを有するときに、緯度、経度および高さを含む絶対的位置として位置情報を提供するシステムと方法を提供することである。

本発明の別の目的は、ノード・トラベル経路および１つの配備領域内における複数のノード間の経路を例証するノード・パスを示すシステムと方法を提供することである。

これらおよび他の目的は、ある領域において複数のノードを配備して、直接またはルータとして他の１つまたはそれ以上のノードを介して、配備領域の間に通信を確立するシステムと方法を提供することにより達成される。これら複数のものは、領域について１つまたはそれ以上のノードの位置を決定し、また、単一のノードへ情報を通信するために使用され、相対的または絶対的ノード位置の任意の１つとして位置情報を表示するのに使用される。

本システムと方法は、各基準端末の位置を表す情報を含むそれぞれの信号によって、１つのユーザ端末において複数の基準信号の各々からそれぞれの信号を受信する作業を遂行する。この無線通信網はいずれかのアドホック無線通信網であって、それぞれの端末および基準端末は、ネットワーク内のノードとして動作するように調整されている。本発明のシステムと方法は、ユーザ端末に受信される信号およびそれぞれ基準端末のそれぞれの位置に基づいて、１つのユーザ端末からその基準端末への距離を推定する。さらに、ユーザ端末から基準端末へのそれぞれの距離を推定するときは、本システムと方法は、同様に誤差を最小化する技術が成し遂げられる。

図１は、本発明の１つの実施例による例示的な通信装置における移動アクセス端末を採用した無線通信網１００の一例を図示するブロック図である。図１に示すように、「ポータブル・ネットワーク」と呼ばれるネットワーク１００は、アクセス・ポイント１０１−１ないし１０１−ｎを含む複数の端末、無線ルータ１０２−１ないし１０２−ｎ、移動ノード１０３−１ないし１０３−ｎおよびネットワーク管理システム１０４−１を含む。注意すべきは、この議論の目的のために、これらの端末またはノードは、集合的にアクセス・ポイント１０１、無線ルータ１０２、移動ノード１０３およびネットワーク管理システム１０４と呼ばれ得ることであり、ここで、用語「基準端末」は、無線ルータとアクセス・ポイントの両方に用いられることである。ネットワーク管理システム１０４は、このネットワークのオプションの部材であって、強化されたネットワーク管理と制御機能とを提供する。これら諸機能は、移動ノード登録、認証、および構成、データ・ロギング、およびシステム・アラームを含むが、これらに限定されない。

下記の好ましい実施例に説明されるシステムと方法は、移動アクセス・ポイント、無線ルータおよび他の無線ルータ、移動ノードおよび他の移動アクセス・ポイントからの通信信号を送受信するように調整された少なくとも１つのトランシーバを各々含む移動ノードを採用する。各アクセス・ポイントは、移動する輸送機関に取付け可能であり、この輸送機関から実質的に一定の電力を受ける。アクセス・ポイントは、オプションとして、ネットワーク管理システムに接続でき、これがネットワークの監視と制御の強化を可能にする。容易な配備のため、無線ルータはポータブル・スタンドに取付けでき、典型的にはポータブル電源に接続される。移動ノードはバッテリー電力を与えられ、追跡目的のための装置あるいは要員に取り付けられる。各ネットワーク・ノードは、さらにノードの緯度、経度および高度を含む絶対的ノード位置や、ノード間の距離および角度を含む相対的ノード位置を決定し、あるいは絶対的および相対的位置データ両方の組み合わたせを決定しうる技術を有する。

ネットワーク管理システム１０４は、固定ネットワークのオプション要素である。例えば中核となるローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）や、他のアドホック・ネットワーク、公衆電話回線網（ＰＳＴＮ）およびインターネットのような他のネットワークへのアクセスを有するネットワーク・ノードを提供する複数のサーバーおよびゲートウェイ・ルータを含むことができる。当業者に理解されるように、ノード１０１、１０２および１０３は相互に直接通信することができ、またはノード間で送信されるパケットのためのルーターとして動作する１またはそれ以上の他のノード１０１、１０２または１０３を介して通信できる。これは上に参照したＭａｙｏｒへの米国特許第５，９４３，３２２号および米国特許出願第０９／８９７，７９０号、第０９／８１５，１５７号および第０９／８１５，１６４号に記述されている。そうした通信リンクの一例が図１に示されているが、しかしながら、図１のネットワーク１００内に任意の数の通信装置が存在し得る。

