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JP7814732B2 - Location estimation device, location estimation system and mobile node - Google Patents
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JP7814732B2 - Location estimation device, location estimation system and mobile node - Google Patents

Location estimation device, location estimation system and mobile node

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JP7814732B2 JP2022026000A JP2022026000A JP7814732B2 JP 7814732 B2 JP7814732 B2 JP 7814732B2 JP 2022026000 A JP2022026000 A JP 2022026000A JP 2022026000 A JP2022026000 A JP 2022026000A JP 7814732 B2 JP7814732 B2 JP 7814732B2
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特許法第30条第2項適用 1.開催日:令和3年9月16日 2.電子情報通信学会ソサイエティ大会2021(通信講演) 3.予稿発行:令和3年8月31日 〔刊行物等〕 1.開催日:令和3年11月12日 2.AXIES高品質・セキュリティICTワークショップ2021 3.予稿発行:なし 〔刊行物等〕 1.開催日:令和3年11月26日 2.電子情報通信学会ネットワークシステム研究会2021 3.予稿発行:令和3年11月18日Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies 1. Date held: September 16, 2021 2. Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Society Conference 2021 (correspondence lecture) 3. Preliminary manuscript published: August 31, 2021 [Publications, etc.] 1. Date held: November 12, 2021 2. AXIES High-Quality and Security ICT Workshop 2021 3. Preliminary manuscript published: None [Publications, etc.] 1. Date held: November 26, 2021 2. Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Network System Study Group 2021 3. Preliminary manuscript published: November 18, 2021

本開示は、位置推定装置、位置推定システムおよび移動ノードに関する。 This disclosure relates to a location estimation device, a location estimation system, and a mobile node.

GPSの電波が届きにくい屋内における位置推定の方法として、Wi-Fi、Bluetooth、BLE(Bluetooth Low Energy)等の無線通信技術を利用する方法が各種提案されている。 Various methods have been proposed for estimating location indoors, where GPS signals are difficult to reach, using wireless communication technologies such as Wi-Fi, Bluetooth, and BLE (Bluetooth Low Energy).

非特許文献1には、屋内に無線信号を送信する複数の信号源(ビーコン)を設置し、無線信号の受信信号強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)に基づいて各信号源からの距離を推定し、推定された距離を用いて位置推定を行う方法が記載されている。 Non-Patent Document 1 describes a method in which multiple signal sources (beacons) that transmit wireless signals are installed indoors, the distance from each signal source is estimated based on the received signal strength indicator (RSSI) of the wireless signals, and the estimated distance is used to estimate location.

しかしながら、RSSIと信号源からの距離との関係は、電波伝播環境に依存して変化する。そのため、現実には、RSSIに基づいて信号源からの距離を正確に推定することは困難であり、不正確な距離を用いて推定される位置も同様に不正確となる。また、RSSIに基づいて推定される距離の誤差は、信号源からの距離に比例して増大する。そのため、位置推定の精度を向上させるためには、多数の信号源を密に設置しなければならず高コストとなる。 However, the relationship between RSSI and distance from the signal source varies depending on the radio wave propagation environment. Therefore, in reality, it is difficult to accurately estimate the distance from the signal source based on RSSI, and a location estimate using an inaccurate distance will also be inaccurate. Furthermore, the error in the distance estimated based on RSSI increases in proportion to the distance from the signal source. Therefore, in order to improve the accuracy of location estimation, it is necessary to install a large number of signal sources closely together, which is costly.

また、非特許文献1には、屋内の領域を複数区画に分割し、区画ごとにRSSIを事前計測しておき、事前計測されたRSSIの中から現在のRSSIに最も近いものを選択することによって位置推定を行う方法(フィンガープリント法)が記載されている。しかしながら、フィンガープリント法においても、位置推定の精度を向上させるためには、多数の信号源を設置しなければならず同様に高コストとなる。 Non-Patent Document 1 also describes a method (fingerprinting) for estimating location by dividing an indoor area into multiple sections, pre-measuring the RSSI for each section, and selecting the RSSI closest to the current RSSI from the pre-measured RSSIs. However, even with the fingerprinting method, improving the accuracy of location estimation requires the installation of multiple signal sources, which is similarly costly.

