JP5026324B2 - Event recognition system and event recognition method - Google Patents
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Description
本発明は、センシング機能および通信機能を備えた複数のセンサノードと、これらのセンサノードからデータを収集して事象を認識するサーバとからなる事象認識システムに関するものである。 The present invention relates to an event recognition system including a plurality of sensor nodes having a sensing function and a communication function, and a server that collects data from these sensor nodes and recognizes events.
近年、環境計測、防災、防犯、製造などの分野でネットワークに接続されたセンサを用いてリアルタイムで情報を収集できるものがある。このようなものの中には、単純にセンサの応答値を通信回線によって遠隔地に送信するものの他に、検知データの特性、例えば緊急度などに応じて通信回線を選択するものなどがある。また、情報収集の簡易化から、バッテリ駆動かつ無線によるデータ通信機能をもっセンサノードからなるセンサネットワークを用いるものがある。 In recent years, there are those that can collect information in real time using sensors connected to a network in fields such as environmental measurement, disaster prevention, crime prevention, and manufacturing. Among these, in addition to simply transmitting the response value of the sensor to a remote location via a communication line, there are those that select a communication line according to the characteristics of the detected data, for example, the degree of urgency. In addition, in order to simplify information collection, there is one using a sensor network including sensor nodes having a battery-driven and wireless data communication function.
このようなバッテリ駆動の無線センサネットワークにおいては、センシング機能の高度化と駆動時間の長期化とを両立する技術が開発されている。例えば、センサノードのセンシング機能を有するハードウェアモジュールで消費する電力と通信機能を有するハードウェアモジュールで消費する電力の和の平均が一定になるように制御したり、電力の和の平均が各センサノード間で等しくなるように制御したり、あるいは電力の和の平均が残存バッテリ容量に比例するように制御したりして、緊急度の高い情報や重要な情報をセンシングするセンサノードにおいてはセンシング機能のハードウェアモジュールで消費する電力を多くし、その他は通信機能のハードウェアモジュールで消費する電力を多くするようなセンサネットワークが提案されている(特許文献1参照)。 In such a battery-driven wireless sensor network, a technology has been developed that achieves both a sophisticated sensing function and a long drive time. For example, the average of the sum of the power consumed by the hardware module having the sensing function of the sensor node and the power consumed by the hardware module having the communication function is controlled to be constant, Sensing function for sensor nodes that sense highly urgent information or important information by controlling the nodes to be equal or controlling the sum of power to be proportional to the remaining battery capacity There has been proposed a sensor network that increases the power consumed by the hardware module of No. 1 and increases the power consumed by the hardware module of other communication functions (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1で提案されたセンサネットワークには、以下のような問題点があった。すなわち、このセンサネットワークにおいて、センサノードは人の存在や粒子濃度、ひずみの存在といった単一の事象を検知するものである。しかし、このセンサネットワークでは、空間的な動きである人の行動パターンなど、変化する事象を複数のセンサノードで検出する場合、重要な情報を検出しているセンサノードを特定したり評価したりすることができず、センシング事象の時間的な変化に対応することができなかった。 However, the sensor network proposed in Patent Document 1 has the following problems. That is, in this sensor network, the sensor node detects a single event such as the presence of a person, the concentration of particles, or the presence of strain. However, this sensor network identifies and evaluates sensor nodes that detect important information when multiple sensor nodes detect changing events such as human behavior patterns that are spatial movements. It was not possible to cope with the temporal change of the sensing event.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、事象の認識にとって重要なセンサノードを選択して事象を認識することができる事象認識システムおよび事象認識方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an event recognition system and an event recognition method capable of recognizing an event by selecting a sensor node important for event recognition. .
本発明は、事象を検出するセンシング機能および通信機能を備えた複数のセンサノードと、これらのセンサノードからデータを収集するサーバとからなる事象認識システムにおいて、前記サーバは、学習用のサンプル事象を検出したセンサノードの時系列のセンサデータから特徴ベクトルを生成し、この特徴ベクトルと前記サンプル事象の望ましい認識結果とから、事象認識の決定木を生成する決定木生成手段と、学習時に前記決定木に従って各センサノードの機能を選択するセンサノード機能選択手段と、学習時に前記センサノード機能選択手段によって選択された機能を各センサノードに通知するセンサノード機能通知手段と、学習後の動作において事象を検出したセンサノードからセンサデータが得られたときに、前記決定木を用いて事象を認識する事象認識手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の事象認識システムの1構成例において、前記センサノード機能選択手段は、各センサノードをデータ中継を行う中継ノードと、事象の検出とデータ中継の両方を行うセンシングノードに区分することを特徴とするものである。
また、本発明の事象認識システムの1構成例において、前記センサノードは、事象を検出するセンサと、自ノードの通信コストとセンシングコストを決定するコスト決定手段と、このコスト決定手段が決定した通信コストとセンシングコストを他のセンサノードに通知するコスト通知手段と、前記サーバまでの直通の通信路を確保できない場合に、通信範囲内にある他のセンサノードから通信コストとセンシングコストのデータを受信し、自ノードの通信範囲内にあるセンサノードのうち、通信コストとセンシングコストの和が最小となるセンサノードを中継ノードとして選択する中継ノード選択手段と、前記センサが事象を検出したときに、事象を検出したことを示すセンサデータを送信するセンサデータ送信手段と、他のセンサノードからセンサデータを受信したときに、前記サーバまでの直通の通信路を確保できている場合は、受信したセンサデータを前記サーバ宛に転送し、前記サーバまでの直通の通信路を確保できない場合は、受信したセンサデータを前記中継ノード選択手段が選択した中継ノード宛に転送するデータ中継手段とを備えることを特徴とするものである。
The present invention relates to an event recognition system comprising a plurality of sensor nodes having a sensing function and a communication function for detecting an event, and a server for collecting data from these sensor nodes. A decision tree generating means for generating a feature vector from time-series sensor data of the detected sensor nodes, and generating a decision tree for event recognition from the feature vector and a desired recognition result of the sample event; and the decision tree during learning Sensor node function selecting means for selecting the function of each sensor node according to the above, sensor node function notifying means for notifying each sensor node of the function selected by the sensor node function selecting means at the time of learning, and an event in the operation after learning When sensor data is obtained from the detected sensor node, the decision tree is used. It is characterized in further comprising a event recognition means for recognizing an elephant.
Also, in one configuration example of the event recognition system of the present invention, the sensor node function selecting means divides each sensor node into a relay node that performs data relay and a sensing node that performs both event detection and data relay. It is characterized by.
In one configuration example of the event recognition system of the present invention, the sensor node includes a sensor for detecting an event, a cost determining unit for determining a communication cost and a sensing cost of the own node, and a communication determined by the cost determining unit. Cost notification means for notifying other sensor nodes of cost and sensing cost, and receiving communication cost and sensing cost data from other sensor nodes within the communication range when a direct communication path to the server cannot be secured Then, among the sensor nodes within the communication range of the own node, when the sensor detects an event, the relay node selection means for selecting the sensor node having the smallest sum of the communication cost and the sensing cost as the relay node, Sensor data transmission means for transmitting sensor data indicating that an event has been detected, and other sensor nodes When the sensor data is received, if a direct communication path to the server can be secured, the received sensor data is transferred to the server, and if the direct communication path to the server cannot be secured, It comprises data relay means for transferring the received sensor data to the relay node selected by the relay node selection means.