図２に示すように、各アクセス・ポイント１０１、無線ルータ１０２、および移動ノード１０３は、アンテナ１０８に連結された少なくとも１つのトランシーバ１０５を含む。トランシーバ１０５は、産業、科学および医学（ＩＳＭ）帯域のようないずれかの周波数帯域上のデータ・パケットを送受信するように適合されている。しかしトランシーバ１０５により使用される周波数および変調方式は、アクセス・ポイント、ルータあるいはノードの実施に影響を与えない。

各アクセス・ポイント、無線ルータおよび移動ノードは、さらに位置および経路情報などの情報を処理し記憶するために使用される少なくとも１つのプロセッサまたはコントローラ１０６、およびメモリ・モジュール１０７を含む。図２にさらに示されるように、いくつかの移動ノード１０３は、ノートブック・コンピュータ、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）、移動データ・ユニットまたは、他のいずれか適当な装置などのホスト１０９を含む。

図１の、移動アクセス・ポイント１０１は、自動車、トラック、バス、列車、タクシー、警察車、消防車または他の適当な移動可能な乗物の内側または外側に取付けられるように、物理的に非常に小さく構成される。図２に示すように、移動アクセス・ポイント１０１は、移動ノード１０３において同様に配備されるアンテナよりも高い利得を有する乗物の内部または外部に取付けられるアンテナ１０８を含む。アンテナ利得のこの変化の重要性については、下記に一層詳しく説明する。

アクセス・ポイント１０１が輸送機関に固定される応用において、アクセスポイントは取り付けられた輸送機関により供給される１２ＶのＤＣ電源などの実質的に一定の外部電源への接続も含むことができる。そうすることにより、各移動アクセスポイント１０１が、移動ノード、他のアクセス・ポイント、およびネットワーク１００を通して実施される強化されたネットワーク管理および制御機能を提供するネットワーク管理システム１０４と、通信することができる。

移動アクセス・ポイント１０１、無線ルータ１０２および移動ノード１０３は、さらに全地球測位システム（ＧＰＳ）、ディファレンシャル・ナビゲーション・システムまたは、先に引用した米国特許出願第０９／９８８，００１号に記述されたような他の位置決定システム、または当業者により理解される種々の技術をさらに含み得る。これらおよび他の類似のシステムは、各アクセス・ポイントおよび無線ルータがその相対的および実際の地理的位置を決定することを可能とする。任意の移動ノードがネットワーク１００内の１つのアクセス・ポイントとしてその移動アクセス・ポイントの使用を試みる場合など、動作中にネットワーク１００における他の構成へその位置が提供される。そうした位置決定システムの更なる詳細は、米国特許出願第０９／９７３，７９９号、２００１年１０月１１日出願、名称「通信ネットワーク内の無線ノードの位置を決定するための二方向範囲を効率的に遂行するシステムと方法（“System and Method for Efficiency Performing Two-Way Ranging to Determine the Location of a Wireless Node in a Communication Network”）」、米国特許出願第０９／９９６，６０３号、２００１年１１月３０日出願、および上記引用された米国特許出願第０９／９８８，００１号でさらに議論されており、それら各々の内容全体は引用してここに編入される。

図３Ａにおいて、図１のネットワーク１００内で使用される例示的な無線ルータ１０２の略図が示されている。このルータはハウジング１１０を含み、ハウジング１１０は長方形のケースから構成され、底部１１２に機械的に連結された上部１１１を有し、各々は例えば約３インチ×４インチの寸法を有する。上部および底部は、３インチ×４インチ×１インチからなる無線ルータの全体寸法を構成する４つの周辺面によって隔てられている。これらの寸法は、本実施例に使用される例として示されている。しかしながら代替実施例では、任意の特定据付けや使用のために適合された寸法を用いることができる。