また、本発明の事象認識方法は、サーバが、学習用のサンプル事象を検出したセンサノードの時系列のセンサデータから特徴ベクトルを生成し、この特徴ベクトルと前記サンプル事象の望ましい認識結果とから、事象認識の決定木を生成する決定木生成ステップと、サーバが、学習時に前記決定木に従って各センサノードの機能を選択するセンサノード機能選択ステップと、サーバが、学習時に前記センサノード機能選択ステップで選択した機能を各センサノードに通知するセンサノード機能通知ステップと、サーバが、学習後の動作において事象を検出したセンサノードからセンサデータが得られたときに、前記決定木を用いて事象を認識する事象認識ステップとを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の事象認識方法の1構成例において、前記センサノード機能選択ステップは、各センサノードをデータ中継を行う中継ノードと、事象の検出とデータ中継の両方を行うセンシングノードに区分することを特徴とするものである。
また、本発明の事象認識方法の1構成例は、センサノードが、自ノードの通信コストとセンシングコストを決定するコスト決定ステップと、センサノードが、前記コスト決定ステップで決定した通信コストとセンシングコストを他のセンサノードに通知するコスト通知ステップと、センサノードが、前記サーバまでの直通の通信路を確保できない場合に、通信範囲内にある他のセンサノードから通信コストとセンシングコストのデータを受信し、自ノードの通信範囲内にあるセンサノードのうち、通信コストとセンシングコストの和が最小となるセンサノードを中継ノードとして選択する中継ノード選択ステップと、センサノードが、事象を検出したときに、事象を検出したことを示すセンサデータを送信するセンサデータ送信ステップと、センサノードが、他のセンサノードからセンサデータを受信したときに、前記サーバまでの直通の通信路を確保できている場合は、受信したセンサデータを前記サーバ宛に転送し、前記サーバまでの直通の通信路を確保できない場合は、受信したセンサデータを前記中継ノード選択ステップで選択した中継ノード宛に転送するデータ中継ステップとを備えることを特徴とするものである。
In the event recognition method of the present invention, the server generates a feature vector from the time-series sensor data of the sensor node that has detected the sample event for learning, and from this feature vector and a desired recognition result of the sample event, A decision tree generation step for generating a decision tree for event recognition, a sensor node function selection step for the server to select a function of each sensor node according to the decision tree during learning, and a server for the sensor node function selection step for learning. A sensor node function notifying step for notifying each sensor node of the selected function, and when the server obtains sensor data from the sensor node that detected the event in the operation after learning, the event is recognized using the decision tree. And an event recognition step.
Also, in one configuration example of the event recognition method of the present invention, the sensor node function selection step divides each sensor node into a relay node that performs data relay and a sensing node that performs both event detection and data relay. It is characterized by.
In addition, according to one configuration example of the event recognition method of the present invention, a sensor node determines a communication cost and a sensing cost of its own node, and a communication cost and a sensing cost determined by the sensor node in the cost determination step. A cost notification step for notifying other sensor nodes, and if the sensor node cannot secure a direct communication path to the server, it receives communication cost and sensing cost data from other sensor nodes within the communication range. When the sensor node detects an event, the relay node selection step of selecting the sensor node having the smallest sum of the communication cost and the sensing cost as the relay node among the sensor nodes within the communication range of the own node, A sensor data transmission step for transmitting sensor data indicating that an event has been detected; When a sensor node has received sensor data from another sensor node and has secured a direct communication path to the server, it transfers the received sensor data to the server and A data relay step of transferring the received sensor data to the relay node selected in the relay node selection step when the communication path cannot be secured is provided.
本発明によれば、学習用のサンプル事象を検出したセンサノードの時系列のセンサデータから特徴ベクトルを生成し、この特徴ベクトルとサンプル事象の望ましい認識結果とから決定木を生成し、決定木に従って各センサノードの機能を選択し、選択した機能を各センサノードに通知するようにしたので、事象の認識にとって重要な最低限必要なセンシングノードとセンシングを行わない中継ノードとを特定することが可能となる。したがって、本発明では、認識したい事象の例を予め学習用のサンプル事象として与えて、事象認識システムを学習させ、決定木を生成させるようにすれば、事象認識システムが事象の認識にとって重要な最低限必要なセンシングノードを自動的に選択するので、人の行動パターンなどの変化する事象に対応することができる。また、本発明では、センシング能力を犠牲にすることなく最小限のセンサノードによるセンサネットワークを構成することが可能となる。 According to the present invention, a feature vector is generated from time-series sensor data of a sensor node that has detected a sample event for learning, and a decision tree is generated from the feature vector and a desired recognition result of the sample event. By selecting the function of each sensor node and notifying each sensor node of the selected function, it is possible to identify the minimum necessary sensing node for event recognition and the relay node that does not perform sensing It becomes. Therefore, in the present invention, if an example of an event to be recognized is given as a sample event for learning in advance, and the event recognition system is trained and a decision tree is generated, the event recognition system is at least important for event recognition. Since the necessary sensing nodes are automatically selected, it is possible to deal with changing events such as human behavior patterns. In the present invention, it is possible to configure a sensor network with a minimum number of sensor nodes without sacrificing the sensing capability.
また、本発明では、センサノードが、自ノードの通信コストとセンシングコストを決定して他のセンサノードに通知し、サーバまでの直通の通信路を確保できない場合に、通信範囲内にある他のセンサノードから通信コストとセンシングコストのデータを受信し、自ノードの通信範囲内にあるセンサノードのうち、通信コストとセンシングコストの和が最小となるセンサノードを中継ノードとして選択するようにしたので、センサネットワークを再構成することができ、センシング機能を犠牲にすることなく、センシング機能と通信機能を両立させることができる。また、学習後の動作において行うようにすれば、最新の通信状況やセンサノードの最新のリソースに応じて、センサネットワークを再構成することができる。 Further, in the present invention, when a sensor node determines its own communication cost and sensing cost and notifies other sensor nodes, and a direct communication path to the server cannot be secured, other sensor nodes within the communication range Since the data of the communication cost and the sensing cost is received from the sensor node, the sensor node having the smallest sum of the communication cost and the sensing cost is selected as the relay node among the sensor nodes within the communication range of the own node. The sensor network can be reconfigured, and both the sensing function and the communication function can be achieved without sacrificing the sensing function. Further, if it is performed in the operation after learning, the sensor network can be reconfigured according to the latest communication status and the latest resource of the sensor node.
以下、本発明の実施の形態の事象認識システムおよび事象認識方法について図に基づいて詳細に説明する。図1は本実施の形態に係るセンサノードの構成を示すブロック図である。センサノード1は、温度センサやガスセンサ、人感センサやスイッチなどの状態測定用センサ2と、センサノード1の検出結果やセンサノード1に固有のIDを送信し、後述するサーバから信号を受信する無線通信機能モジュール3と、センサデータおよびプログラムを記憶するメモリ4と、メモリ4に格納されたプログラムに従って状態測定用センサ2や無線通信機能モジュール3を制御するCPU(Central Processing Unit)5などを備えている。 Hereinafter, an event recognition system and an event recognition method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a sensor node according to the present embodiment. The sensor node 1 transmits a state measurement sensor 2 such as a temperature sensor, a gas sensor, a human sensor or a switch, a detection result of the sensor node 1 or a unique ID to the sensor node 1, and receives a signal from a server which will be described later. A wireless communication function module 3, a memory 4 that stores sensor data and a program, and a CPU (Central Processing Unit) 5 that controls the state measurement sensor 2 and the wireless communication function module 3 in accordance with the program stored in the memory 4 are provided. ing.
状態測定用センサ2としては、室内の人の行動をセンシングするために使用される場合は人感センサやスイッチが採用され、環境計測に使用される場合はガスセンサや温度センサなどが採用される。人感センサとしては、例えば赤外線、超音波、可視光などを用いたものがある。このように、状態測定用センサ2はセンシング目的により適宜選択されるものである。 As the state measuring sensor 2, a human sensor or a switch is adopted when used for sensing indoor human behavior, and a gas sensor or a temperature sensor is adopted when used for environmental measurement. Examples of the human sensor include those using infrared rays, ultrasonic waves, visible light, and the like. As described above, the state measuring sensor 2 is appropriately selected depending on the sensing purpose.
センサノード1は、小型であり、また図示しない内部のバッテリによって駆動可能であるため、ユーザが容易に設置することが可能である。センサノード1の電源として商用電源を利用することも可能であるが、バッテリ駆動により場所を選ばず設置することができる。無線通信機能モジュール3と後述するサーバとの間の無線通信としては、無線LAN(Local Area Network)、特定小電力無線、微弱無線、ZigBee(登録商標)、Bluetooth(登録商標)などを利用できる。これらの無線通信を利用した場合、無線通信距離は数mから数十mである。ただし、センサノード1は中継機能を備えているため、他のセンサノード1とサーバとの間の通信を中継することにより長距離の通信を実現できる。 Since the sensor node 1 is small and can be driven by an internal battery (not shown), the user can easily install the sensor node 1. Although a commercial power source can be used as the power source of the sensor node 1, it can be installed anywhere by battery drive. As wireless communication between the wireless communication function module 3 and a server to be described later, a wireless local area network (LAN), a specific low power wireless, a weak wireless, ZigBee (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), or the like can be used. When these wireless communications are used, the wireless communication distance is several meters to several tens of meters. However, since the sensor node 1 has a relay function, long-distance communication can be realized by relaying communication between other sensor nodes 1 and the server.