第１の周辺側１１３は、一連の開口部内にオペレータ・インターフェイス制御およびインジケータを取付けるために使用される。そのような制御装置とインジケータは、使用が容易なオン−オフスイッチ１１４とルータ・ステータス・インジケータ１１５を含む。当業者に知られているように、ポータブル無線ルータ１０２は、装置の内部または外部のいずれかの電源（図示なし）への接続および図３Ｂに示されるポータブル構造上にルータを取付け可能とする取付け機構（図示なし）を含む。図３Ｂはポータブル構造１１６上に取付けられる図３Ａに示した無線ルータの概念図であって、ルータ１０２のアンテナは、配備面から約５ないし６フィートの高さ（level）で動作できるようになる。

図４は、本発明の１つの実施例により、火災救急シナリオ１１８などにおいて、本発明の１つの実施例がどのように配備されるかの概念図である。救急車１１９−ｎがある場所に出動するような典型的な火災救急シナリオにおいて、多くの消防要員１２０−ｎが働いている。到着に際し、あるいは、頻繁に火災救急を要請することで知られている場所において、複数のルータ１０２−ｎおよびポータブル構造１１６−ｎが作業領域に配置されている。図４は、アクセス・ポイント１０１およびネットワーク管理システム１０４が、それぞれ救急車１１９−１および１１９−２内に配置されている例示的な配備を示し、無線ルータ１０２−１、１０２−２および１０２−３は、それぞれポータブル構造１１６−１、１１６−２および１１２−３上の領域に配備され、個別の要員１２０−１、１２０−２は、それぞれ移動ノード１０３−１および１０３−２を各々携行している。図４に示すように、各移動ノード１０３は他の移動ノードと互いに直接に通信することができ、あるいは無線ルータ１０２、アクセス・ポイント１０１、またはネットワーク管理システム１０４を使用して間接的に通信可能である。各移動ノードはネットワーク管理システムへ、直接または同様の方法により間接的に通信が可能である。領域の周辺には数多くのルータ１０２が配置されているため、移動ノード間の通信リンクは、前記移動ノードが前記領域周辺を移動するにしたがって、１つの装置から別の装置へと引き渡される。

上記のように、ノードはアンテナおよび変動利得の通信制御対応が備えられる。図1における例では、その移動アクセス・ポイント１０１は、移動ノード１０３の利得よりも高い利得を有することができる。さらに各ノードは「緊急パワー・ブースト・ボタン」を有し、これは帯域または建物の壁／床内の信号の透過の増大のために、利得またはトランシーバの電力出力を増加させる。通常はルータ１０２と移動ノード１０３がＦＣＣリミットの範囲内で動作する。けれども緊急モードにおいては、通常のＦＣＣリミットを超えるレベルにより、各々が出力することができ、あるいはバッテリー寿命を最大化するために設定されている通常のバッテリー動作を超えることができる。

図５は、移動ノード１０３の概念図であって、配備した装置の位置と図４に示した要員の位置を示す。図５は、取付けホスト１０９を有する移動ノード１０３の例を示し、ホスト１０９は、ポータブル・ネットワーク１００内の装置の配置を表示するグラフィック・ウインドウを有し、また、ユーザが自身の足取りを辿って引き返すことができるようにするバック・トラック・ボタン１２２およびテキスト情報のためのステータス・ウインドウ１２３を有する。代わりのオペレータ・インターフェイス制御は、他の実施例に含まれ、または単に資産へ付加され、最小限の制御が備えられる。図５に示す実施例において、相対的配置のみが表示される。例えば図４のノード１０１、１０２、１０３および１０４の配備は、移動ノード１０３のグラフィック・ウインドウ１２１を介して示され、各々の距離と方向を含んでいる。さらにもう１つの実施例において、アクセス・ポイント１０１と無線ルータ１０２は絶対的位置情報を含み、各々の緯度、経度および高さもまた表示される。さらに、アクセス・ポイント１０１、無線ルータ１０２およびネットワーク管理システム１０４は、これらの表示の特徴と機能性を同様に含むことができる。

本発明の実施例は多数のシナリオにおいて応用できるが、しかしながら、例示目的のため緊急サービス配備シナリオへの応用実施例を以下の記述により示す。最も重要な目的は、緊急時の要員が個人またはチームとして、緊急状況の中で、他の緊急要員または資産を配置することを可能にすることである。図示の実施例において、緊急チームは、必要なシステムおよび装備を身につけ、そして迅速に配備されて行動がとられ、そしてその後解除される。前述のように、代替実施例では、定期的に生じ、資産が管理され、そして備えられる。そのような装備は配備され、ふさわしい場所に取っておかれる。

以下の配備では相対的位置が十分であり、実施例における要員および資産の追跡のために絶対的位置が必要とされない。言い換えれば、消防士は建物の入り口や他の消防士および設備に対する相対的な位置を知る必要がある一方、ある場所がニューヨークやロサンゼルスのどこであるかを知る必要がない。

図４に示すアクセス・ポイント１０１は、配備領域１１８の周辺のさまざまな位置に配置された消防車または他の輸送機関１１９内に配置される。アクセス・ポイント１０１から離れて配備される、高められた装置１１６上に取付けられた複合的な無線ルータ１０２は、これにより正確な取付けおよびその領域おけるＲＦ受信可能範囲となる。各緊急要員１０２および他の資産（図示なし）により移動ノード１０３が使用され、これにより配備領域１１８全体にわたり追跡と配置が可能になる。移動ノード１０３が配備されると、移動ノード１０３、無線ルータ１０２、アクセス・ポイント１０１およびネットワーク管理システム１０４の間で通信が確立される。そして図５に示したディスプレイを有するホスト装置を含む移動ノードを所持する個人が、装置において個人位置を識別することができるようになり、また装置間の方向情報を同様に識別することができる。加えて、ネットワーク管理システムは、その場面における全要員、装備および輸送機関の配置と追跡等、全般的な配備を管理することができるようになる。

本発明の、１つの実施例の例示的な実施において、配備領域１１８が最初に識別されて、救急車１１９−１および１１９−２が到着する。緊急要員１２０−１および１２０−２が、複合的な無線ルータ１０２−１、１０２−２および１０２−３を配備して、図４に示す受信可能領域を提供する。各個別の消防要員１０２および資産（図示なし）が移動ノード１０３を携行し、この場面におけるいずれの建物へも自由に立入り、各自間で直接移動ノード１０３および関連する取付けホスト装置１０９を使用して、配備された無線ルータ１０２を介して、完全な音声およびデータ通信が確立し維持される。各移動ノード１０３はまた、配備領域における輸送機関１１９−２に配置されたネットワーク管理システム１０４と、通信能力を可能にする。移動ノード１０３およびネットワーク管理システム１０４は、ポータブル・ネットワーク内の要員、輸送機関および無線ルータの配置を示すことにより、各装置１０１、１０２、１０３および１０４の相対的位置を各々表示する。アクセス・ポイント１０１と無線ルータ１０２が、ＧＰＳなどの位置測位能力を有する場合には、絶対的位置をも表示することができる。

建物は無線通信へのさらなる課題を提供する。図４に示された配備領域１１８における建物内の受信可能範囲は、制限されるか、あるいはある状況の下で存在しなくなる。建物が受信可能範囲へ障害を課す場合に、図４に示す本発明の実施例は非常に単純でコスト効果の優れた解決法を提供することができる。無線ルータ１０２は、図３Ａに示すように小さな装置であるため、建物内の消防士により、フロアまたは階段開口部へ容易に搬送することができる。消防士が建物の外部と内部との間の通信受信可能範囲の限界に達すると、彼らは無線ルータ１０２を配備し、３次元ブリッジ通信リンク（a three-dimensional bridging communication link）、または「パンくず（“bread crumb”）」の役目として、建物の内部へさらに受信可能範囲を拡げる。建物外部へのこの拡張された消防士との接続は、今や現場および建物全体に配備した１またはそれ以上の無線ルータ１０２を通じて「デージー・チェーン（“daisy chained”）」となる。さらに無線ルータの配備次第で、同様に３次元における位置決定も遂行され、移動ノードおよびネットワーク管理システムへ提供される。