図2は本実施の形態に係るサーバの構成を示すブロック図である。サーバ6は、パーソナルコンピュータのようなもので構成することが可能である。このサーバ6は、データやプログラムを記憶するメモリ7と、メモリ7に格納されたプログラムに従ってサーバ全体を制御するCPU8と、通信インタフェース10などを備えている。通信インタフェース10には、センサノード1と無線通信を行うセンサノード用送受信器9が接続されている。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the server according to the present embodiment. The server 6 can be configured as a personal computer. The server 6 includes a memory 7 that stores data and programs, a CPU 8 that controls the entire server in accordance with a program stored in the memory 7, a communication interface 10, and the like. Connected to the communication interface 10 is a sensor node transceiver 9 for performing wireless communication with the sensor node 1.
通信インタフェース10としては、例えばシリアルポート、パラレルポート、LANポート、USB(Universal Serial Bus)ポート、CF(CompactFlash)カードスロットなどを利用することができる。いずれの場合も、センサノード用送受信器9側にも同様のインタフェースが必要となる。 As the communication interface 10, for example, a serial port, a parallel port, a LAN port, a USB (Universal Serial Bus) port, a CF (CompactFlash) card slot, or the like can be used. In either case, a similar interface is required on the sensor node transceiver 9 side.
図3は本実施の形態に係る事象認識システムの構成を示す図である。ユーザ(不図示)の周囲に設置されている複数のセンサノード1−1〜1−3は、ユーザの存在を人感センサなどの状態測定用センサ2によって検出し、ユーザの存在を検出したことを示す検出データとセンサノードのIDとをサーバ6へ送信するか、あるいは検出データの代わりにIDをサーバ6へ送信する。以下、センサノード1から得られる検出データとIDを総称して、センサデータと呼ぶ。 FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the event recognition system according to the present embodiment. The plurality of sensor nodes 1-1 to 1-3 installed around the user (not shown) have detected the presence of the user by detecting the presence of the user with the state measuring sensor 2 such as a human sensor. Is transmitted to the server 6 or the ID of the sensor node is transmitted to the server 6 instead of the detected data. Hereinafter, the detection data and ID obtained from the sensor node 1 are collectively referred to as sensor data.
サーバ6は、センサノード用送受信器9を経由してセンサノード1からセンサデータを受信する。そして、サーバ6は、受信したセンサデータに基づいてパターン認識を行うことにより、センサノード1で検出された事象(ユーザの行動や環境の状態)を認識する。さらに、サーバ6は、各センサノード1をセンシングノードと中継ノードに区分し、各センサノード1に機能を通知する。 The server 6 receives sensor data from the sensor node 1 via the sensor node transceiver 9. And the server 6 recognizes the event (a user's action and the state of an environment) detected by the sensor node 1 by performing pattern recognition based on the received sensor data. Furthermore, the server 6 divides each sensor node 1 into a sensing node and a relay node, and notifies each sensor node 1 of the function.
図4はサーバ6のCPU8によって実現される機能手段を示すブロック図である。CPU8によって実現される機能手段としては、センサノード制御部12と、データベース13と、事象認識部14とがある。センサノード制御部12は、決定木生成部15と、センサノード機能選択部16と、センサノード機能通知部17とから構成される。 FIG. 4 is a block diagram showing functional means realized by the CPU 8 of the server 6. Functional means realized by the CPU 8 include a sensor node control unit 12, a database 13, and an event recognition unit 14. The sensor node control unit 12 includes a decision tree generation unit 15, a sensor node function selection unit 16, and a sensor node function notification unit 17.
決定木生成部15は、学習時にセンサノード1から得られたセンサデータとユーザによって入力された望ましい認識結果とをメモリ7に格納して、メモリ7にデータベース13を構築し、このセンサデータと望ましい認識結果とから、センサノード1によって検出された事象を認識するための決定木をデータベース13に構築する。 The decision tree generation unit 15 stores the sensor data obtained from the sensor node 1 at the time of learning and the desired recognition result input by the user in the memory 7 and constructs the database 13 in the memory 7. A decision tree for recognizing an event detected by the sensor node 1 is constructed in the database 13 from the recognition result.
センサノード機能選択部16は、データベース13に構築された決定木に基づいて、事象の認識にとって重要な最低限必要なセンサノード1を選択することにより、各センサノード1の機能を選択する。
センサノード機能通知部17は、センサノード機能選択部16によって選択された機能を通信インタフェース10を通じて各センサノード1に通知する。
The sensor node function selection unit 16 selects the function of each sensor node 1 by selecting the minimum necessary sensor node 1 important for event recognition based on the decision tree constructed in the database 13.
The sensor node function notifying unit 17 notifies each sensor node 1 of the function selected by the sensor node function selecting unit 16 through the communication interface 10.
事象認識部14は、学習後の認識動作において、センサノード1から得られたセンサデータを基にデータベース13を参照し、決定木を用いたパターン認識を行って事象を認識する。
CPU8は、メモリ7に格納されたプログラムを実行することにより、センサノード制御部12とデータベース13と事象認識部14とを実現する。
The event recognition unit 14 refers to the database 13 based on the sensor data obtained from the sensor node 1 in the recognition operation after learning, and recognizes the event by performing pattern recognition using a decision tree.
The CPU 8 implements the sensor node control unit 12, the database 13, and the event recognition unit 14 by executing a program stored in the memory 7.
なお、センサノード制御部12とデータベース13と事象認識部14とは必ずしもサーバ6内に構築されなければならないわけでなく、より高性能の計算資源を利用するためにシステム外部にセンサノード制御部12とデータベース13と事象認識部14とを配置し、通信ネットワークを経由してサーバ6と通信を行うようにしてもよい。また、データベース13を、ユーザ毎に用意することもできる。 Note that the sensor node control unit 12, the database 13, and the event recognition unit 14 do not necessarily need to be built in the server 6, and the sensor node control unit 12 is provided outside the system in order to use higher performance computing resources. The database 13 and the event recognition unit 14 may be arranged to communicate with the server 6 via a communication network. Further, the database 13 can be prepared for each user.
図5はある環境、例えば居室内におけるセンサノード1−1〜1−10の配置例を表した平面図である。センサノード1−1〜1−10は、居室の入口50から通路51に沿って配置されている。各センサノード1−1〜1−10の状態測定用センサ2としては、ユーザによる接触を検出する接触センサや、ユーザの接近を検出する人感センサなどが使用される。
サーバ6は、ユーザの行動を認識し、居室の照明や空調などの環境制御をしたり、ユーザの監視を行ったりする。
FIG. 5 is a plan view illustrating an arrangement example of the sensor nodes 1-1 to 1-10 in a certain environment, for example, a living room. The sensor nodes 1-1 to 1-10 are arranged along the passage 51 from the entrance 50 of the living room. As the sensor 2 for measuring the state of each of the sensor nodes 1-1 to 1-10, a contact sensor for detecting contact by a user, a human sensor for detecting approach of the user, or the like is used.
The server 6 recognizes the user's behavior, controls the environment such as lighting and air conditioning of the living room, and monitors the user.
以下、学習データ(センサノード1からのデータとサンプル事象の望ましい認識結果)の獲得と決定木の生成とセンサノード1の機能選択とセンサノード1への機能通知とを行う学習時の動作について説明する。図6はサーバ6の学習時の動作を示すフローチャートである。図7にユーザのある行動(サンプル事象)に対するセンサノード1−1〜1−10の検出例を示す。センサノード1−1〜1−10は、ユーザの存在を検出したときに、ユーザの存在を検出したことを示すセンサデータをサーバ6に送信する。図7の例では、このセンサノード1−1〜1−10から送信されたセンサデータをパルス60で表している。前述のとおり、センサノード1−1〜1−10は、ユーザの存在を検出したことを示すセンサデータとして、自身に固有のIDを送信するようにしてもよい。 Hereinafter, the operation at the time of learning in which learning data (data from sensor node 1 and desirable recognition result of sample event) is acquired, decision tree is generated, function selection of sensor node 1 and function notification to sensor node 1 will be described. To do. FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the server 6 during learning. FIG. 7 shows a detection example of the sensor nodes 1-1 to 1-10 for a user's action (sample event). When the sensor nodes 1-1 to 1-10 detect the presence of the user, the sensor nodes 1-1 to 1-10 transmit sensor data indicating that the presence of the user is detected to the server 6. In the example of FIG. 7, the sensor data transmitted from the sensor nodes 1-1 to 1-10 is represented by a pulse 60. As described above, the sensor nodes 1-1 to 1-10 may transmit a unique ID as sensor data indicating that the presence of the user is detected.