本発明の実施例による相対的位置決定利用の別の例は、「バック・トラッキング（“backtracking”）」すなわち、移動ノード１０３および配備した無線ルータ、または上記の「パンくず」を使用してのパス目印（path documentation）である。この特徴は、動作可能な状態とした場合に、輸送機関あるいはホームポジション（home position）などの第1出発地点から現在の地点に至るまで、消防士の動きを３次元で追跡し続ける。そうすることにより、消防士は、パス目印または「パンくず」跡を使用して、移動ノード１０３のディスプレイ特徴上、その応用がこの情報を逆方向にリプレイする場合に、消防車へ戻り、消防士の足取りを追跡することができる。上記の明らかになった本発明実施例のさらなる別の特徴は、活動不能になった要員（disabled personnel）の位置を決定する能力である。上記のパス目印の特徴と類似の方法により、配備場面における活動不能となった移動ノード・ユーザを、移動ノード１０３を使用して、他の移動ノードからの方向距離および通過路を決定し、通信することができ、これにより活動不可能となったユーザを電子的に位置決定することができる。

本実施例の追加のアプリケーションは、他の緊急サービスに関連する。移動ノードの小さなサイズと比較的低いコストにより、それらを要員や資産の配備の追跡に使用することができる。これには、発電機または（心臓の）細動除去器のような資産や優先順位ごとの患者の要員などが含まれる。さらに他のアプリケーションでは、警察犬が容疑者を追跡し、そして種々の警察ユニットが到着するにしてするような場合が含まれ、各々が容易に見つけられ、位置決定され、そして参照される。

この実施例の大きな利点は、ＧＰＳシステムを必要とせずに、資産を迅速に追跡し、位置決定できることである。当業者に理解されるようにＧＰＳシステムは初期の同期に時間がかかり、概して目視による視覚コミュニケーションを必要とする。そのような装置は、しばしば複雑で無駄があり、「寄せ集め（“built up”）」の領域である。上記実施例は、ＧＰＳによるコストと複雑性を必要とせず、またそのようなシステムが提供する絶対的位置決定を必要としない。

本発明の２、３の例示的な実施例のみを上記で詳細に説明してきたが、当業者に容易に理解されるように、本発明の新規な教義と利点から実質的に離れることなく、例示の実施例には多くの修正が可能であろう。したがって、すべてのそのような修正が、定義された通り本発明の範囲内に含まれることを意図している。

本発明のこれらおよび他の諸目的、利点および新規な特徴は、添付図面と共に、上記の説明を読む場合に一層明らかになる。
本発明の実施例による複数のノードを含む例示的なアドホック・パケット・スイッチの無線通信ネットワークのブロック図である。 図１に示したネットワークに使用される移動ノードの例のブロック図である。 図１に示したネットワークに使用される無線ルータの例の略図である。 本発明の実施例によるポータブル構造上に取付けられた図３Ａに示した無線ルータの例の略図である。 本発明の実施例により火災−救急シナリオ内に、どのように本発明の実施例が配備されるかを、図示する略図である。 本発明の実施例により、配備した装備と要員の配置を表示する移動ノードの例の略図である。

Claims (33)