ユーザは、入室し、机52に向かって通路51を移動した。この結果、図7に示すように、センサノード1−1,1−2,1−3,1−4,1−5,1−6,1−7,1−8,1−9,1−10がユーザの存在を順に検出した。そして、ユーザはしばらく机52で作業をしたので、この作業の間、センサノード1−10がユーザの存在を連続して検出した。その後、ユーザは、机52を退席し、通路51を移動して退室した。この退席、退室により、センサノード1−9,1−8,1−7,1−6,1−5,1−4,1−3,1−2,1−1がユーザの存在を順に検出した。 The user entered the room and moved the passage 51 toward the desk 52. As a result, as shown in FIG. 7, the sensor nodes 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6, 1-7, 1-8, 1-9, 1- 10 in turn detected the presence of the user. And since the user worked at the desk 52 for a while, the sensor node 1-10 continuously detected the presence of the user during this work. Thereafter, the user leaves the desk 52, moves through the passage 51, and leaves the room. Sensor nodes 1-9, 1-8, 1-7, 1-6, 1-5, 1-4, 1-3, 1-2, 1-1 detect the presence of the user in sequence by leaving and leaving the room. did.
以上の一連の行動の中で入室、着席、退席、退室の4つの行動に着目する。この4つの行動は、入室時に照明をつける、着席時に机上の個別照明をつける、退席時に個別照明を消す、退室時に照明を消すなど、ユーザによる環境制御と関連する可能性が高いものである。このため、この4つの行動を認識することを考える。 Focus on the four actions of entering, sitting, leaving, and leaving the series of actions. These four actions are highly likely to be related to environmental control by the user, such as turning on the lights when entering the room, turning on the individual lights on the desk when sitting, turning off the individual lights when leaving, and turning off the lights when leaving the room. Therefore, consider recognizing these four actions.
ユーザの入室はセンサノード1−1が検出し、着席はセンサノード1−10が検出し、退席はセンサノード1−9が検出し、退室はセンサノード1−1が検出しているため、これらのセンサ1−1,1−9,1−10が4つの行動と密接に関連していることが分かる。ただし、これらのセンサだけでは4つの行動を認識することはできない。すなわち、センサノード1−1の検出がユーザの入室を示すものなのか退室を示すものなのかが分からず、センサノード1−10の検出がユーザの着席を示すものなのか机での作業を示すものなのかが分からず、センサノード1−9の検出が着席前の検出を示すものなのか退席を示すものなのかが分からない。 The sensor node 1-1 detects the user's entry, the sensor node 1-10 detects the seating, the sensor node 1-9 detects the leaving, and the sensor node 1-1 detects the leaving. It can be seen that the sensors 1-1, 1-9, and 1-10 are closely related to the four actions. However, these sensors alone cannot recognize four actions. That is, it is not known whether the detection of the sensor node 1-1 indicates the user's entry or the exit, and the work at the desk indicates whether the detection of the sensor node 1-10 indicates the user's seating. It is not known whether it is a thing, and it is not known whether the detection of the sensor node 1-9 indicates a detection before sitting or a leaving.
ここで、10個のセンサノード1−1〜1−10のセンサデータをS1〜S10とし、センサ検出ベクトルを(S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10)、ユーザの存在を現在検出しているという状態をr、ユーザの存在を現在からx時刻前に検出したという状態をpx、ユーザの存在をt時刻前から現在までの間検出していないという状態をnとする。tとxは正の数で(t≧x)、tを次数と呼ぶ。t=3の場合、センサノード1−1〜1−10の時系列の検出結果からセンサ検出ベクトルは、図8のように表すことができる。ただし、図8の例では、ユーザはノード間を移動するのに1時刻かかるものとする。 Here, the sensor data of the ten sensor nodes 1-1 to 1-10 are S1 to S10, the sensor detection vectors are (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10), The state that the presence of the user is currently detected is r, the state that the presence of the user is detected x time before the present is px, and the state that the presence of the user is not detected from the time t to the present is indicated. Let n. t and x are positive numbers (t ≧ x), and t is called an order. When t = 3, the sensor detection vector can be expressed as shown in FIG. 8 from the time-series detection results of the sensor nodes 1-1 to 1-10. However, in the example of FIG. 8, it is assumed that the user takes one hour to move between the nodes.
サーバ6の決定木生成部15は、学習時にセンサノード1−1〜1−10からセンサデータを受け取ると、このデータをメモリ7に格納する(図6ステップS11)。
また、ユーザは、サンプル事象の望ましい認識結果として、ユーザの注目すべき行動(入室、着席、退席、退室)をセンサデータと対応付けるようにしてサーバ6に入力する(ステップS12)。つまり、ユーザが最初にセンサノード1−1を通過したときのセンサ検出ベクトルに「入室」という行動を対応付け、ユーザがセンサノード1−10を通過したときのセンサ検出ベクトルに「着席」という行動を対応付け、ユーザがセンサノード1−9を通過したときのセンサ検出ベクトルに「退席」という行動を対応付け、ユーザが最後にセンサノード1−1を通過したときのセンサ検出ベクトルに「退室」という行動を対応付ける。こうして、センサノード1−1〜1−10のデータとサンプル事象の望ましい認識結果とが対応付けられたデータベース13が構築される。
When the decision tree generation unit 15 of the server 6 receives sensor data from the sensor nodes 1-1 to 1-10 during learning, the decision tree generation unit 15 stores this data in the memory 7 (step S11 in FIG. 6).
Further, the user inputs, as a desired recognition result of the sample event, the user's attention behavior (entrance, seating, leaving, leaving) to the server 6 in association with the sensor data (step S12). That is, the action “entrance” is associated with the sensor detection vector when the user first passes the sensor node 1-1, and the action “sitting” is associated with the sensor detection vector when the user passes the sensor node 1-10. Are associated with the sensor detection vector when the user passes through the sensor node 1-9, and the action “leave” is associated with the sensor detection vector when the user last passes the sensor node 1-1. Corresponding actions. In this way, the database 13 in which the data of the sensor nodes 1-1 to 1-10 and the desired recognition result of the sample event are associated is constructed.
上記の例では、入室、退室、着席、退席というユーザの4つの行動は、センサ1−1〜1−10の時系列の検出結果から生成されたセンサ検出ベクトルによって区別することができる。さらに、一例として直感的にセンサノード1−1,1−2,1−9,1−10の情報を利用することにより、ユーザの行動を認識できるということが分かる。人間はこのような選択を比較的容易に行うことができるが、様々な場合にいちいち人間が考えていては手間がかかりすぎる。例えば、個人によって照明などの環境をどのように調節、制御したいかは異なるであろうし、環境によってもそれぞれ異なるであろう。それをユーザが考えながらセンサノードを設置したり動作させたりするのは大変な労力を要する。したがって、人手を介さずこのようなセンサ選択を自動的に実現させる必要がある。 In the above example, the user's four actions of entering, leaving, sitting, and leaving can be distinguished by the sensor detection vector generated from the time-series detection results of the sensors 1-1 to 1-10. Further, as an example, it can be understood that the user's behavior can be recognized by using the information of the sensor nodes 1-1, 1-2, 1-9, and 1-10 intuitively. Humans can make such a selection relatively easily, but it takes too much time to think about them in various cases. For example, how an individual wants to adjust and control the environment, such as lighting, will vary depending on the individual, and will vary depending on the environment. It takes a lot of labor to install and operate the sensor node while the user thinks about it. Therefore, it is necessary to automatically realize such sensor selection without human intervention.
ここでは、情報利得に基づいて、パターン認識における特徴量の選択を行う。具体的には、クインラン(J.R.Quinlan)の決定木の方法を利用する(文献「J.R.Quinlan,“Induction of Decision Trees”,Machine Learning 1:81-106,1986」参照)。情報利得とは、決定木の分岐ノードとなる属性(ここではセンサノード)の重要度を表すものであり、特徴量とは、各センサノード1の検出結果と考えることができる。 Here, a feature quantity in pattern recognition is selected based on the information gain. Specifically, the decision tree method of J.R.Quinlan is used (see the document “J.R.Quinlan,“ Induction of Decision Trees ”, Machine Learning 1: 81-106, 1986)). The information gain represents the importance of an attribute (here, a sensor node) that becomes a branch node of the decision tree, and the feature amount can be considered as a detection result of each sensor node 1.
決定木生成部15は、クインランのID3アルゴリズムを用いて開発された決定木ソフトウエアを含むデータマイニングツールWEKAを用いて決定木をデータベース13に構築する(図6ステップS13)。データマイニングツールWEKAについては、例えば文献「http://www.cs.waikato.ac.nz/ml/weka/」に開示されている。この決定木の構築処理では、決定木生成部15は、ある次数のもとでセンサノード1の時系列のセンサデータから特徴ベクトルであるセンサ検出ベクトルを生成し、各センサノード1の情報利得を求め、情報利得が最大となるセンサノード1を決定木の分岐ノードにする操作を行う。 The decision tree generation unit 15 constructs a decision tree in the database 13 using a data mining tool WEKA including decision tree software developed using the Quinlan ID3 algorithm (step S13 in FIG. 6). The data mining tool WEKA is disclosed in, for example, the document “http://www.cs.waikato.ac.nz/ml/weka/”. In this decision tree construction process, the decision tree generator 15 generates a sensor detection vector, which is a feature vector, from the time-series sensor data of the sensor node 1 under a certain order, and calculates the information gain of each sensor node 1. The sensor node 1 having the maximum information gain is determined to be a branch node of the decision tree.
図9に決定木生成部15によって生成された決定木の例を示す。図9の決定木によると、S1=r,S2=nであればユーザの入室と認識できることが分かる。同様に、S1=r,S2=p1であればユーザの退室と認識でき、S1=n,S10=r,S9=p1であればユーザの着席と認識でき、S1=n,S10=p1であればユーザの退席と認識できる。また、図9の決定木によると、センサノード1−1,1−2,1−9,1−10以外の6つのセンサノード1−3〜1−8のセンサデータはユーザの行動の認識に利用されておらず、したがって行動認識に最低限必要なセンサノードを選択できていることが分かる。 FIG. 9 shows an example of a decision tree generated by the decision tree generation unit 15. According to the decision tree of FIG. 9, it can be seen that if S1 = r and S2 = n, it can be recognized that the user has entered the room. Similarly, if S1 = r, S2 = p1, it can be recognized that the user has left the room, and if S1 = n, S10 = r, S9 = p1, it can be recognized that the user is seated, and S1 = n, S10 = p1. Can be recognized as leaving the user. In addition, according to the decision tree of FIG. 9, the sensor data of the six sensor nodes 1-3 to 1-8 other than the sensor nodes 1-1, 1-2, 1-9, and 1-10 are used to recognize the user's behavior. It can be seen that the sensor node that is not used and therefore the minimum necessary for action recognition can be selected.
以上のようにステップS13の処理により、事象の認識ルールの生成と、事象の認識に最低限必要なセンサノード1の決定の両方を実現できていることが分かる。
続いて、センサノード機能選択部16は、データベース13に構築された決定木において分岐ノードになっているセンサノード1を、事象の認識にとって重要な最低限必要なセンサノード1として選択することにより、各センサノード1の機能を選択する(図6ステップS14)。図9の例では、事象の認識に最低限必要なセンサノード1として、センサノード1−1,1−2,1−9,1−10が選択されることになる。
As described above, it is understood that both the generation of the event recognition rule and the determination of the sensor node 1 that is the minimum necessary for the event recognition can be realized by the process of step S13.
Subsequently, the sensor node function selection unit 16 selects the sensor node 1 that is a branch node in the decision tree constructed in the database 13 as the minimum necessary sensor node 1 for event recognition. The function of each sensor node 1 is selected (step S14 in FIG. 6). In the example of FIG. 9, sensor nodes 1-1, 1-2, 1-9, and 1-10 are selected as the sensor nodes 1 that are the minimum necessary for event recognition.
複数のセンサノード1からなるセンサネットワークにおいて、センシング機能と通信機能を両立させることは重要であり、どちらか一方を欠いてもセンサネットワークを構成することはできない。あるセンサノード1からサーバ6まで直通の無線通信路を確保できない場合、別のセンサノード1を中継ノードとして利用することにより無線通信路を確保できる。このような中継ノードをどのように決めるかが問題となる。中継ノードとなるセンサノード1は、自分以外の他のセンサノード1の通信を中継するため、消費電力は大きくなる。もし、センシングと中継の両方を行うと、電力を大量に消費し、センサノード1の機能が停止することも考えられる。よって、上記センサノード1の選択機能を利用し、センサノード1をセンシングノードと中継ノードに区分することにより、センサネットワーク全体としての機能を損ねないようにすることが重要である。 In a sensor network composed of a plurality of sensor nodes 1, it is important to achieve both a sensing function and a communication function, and a sensor network cannot be configured even if one of them is missing. When a direct wireless communication path from one sensor node 1 to the server 6 cannot be secured, a wireless communication path can be secured by using another sensor node 1 as a relay node. The problem is how to determine such a relay node. Since the sensor node 1 serving as the relay node relays communication of other sensor nodes 1 other than itself, the power consumption increases. If both sensing and relaying are performed, a large amount of power is consumed, and the function of the sensor node 1 may be stopped. Therefore, it is important to use the selection function of the sensor node 1 and classify the sensor node 1 into a sensing node and a relay node so that the function of the entire sensor network is not impaired.
すなわち、センサノード機能選択部16は、事象の認識に最低限必要なセンサノード1−1,1−2,1−9,1−10を事象の検出を行い、場合によってはデータの中継も行うセンシングノードとして選択し、その他のセンサノード1−3〜1−8を中継ノードとして選択する(ステップS14)。こうして、センサノード1をセンシングノードと中継ノードに区分し、各センサノード1の機能を選択できたことになる。 That is, the sensor node function selection unit 16 detects an event of the sensor nodes 1-1, 1-2, 1-9, and 1-10 that are necessary for event recognition, and also relays data depending on the case. The sensing nodes are selected, and the other sensor nodes 1-3 to 1-8 are selected as relay nodes (step S14). Thus, the sensor node 1 is divided into the sensing node and the relay node, and the function of each sensor node 1 can be selected.
センサノード機能通知部17は、センサノード機能選択部16によって選択された機能を通信インタフェース10を通じて各センサノード1に通知する(図6ステップS15)。図9の例によれば、センサノード機能通知部17は、センサノード1−1,1−2,1−9,1−10に対して、実現すべき機能がセンシング機能であることを通知し、またセンサノード1−3〜1−8に対して、実現すべき機能が中継機能であることを通知する。 The sensor node function notifying unit 17 notifies each sensor node 1 of the function selected by the sensor node function selecting unit 16 through the communication interface 10 (step S15 in FIG. 6). According to the example of FIG. 9, the sensor node function notification unit 17 notifies the sensor nodes 1-1, 1-2, 1-9, and 1-10 that the function to be realized is a sensing function. Further, the sensor nodes 1-3 to 1-8 are notified that the function to be realized is the relay function.
最後に、各センサノード1は、サーバ6のセンサノード機能通知部17から通知された機能によりセンシングコストを算出し、通信コストとセンシングコストの和が最小である中継ノードを選択してセンサネットワークを再構成する(図6ステップS16)。
図10はセンサノード1のCPU5によって実現される機能手段を示すブロック図である。CPU5によって実現される機能手段としては、センサデータ送信部18と、機能設定部19と、コスト決定部20と、コスト通知部21と、中継ノード選択部22と、データ中継部23とがある。CPU5は、メモリ4に格納されたプログラムを実行することにより、これらの機能手段を実現する。
Finally, each sensor node 1 calculates the sensing cost by the function notified from the sensor node function notifying unit 17 of the server 6, selects the relay node having the smallest sum of the communication cost and the sensing cost, and sets the sensor network. Reconfiguration is performed (step S16 in FIG. 6).