1. アドホック通信ネットワーク内のノード位置情報を表示する方法であって、前記ネットワークが前記ネットワーク内の他のノードへ信号を送信し受信するように適合された複数のノードを含み、前記方法は、
   １つの配備領域内に複数のノードを配置し、前記複数のノードのいくつかのノードにより算出される距離測定に基づいて前記複数のノードの少なくとも１つのノードの位置を算出し、前記複数のノードの第１ノードへ前記ノード位置情報を通信するために前記複数のノードのいくつかを制御し、
   前記ノード位置情報に基づいて、前記少なくとも１つのノードの絶対的位置と、前記少なくとも１つのノードの相対的位置と、前記少なくとも１つのノードの移動の第１パスとのうちの少なくとも１つを算出し表示するように前記複数のノードの前記第１ノードを制御し、
   ある時間における均等な時間間隔において決定された前記少なくとも１つのノードの少なくとも１つの算出された位置に基づき算出された一連の位置を含み、前記少なくとも１つのノードが起点位置から目的位置へ移動する前記第１パスを算出し表示するために前記第１ノードを制御する、前記方法。
2. 前記複数のノードが、少なくとも１つの移動ノード、無線ルータ・ノード、アクセス・ポイント・ノードおよびネットワーク管理ノードを含む請求項１記載の方法。
3. 前記配備領域において前記複数のノードを前記配置することは、前記複数のノードの各ノードの間に少なくとも１つの通信ルートを確立する請求項１記載の方法。
4. 前記配備領域で前記複数のノードを前記配置することは、前記複数のノードの各ノードと前記第１ノードの間に少なくとも１つの通信ルートを確立する請求項１記載の方法。
5. 前記少なくとも１つのノードの前記位置を前記算出することは、全地球測位システム、ディファレンシャル・ナビゲーション・システムおよび三角システムの中の少なくとも１つに基づく請求項１記載の方法。
6. 請求項１記載の方法であって、さらに緯度、経度および高度の位置の少なくとも１つを含む、前記少なくとも１つのノードの絶対的位置を算出し表示するように前記第１ノードを制御する、前記方法。
7. 請求項１記載の方法であって、さらに前記第１ノードと前記少なくとも１つのノードの間の距離および角度の少なくとも１つを含む、前記少なくとも１つのノードの相対的位置を算出し表示するように前記第１ノードを制御する、前記方法。
8. 請求項１記載の方法であって、さらに前記少なくとも１つのノードと前記複数のノードの第２ノードの間の距離および角度の少なくとも１つを含む、前記少なくとも１つのノードの相対的位置を算出し表示するように前記第１ノードを制御する、前記方法。
9. 請求項１記載の方法であって、さらに前記算出された一連の位置を逆順に表示するように前記第１ノードを制御し、前記逆順は前記目的位置から前記起点位置へ前記第１パスを例証する、前記方法。
10. 請求項１記載の方法であって、さらに前記算出された一連の位置を正順に表示するように前記第１ノードを制御し、前記正順は前記起点位置から前記目的位置へ前記第１パスを例証する、前記方法。
11. 請求項１記載の方法であって、さらに前記第１ノードと前記少なくとも１つのノードの間の第２パスを算出し表示するように前記第１ノードを制御し、前記第１ノードと前記少なくとも１つのノードの間で算出された一連の位置を含む、前記方法。
12. 前記第１ノードが前記少なくとも１つのノードであり、
    前記制御するステップが前記第１ノードを制御して、前記第１ノードの絶対的位置、相対的位置および前記第１パスのうちの少なくとも１つを算出し表示する請求項１記載の方法。
13. 前記少なくとも１つのノードである前記第１ノードが移動ノードである請求項１２記載の方法。
14. 前記少なくとも１つのノードが移動ノードである請求項１記載の方法。
15. 前記いくつかのノードが固定ノードである請求項１記載の方法。
16. 前記少なくとも１つのノード、前記いくつかのノードおよび前記第１ノードを含む前記ノードが前記ネットワーク内の他のノードを介して互いにデータ・パケットを通信し、前記他のノードがルータとして動作する請求項１記載の方法。
17. アドホック通信ネットワーク内のノード位置情報を表示するシステムであって、前記ネットワークは前記ネットワーク内の他のノードへ信号を送信し他のノードから信号を受信するように適合された複数のノードを含み、前記システムは、
    配備および配備領域を占有するように適合され、かつ、前記複数のノードのいくつかのノードにより算出された距離測定に基づいて前記複数のノードの少なくとも１つのノードの位置を算出し、前記複数のノードの第１ノードへ前記ノード位置情報を通信することに応答する複数のノードと、