FIG. 10 is a block diagram showing functional means realized by the CPU 5 of the sensor node 1. As functional means realized by the CPU 5, there are a sensor data transmission unit 18, a function setting unit 19, a cost determination unit 20, a cost notification unit 21, a relay node selection unit 22, and a data relay unit 23. The CPU 5 realizes these functional means by executing a program stored in the memory 4.
各センサノード1は、サーバ6までの直通の無線通信路を確保できない場合、自ノードの無線通信範囲内にあり、かつサーバ6までの無線通信路が確保されている幾つかのセンサノード1を中継ノードとして選択する。この中継ノードの選択基準としては、まず、通信コスト、すなわちサーバ6まで通信する際のノイズ等による通信パケットの損失頻度が挙げられる。センサネットワークにおいては、データをできる限り高い確度でサーバ6まで送信するために、パケット損失の少ない無線通信路を選択することが重要である。 When each sensor node 1 cannot secure a direct wireless communication path to the server 6, each sensor node 1 has several sensor nodes 1 that are within the wireless communication range of its own node and have a wireless communication path to the server 6. Select as a relay node. As a selection criterion for this relay node, first, communication cost, that is, frequency of communication packet loss due to noise or the like when communicating to the server 6 can be mentioned. In the sensor network, in order to transmit data to the server 6 with the highest possible accuracy, it is important to select a wireless communication path with less packet loss.
さらに、中継ノードの別の選択基準として、センシングコスト、すなわち重要な情報をセンシングするのに必要なリソースが挙げられる。ここで、リソースとは、バッテリの容量だけでなく、センサノード1のCPU5の使用頻度やメモリ4の使用頻度を指している。センサネットワークにおいては、センシング機能を確保することは基本であり、重要な情報をセンシングしているノード1はリソースをそれだけ消費する。通信によるリソース消費がセンシング機能に影響を与える可能性があるため、できるだけセンシング機能に専念させることが重要であり、もし可能であるならばセンシングコストの低いセンサノード1を中継ノードとして選択することが重要である。よって、通信コストとセンシングコストの和が最小のセンサノード1を中継ノードとして選択することになる。 Further, another selection criterion for the relay node is sensing cost, that is, resources necessary for sensing important information. Here, the resource indicates not only the capacity of the battery but also the usage frequency of the CPU 5 of the sensor node 1 and the usage frequency of the memory 4. In a sensor network, securing a sensing function is fundamental, and the node 1 sensing important information consumes resources accordingly. Since resource consumption due to communication may affect the sensing function, it is important to concentrate on the sensing function as much as possible. If possible, the sensor node 1 with a low sensing cost may be selected as a relay node. is important. Therefore, the sensor node 1 having the smallest sum of the communication cost and the sensing cost is selected as the relay node.
各センサノード1の機能設定部19は、サーバ6から通知された機能を、自ノードが実現すべき機能として設定する。これにより、各センサノード1は、センシングノードあるいは中継ノードとして動作する。なお、センシングノードは、主たる動作としてセンシングを行うが、場合によっては中継ノードとしても動作する。 The function setting unit 19 of each sensor node 1 sets the function notified from the server 6 as a function to be realized by the own node. Thereby, each sensor node 1 operates as a sensing node or a relay node. The sensing node performs sensing as a main operation, but may also operate as a relay node in some cases.
各センサノード1のコスト決定部20は、サーバ6から通知された機能と自ノードのリソースにより、自ノードのセンシングコストを決定する。サーバ6から通知された機能が中継機能である場合、このセンサノード1のセンシングコストは0である。また、コスト決定部20は、サーバ6から通知された機能がセンシング機能である場合、自ノードの現在のリソースにより、自ノードのセンシングコストを決定する。さらに、コスト決定部20は、例えば送受信データの損失頻度などに基づいて、自ノードの通信コストを決定する。 The cost determination unit 20 of each sensor node 1 determines the sensing cost of the own node based on the function notified from the server 6 and the resource of the own node. When the function notified from the server 6 is a relay function, the sensing cost of the sensor node 1 is zero. Further, when the function notified from the server 6 is a sensing function, the cost determination unit 20 determines the sensing cost of the own node based on the current resource of the own node. Furthermore, the cost determination unit 20 determines the communication cost of the own node based on, for example, the loss frequency of transmission / reception data.
各センサノード1のコスト通知部21は、コスト決定部20が決定した自ノードの通信コストとセンシングコストを、例えば一定時間毎に無線通信機能モジュール3を通じて他のセンサノード1に無線送信する。 The cost notification unit 21 of each sensor node 1 wirelessly transmits the communication cost and sensing cost of the own node determined by the cost determination unit 20 to another sensor node 1 through the wireless communication function module 3 at regular intervals, for example.
各センサノード1の中継ノード選択部22は、サーバ6までの直通の無線通信路を確保できない場合、無線通信範囲内にある他のセンサノード1から通信コストとセンシングコストのデータを受信し、自ノードの無線通信範囲内にあるセンサノード1のうち、通信コストとセンシングコストの和が最小となるセンサノード1を中継ノードとして選択する(図6ステップS16)。なお、各センサノード1の中継ノード選択部22は、サーバ6宛に信号を無線送信し、サーバ6からの応答がない場合に、サーバ6までの直通の無線通信路を確保できていないと判断する。
以上のようにして、センサネットワークを再構成することができ、学習時の動作が終了する。
The relay node selection unit 22 of each sensor node 1 receives communication cost and sensing cost data from other sensor nodes 1 within the wireless communication range when a direct wireless communication path to the server 6 cannot be secured. Among the sensor nodes 1 within the wireless communication range of the node, the sensor node 1 that minimizes the sum of the communication cost and the sensing cost is selected as a relay node (step S16 in FIG. 6). The relay node selection unit 22 of each sensor node 1 wirelessly transmits a signal to the server 6 and determines that a direct wireless communication path to the server 6 cannot be secured when there is no response from the server 6. To do.
As described above, the sensor network can be reconfigured, and the learning operation is completed.
図11に事象認識システムにおいてセンサネットワークを再構成する動作の1例を示す。図11は、サーバ6に直接センサデータを送信できないセンサノード1−Aがサーバ6にデータを送信する場合を示している。センサノード1−Aは、無線通信範囲内にあるセンサノード1−B,1−C,1−Dのいずれかを中継ノードとして選択する。このとき、センサノード1−Bは、センシングノードとして動作すべきことをサーバ6から通知されている。また、センサノード1−C,1−Dは、中継ノードとして動作すべきことをサーバ6から通知されている。 FIG. 11 shows an example of the operation for reconfiguring the sensor network in the event recognition system. FIG. 11 illustrates a case where the sensor node 1 -A that cannot directly transmit sensor data to the server 6 transmits data to the server 6. The sensor node 1-A selects any one of the sensor nodes 1-B, 1-C, and 1-D within the wireless communication range as a relay node. At this time, the sensor node 1-B is notified from the server 6 that it should operate as a sensing node. The sensor nodes 1-C and 1-D are notified from the server 6 that they should operate as relay nodes.
センシングノードのセンシングコストを10とし、センシングを行わない中継ノードのセンシングコストを0とする。また、センサノード1−Bのサーバ6ヘの通信コストを3、センサノード1−Cのサーバ6への通信コストを5、センサノード1−Dのサーバ6への通信コストを4とする。この場合、センサノード1−Aは、通信コストとセンシングコストの和が最小であるセンサノード1−Dを中継ノードとして選択する。センサノード1−Cは、センシングにも通信にも寄与しておらず、センサノード1−Dの代わりの中継ノードとして休眠状態に遷移したり、未使用センサノードとしてセンサネットワークから除外されたりする。 The sensing cost of the sensing node is 10, and the sensing cost of the relay node that does not perform sensing is 0. Further, the communication cost of the sensor node 1-B to the server 6 is 3, the communication cost of the sensor node 1-C to the server 6 is 5, and the communication cost of the sensor node 1-D to the server 6 is 4. In this case, the sensor node 1-A selects the sensor node 1-D having the minimum communication cost and sensing cost as a relay node. The sensor node 1-C does not contribute to sensing or communication, and transitions to a sleep state as a relay node instead of the sensor node 1-D, or is excluded from the sensor network as an unused sensor node.
図12にセンサネットワークを再構成する動作の別の例を示す。ここでは、図11の例と同じ構成において、センサノード1−B,1−C,1−Dの通信コストをそれぞれ3、15、20とする。センサノード1−Cと1−Dは、ノイズの混濁が多いノイズ領域120に含まれるために、通信品質が悪く、通信コストが高くなっている。よって、センサノード1−Cや1−Dを中継ノードとして選択しても、センサデータがサーバ6まで届かない可能性が高い。 FIG. 12 shows another example of the operation for reconfiguring the sensor network. Here, in the same configuration as the example of FIG. 11, the communication costs of the sensor nodes 1-B, 1-C, and 1-D are set to 3, 15, and 20, respectively. Since the sensor nodes 1-C and 1-D are included in the noise region 120 where there is much noise turbidity, the communication quality is poor and the communication cost is high. Therefore, even if the sensor nodes 1-C and 1-D are selected as relay nodes, there is a high possibility that the sensor data does not reach the server 6.
センサノード1−Aは、通信コストとセンシングコストの和が最小であるセンサノード1−Bを中継ノードとして選択する。この場合は、リソースを消費することになるが、センサノード1−Bは、センシングノードとして動作すると同時に中継ノードとしても動作する。センサノード1−Cや1−Dは、他の場所に設置されたりセンサネットワークから除外されたりする。 The sensor node 1-A selects the sensor node 1-B having the smallest communication cost and sensing cost as a relay node. In this case, resources are consumed, but the sensor node 1-B operates as a relay node at the same time as the sensing node. The sensor nodes 1-C and 1-D are installed in other places or excluded from the sensor network.
なお、ステップS15で各センサノード1に機能が通知される前の初期センサネットワークでは、各センサノード1は、センシングノードとして動作すると同時に中継ノードとしても動作する。初期センサネットワークでは、各センサノード1の中継ノード選択部22は、サーバ6までの直通の無線通信路を確保できない場合、通信コストのみを考慮し、自ノードの無線通信範囲内にあるセンサノード1のうち、通信コストが最小となるセンサノード1を中継ノードとして選択する。 In the initial sensor network before the function is notified to each sensor node 1 in step S15, each sensor node 1 operates as a sensing node and also as a relay node. In the initial sensor network, when the relay node selection unit 22 of each sensor node 1 cannot secure a direct wireless communication path to the server 6, only the communication cost is considered and the sensor node 1 within the wireless communication range of the own node is considered. Among them, the sensor node 1 with the lowest communication cost is selected as the relay node.
学習時および学習後の通常の認識動作について、各センサノード1のセンサデータ送信部18は、センシングノードとして動作する場合、前述のとおり、自ノードの状態測定用センサ2がユーザの存在を検出したときに、センサデータを無線通信機能モジュール3を通じて無線送信する。このとき、センサデータ送信部18は、サーバ6までの直通の無線通信路を確保できている場合は、サーバ6宛にセンサデータを送信し、サーバ6までの直通の無線通信路を確保できない場合は、自ノードの中継ノード選択部22が選択した中継ノード宛にセンサデータを送信する。 As for the normal recognition operation at the time of learning and after learning, when the sensor data transmission unit 18 of each sensor node 1 operates as a sensing node, the state measuring sensor 2 of its own node detects the presence of the user as described above. Sometimes, sensor data is wirelessly transmitted through the wireless communication function module 3. At this time, when the sensor data transmission unit 18 can secure a direct wireless communication path to the server 6, the sensor data transmission unit 18 transmits sensor data to the server 6 and cannot secure a direct wireless communication path to the server 6. Transmits the sensor data to the relay node selected by the relay node selection unit 22 of the own node.
学習時および学習後の通常の認識動作について、各センサノード1のデータ中継部23は、センシングノードまたは中継ノードとして動作する場合、他のセンサノード1から受信したセンサデータを無線通信機能モジュール3を通じて転送する。このとき、データ中継部23は、サーバ6までの直通の無線通信路を確保できている場合は、サーバ6宛にセンサデータを転送し、サーバ6までの直通の無線通信路を確保できない場合は、自ノードの中継ノード選択部22が選択した中継ノード宛にセンサデータを転送する。 For normal recognition operation during learning and after learning, when the data relay unit 23 of each sensor node 1 operates as a sensing node or a relay node, the sensor data received from other sensor nodes 1 is transmitted through the wireless communication function module 3. Forward. At this time, when the data relay unit 23 can secure a direct wireless communication path to the server 6, the data relay unit 23 transfers the sensor data to the server 6 and cannot secure a direct wireless communication path to the server 6. Then, the sensor data is transferred to the relay node selected by the relay node selection unit 22 of the own node.
以上のように、本実施の形態では、学習用のサンプル事象を検出したセンサノード1の時系列のセンサデータから特徴ベクトルを生成し、この特徴ベクトルとサンプル事象の望ましい認識結果とから決定木を生成し、決定木に従って各センサノードの機能を選択し、選択した機能を各センサノード1に通知するようにしたので、事象の認識にとって重要な最低限必要なセンシングノードとセンシングを行わない中継ノードとを特定することが可能となる。したがって、本実施の形態では、認識したい事象の例を予め学習用のサンプル事象として与えて、事象認識システムを学習させ、決定木を生成させるようにすれば、事象認識システムが事象の認識にとって重要な最低限必要なセンシングノードを自動的に選択するので、人の行動パターンなどの変化する事象に対応することができる。また、本実施の形態では、センシング能力を犠牲にすることなく最小限のセンサノードによるセンサネットワークを構成することが可能となる。 As described above, in the present embodiment, a feature vector is generated from time-series sensor data of the sensor node 1 that has detected a sample event for learning, and a decision tree is generated from the feature vector and a desired recognition result of the sample event. Since the function of each sensor node is generated and selected according to the decision tree and the selected function is notified to each sensor node 1, the minimum necessary sensing node for event recognition and the relay node that does not perform sensing Can be specified. Therefore, in this embodiment, if an example of an event to be recognized is given as a sample event for learning in advance, the event recognition system is learned and a decision tree is generated, the event recognition system is important for event recognition. Since the minimum necessary sensing node is automatically selected, it is possible to cope with a changing event such as a human behavior pattern. In the present embodiment, it is possible to configure a sensor network with a minimum number of sensor nodes without sacrificing the sensing capability.
なお、センサネットワークの再構成は、学習時だけでなく、学習後の動作においても同様に実行するようにしてもよい。
例えば、各センサノード1のコスト決定部20は、一定時間毎に自ノードの最新の通信コストと最新のセンシングコストを決定し、この通信コストとセンシングコストをコスト通知部21が無線送信する。各センサノード1の中継ノード選択部22は、サーバ6までの直通の無線通信路を確保できない場合、無線通信範囲内にある他のセンサノード1から受信した最新の通信コストと最新のセンシングコストに基づいて中継ノードを選択し直す。これにより、最新の通信状況やセンサノード1の最新のリソースに応じて、センサネットワークを再構成することができる。
Note that the reconfiguration of the sensor network may be executed not only during learning but also in the operation after learning.
For example, the cost determination unit 20 of each sensor node 1 determines the latest communication cost and the latest sensing cost of its own node at regular intervals, and the cost notification unit 21 wirelessly transmits the communication cost and the sensing cost. When the relay node selection unit 22 of each sensor node 1 cannot secure a direct wireless communication path to the server 6, the latest communication cost and the latest sensing cost received from other sensor nodes 1 within the wireless communication range are set. Based on this, the relay node is selected again. Thereby, the sensor network can be reconfigured according to the latest communication status and the latest resource of the sensor node 1.
また、本実施の形態では、事象認識システムで認識する事象として、ユーザの行動を挙げたが、これに限るものではなく、例えば室内の状態などの環境の状態を、認識する事象としてもよい。 In the present embodiment, the user's behavior is exemplified as an event recognized by the event recognition system. However, the present invention is not limited to this, and may be an event that recognizes an environmental state such as an indoor state.
本発明は、複数のセンサノードを利用して事象を認識する技術に適用することができる。 The present invention can be applied to a technique for recognizing an event using a plurality of sensor nodes.