    前記少なくとも１つのノードの絶対的位置と、前記少なくとも１つのノードの相対的位置と、前記少なくとも１つのノードの移動の第１パスとのうちの少なくとも１つを前記ノード位置情報に基づいて算出し表示するように適合された前記第１ノードと、
    を含み、
    前記第１ノードが前記第１パスを算出し表示するように適合され、前記第１パスはある時間における均等な時間間隔において決定された前記少なくとも１つのノードの、少なくとも１つの算出された位置に基づき算出された一連の位置を含み、前記少なくとも１つのノードが起点位置から目的位置へ移動する前記システム。
18. 前記複数のノードが、移動ノード、無線ルータ・ノード、アクセス・ポイント・ノードおよびネットワーク管理ノードのうちの少なくとも１つを含む請求項１７記載のシステム。
19. 前記複数のノードを配備し、配備領域を占有して、前記複数のノードの各ノードの間に少なくとも１つの通信ルートを確立するように適合された請求項１７記載のシステム。
20. 前記複数のノードを配備し、配備領域を占有して、前記複数のノードの各ノードと前記第１ノードとの間に少なくとも１つの通信ルートを確立するように適合された請求項１７記載のシステム。
21. 前記複数のノードが、全地球測位システム、ディファレンシャル・ナビゲーション・システムおよび三角システムの中の少なくとも１つに基づいて、前記少なくとも１つのノードの前記位置を算出するように適合された請求項１７記載のシステム。
22. 前記第１ノードが、緯度、経度および高さの位置の少なくとも１つを含む前記少なくとも１つのノードの絶対的位置を算出し表示するように適合された請求項１７記載のシステム。
23. 前記第１ノードが、前記第１ノードと前記少なくとも１つのノードの間の距離および角度の少なくとも１つを含む、前記少なくとも１つのノードの相対的位置を算出し表示するように適合された請求項１７記載のシステム。
24. 前記第１ノードが、前記少なくとも１つのノードと前記複数のノードの第２ノードの間の距離および角度の少なくとも１つを含む、前記少なくとも１つのノードの相対的位置を算出し表示するように適合された請求項１７記載のシステム。
25. 前記第１ノードが、前記算出された一連の位置を逆順に表示するように適合され、前記逆順は前記第１パスを前記目的位置から前記起点位置へ例証する請求項１７記載のシステム。
26. 前記第１ノードが、前記算出された一連の位置を正順に表示するように適合され、前記正順は前記第１パスを前記起点位置から前記目的位置へ例証する請求項１７記載のシステム。
27. 前記第１ノードが、前記第１ノードと前記少なくとも１つのノードとの間に第２パスを表示し、前記第１ノードと前記少なくとも１つのノードとの間に算出された一連の位置を含む請求項１７記載のシステム。
28. 前記第１ノードが前記少なくとも１つのノードであり、前記第１ノードが該第１のノードの絶対的位置、相対的位置および前記第１パスのうち少なくとも１つを算出し表示する請求項１７記載のシステム。
29. 前記少なくとも１つのノードである前記第１ノードが移動ノードである請求項２８記載のシステム。
30. 前記少なくとも１つのノードが移動ノードである請求項１７記載のシステム。
31. 前記いくつかのノードが固定ノードである請求項１７記載のシステム。
32. 前記少なくとも１つのノード、前記いくつかのノードおよび前記第１ノードを含むノードがネットワーク内の他のノードを介して互いにデータ・パケットを通信し、前記他のノードがルータとして動作する請求項１７記載のシステム。
33. アドホック通信ネットワーク内のノード位置情報を表示するシステムであって、前記ネットワークが前記ネットワーク内の他のノードへ信号を送信し他のノードから信号を受信するように適合された複数のノードを含み、前記システムは、
    配備および配備領域を占有するように適合され、かつ、前記複数のノードのいくつかのノードにより算出された距離測定に基づいて前記複数のノードの少なくとも１つのノードの位置を算出し、前記ノードが前記複数のノードの第１ノードへ前記ノード位置情報を通信することに応答する複数のノードと、
    前記少なくとも１つのノードの絶対的位置と、前記少なくとも１つのノードの相対的位置と、前記少なくとも１つのノードの移動の第１パスとのうちの少なくとも１つを前記ノード位置情報に基づいて算出し表示するように適合された前記第１ノードと、
    を含み、
    前記複数のノードの少なくとも１つのノードが、第１および第２の利得レベルで動作するように適合された可変利得トランシーバーを含み、前記第２の利得レベルが前記第１の利得レベルよりも大きいかまたは相等しいシステム。

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