1…センサノード、2…状態測定用センサ、3…無線通信機能モジュール、4…メモリ、5…CPU、6…サーバ、7…メモリ、8…CPU、9…センサノード用送受信器、10…通信インタフェース、12…センサノード制御部、13…データベース、14…事象認識部、15…決定木生成部、16…センサノード機能選択部、17…センサノード機能通知部、18…センサデータ送信部、19…機能設定部、20…コスト決定部、21…コスト通知部、22…中継ノード選択部、23…データ中継部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor node, 2 ... State measurement sensor, 3 ... Wireless communication functional module, 4 ... Memory, 5 ... CPU, 6 ... Server, 7 ... Memory, 8 ... CPU, 9 ... Transmitter / receiver for sensor node, 10 ... Communication Interface: 12 ... Sensor node control unit, 13 ... Database, 14 ... Event recognition unit, 15 ... Decision tree generation unit, 16 ... Sensor node function selection unit, 17 ... Sensor node function notification unit, 18 ... Sensor data transmission unit, 19 A function setting unit, 20 a cost determination unit, 21 a cost notification unit, 22 a relay node selection unit, and 23 a data relay unit.
Claims (6)
前記サーバは、
学習用のサンプル事象を検出したセンサノードの時系列のセンサデータから特徴ベクトルを生成し、この特徴ベクトルと前記サンプル事象の望ましい認識結果とから、事象認識の決定木を生成する決定木生成手段と、
学習時に前記決定木に従って各センサノードの機能を選択するセンサノード機能選択手段と、
学習時に前記センサノード機能選択手段によって選択された機能を各センサノードに通知するセンサノード機能通知手段と、
学習後の動作において事象を検出したセンサノードからセンサデータが得られたときに、前記決定木を用いて事象を認識する事象認識手段とを備えることを特徴とする事象認識システム。 In an event recognition system comprising a plurality of sensor nodes having a sensing function and a communication function for detecting an event, and a server for collecting data from these sensor nodes,
The server
Decision tree generating means for generating a feature vector from time-series sensor data of a sensor node that has detected a sample event for learning, and generating an event recognition decision tree from the feature vector and a desired recognition result of the sample event; ,
Sensor node function selection means for selecting the function of each sensor node according to the decision tree during learning;
Sensor node function notifying means for notifying each sensor node of the function selected by the sensor node function selecting means during learning;
An event recognition system comprising: event recognition means for recognizing an event using the decision tree when sensor data is obtained from a sensor node that has detected the event in an operation after learning.
前記センサノード機能選択手段は、各センサノードをデータ中継を行う中継ノードと、事象の検出とデータ中継の両方を行うセンシングノードに区分することを特徴とする事象認識システム。 The event recognition system according to claim 1,
The sensor node function selecting means classifies each sensor node into a relay node that performs data relay and a sensing node that performs both event detection and data relay.
前記センサノードは、
事象を検出するセンサと、
自ノードの通信コストとセンシングコストを決定するコスト決定手段と、
このコスト決定手段が決定した通信コストとセンシングコストを他のセンサノードに通知するコスト通知手段と、
前記サーバまでの直通の通信路を確保できない場合に、通信範囲内にある他のセンサノードから通信コストとセンシングコストのデータを受信し、自ノードの通信範囲内にあるセンサノードのうち、通信コストとセンシングコストの和が最小となるセンサノードを中継ノードとして選択する中継ノード選択手段と、
前記センサが事象を検出したときに、事象を検出したことを示すセンサデータを送信するセンサデータ送信手段と、
他のセンサノードからセンサデータを受信したときに、前記サーバまでの直通の通信路を確保できている場合は、受信したセンサデータを前記サーバ宛に転送し、前記サーバまでの直通の通信路を確保できない場合は、受信したセンサデータを前記中継ノード選択手段が選択した中継ノード宛に転送するデータ中継手段とを備えることを特徴とする事象認識システム。 The event recognition system according to claim 1,
The sensor node is
A sensor for detecting the event;
A cost determining means for determining the communication cost and sensing cost of the own node;
Cost notification means for notifying other sensor nodes of the communication cost and sensing cost determined by this cost determination means,
When a direct communication path to the server cannot be secured, communication cost and sensing cost data is received from other sensor nodes within the communication range, and the communication cost among the sensor nodes within the communication range of the own node And a relay node selection means for selecting a sensor node having the smallest sum of sensing costs as a relay node,
Sensor data transmitting means for transmitting sensor data indicating that an event has been detected when the sensor detects an event;
When a direct communication path to the server can be secured when sensor data is received from another sensor node, the received sensor data is transferred to the server, and the direct communication path to the server is set. An event recognition system comprising: data relay means for transferring received sensor data to the relay node selected by the relay node selection means when it cannot be secured.
サーバが、学習用のサンプル事象を検出したセンサノードの時系列のセンサデータから特徴ベクトルを生成し、この特徴ベクトルと前記サンプル事象の望ましい認識結果とから、事象認識の決定木を生成する決定木生成ステップと、
サーバが、学習時に前記決定木に従って各センサノードの機能を選択するセンサノード機能選択ステップと、
サーバが、学習時に前記センサノード機能選択ステップで選択した機能を各センサノードに通知するセンサノード機能通知ステップと、
サーバが、学習後の動作において事象を検出したセンサノードからセンサデータが得られたときに、前記決定木を用いて事象を認識する事象認識ステップとを備えることを特徴とする事象認識方法。 In an event recognition method for recognizing an event using a plurality of sensor nodes having a sensing function and a communication function for detecting an event and a server for collecting data from these sensor nodes,
A decision tree in which a server generates a feature vector from time-series sensor data of a sensor node that has detected a sample event for learning, and generates an event recognition decision tree from the feature vector and a desired recognition result of the sample event Generation step;
A sensor node function selection step in which the server selects a function of each sensor node according to the decision tree during learning;
A sensor node function notification step in which the server notifies each sensor node of the function selected in the sensor node function selection step during learning;
An event recognition method comprising: an event recognition step of recognizing an event using the decision tree when sensor data is obtained from a sensor node that has detected the event in an operation after learning.
前記センサノード機能選択ステップは、各センサノードをデータ中継を行う中継ノードと、事象の検出とデータ中継の両方を行うセンシングノードに区分することを特徴とする事象認識方法。 The event recognition method according to claim 4,
The sensor node function selecting step divides each sensor node into a relay node that performs data relay and a sensing node that performs both event detection and data relay.
センサノードが、自ノードの通信コストとセンシングコストを決定するコスト決定ステップと、
センサノードが、前記コスト決定ステップで決定した通信コストとセンシングコストを他のセンサノードに通知するコスト通知ステップと、
センサノードが、前記サーバまでの直通の通信路を確保できない場合に、通信範囲内にある他のセンサノードから通信コストとセンシングコストのデータを受信し、自ノードの通信範囲内にあるセンサノードのうち、通信コストとセンシングコストの和が最小となるセンサノードを中継ノードとして選択する中継ノード選択ステップと、
センサノードが、事象を検出したときに、事象を検出したことを示すセンサデータを送信するセンサデータ送信ステップと、
センサノードが、他のセンサノードからセンサデータを受信したときに、前記サーバまでの直通の通信路を確保できている場合は、受信したセンサデータを前記サーバ宛に転送し、前記サーバまでの直通の通信路を確保できない場合は、受信したセンサデータを前記中継ノード選択ステップで選択した中継ノード宛に転送するデータ中継ステップとを備えることを特徴とする事象認識方法。
The event recognition method according to claim 4,
A cost determination step in which the sensor node determines the communication cost and sensing cost of the node;
A cost notification step in which the sensor node notifies the other sensor nodes of the communication cost and the sensing cost determined in the cost determination step;
When the sensor node cannot secure a direct communication path to the server, it receives communication cost and sensing cost data from other sensor nodes in the communication range, and the sensor node in the communication range of its own node Among them, a relay node selection step of selecting a sensor node having a minimum sum of communication cost and sensing cost as a relay node;
A sensor data transmission step of transmitting sensor data indicating that an event has been detected when the sensor node detects the event;
When a sensor node has received sensor data from another sensor node and has secured a direct communication path to the server, the received sensor data is forwarded to the server, and the direct communication to the server is performed. And a data relay step of transferring the received sensor data to the relay node selected in the relay node selection step when the communication path cannot be secured.
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