F. Zafari, A. Gkelias, K.K. Leung, "A Survey of Indoor Localization Systems and Technologies," IEEE Communications Surveys & Tutorials, Vol. 21, No. 3, pp. 2568-2599, 2019.F. Zafari, A. Gkelias, K.K. Leung, "A Survey of Indoor Localization Systems and Technologies," IEEE Communications Surveys & Tutorials, Vol. 21, No. 3, pp. 2568-2599, 2019.

本開示は、上記のような課題を解決するためのものであり、位置推定を高精度に行う位置推定装置、位置推定システムおよび移動ノードを提供することを目的とする。 The present disclosure aims to solve the above-mentioned problems and provide a location estimation device, location estimation system, and mobile node that perform location estimation with high accuracy.

上記の課題を解決するために、本開示に係る位置推定装置は、移動ノードの位置を推定する位置推定装置であって、移動ノードおよび固定ノードの各ノードは、当該ノードに割り当てられた識別子を無線信号に含めてブロードキャストし、位置推定装置は、移動ノードおよび固定ノードの各ノードから、当該ノードによって所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる他のノードの識別子を含む、近接情報を受信する受信部と、近接情報に基づいて、各ノード間の近接関係を特定する近接関係特定部と、各ノード間の近接関係および固定ノードの位置に基づいて、移動ノードの位置を推定する位置推定部とを備える。 To solve the above problems, the position estimation device disclosed herein is a position estimation device that estimates the position of a mobile node, wherein each of the mobile and fixed nodes broadcasts a wireless signal containing an identifier assigned to that node, and the position estimation device includes: a receiving unit that receives proximity information from each of the mobile and fixed nodes, the proximity information including identifiers of other nodes contained in the wireless signal received by that node with a received signal strength equal to or greater than a predetermined threshold; a proximity relationship identifying unit that identifies the proximity relationship between each of the nodes based on the proximity information; and a position estimation unit that estimates the position of the mobile node based on the proximity relationship between each of the nodes and the positions of the fixed nodes.

また、本開示に係る位置推定システムは、無線信号を送受信可能な移動ノードと、無線信号を送受信可能な固定ノードと、位置推定装置とを備え、移動ノードおよび固定ノードの各ノードは、当該ノードに割り当てられた識別子を含む無線信号をブロードキャストするブロードキャスト部と、他のノードによってブロードキャストされた無線信号を受信する第1の受信部と、第1の受信部によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる他のノードの識別子を含む、近接情報を作成する作成部と、近接情報を位置推定装置に送信する送信部とを含み、位置推定装置は、移動ノードおよび固定ノードから近接情報を受信する第2の受信部と、近接情報に基づいて、各ノード間の近接関係を特定する近接関係特定部と、各ノード間の近接関係および固定ノードの位置に基づいて、移動ノードの位置を推定する位置推定部とを含む。 Furthermore, the position estimation system according to the present disclosure includes a mobile node capable of transmitting and receiving wireless signals, a fixed node capable of transmitting and receiving wireless signals, and a position estimation device. Each of the mobile node and the fixed node includes a broadcast unit that broadcasts a wireless signal including an identifier assigned to the node, a first receiving unit that receives wireless signals broadcast by other nodes, a creating unit that creates proximity information including identifiers of other nodes included in wireless signals received by the first receiving unit with a received signal strength equal to or greater than a predetermined threshold, and a transmitting unit that transmits the proximity information to the position estimation device. The position estimation device includes a second receiving unit that receives the proximity information from the mobile node and the fixed node, a proximity relationship identifying unit that identifies a proximity relationship between the nodes based on the proximity information, and a position estimation unit that estimates the position of the mobile node based on the proximity relationship between the nodes and the positions of the fixed nodes.

また、本開示に係る移動ノードは、無線信号を送受信可能な移動ノードであって、移動ノードに割り当てられた識別子を含む無線信号をブロードキャストするブロードキャスト部と、他のノードによってブロードキャストされた無線信号を受信する第1の受信部と、第1の受信部によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる他のノードの識別子を含む、近接情報を作成する作成部と、近接情報を他のノードに送信する送信部と、他のノードから近接情報を受信する第2の受信部と、近接情報に基づいて、各ノード間の近接関係を特定する近接関係特定部と、各ノード間の近接関係および固定ノードの位置に基づいて、移動ノードの位置を推定する位置推定部とを備える。 Furthermore, the mobile node according to the present disclosure is a mobile node capable of transmitting and receiving wireless signals, and includes a broadcast unit that broadcasts wireless signals including an identifier assigned to the mobile node, a first receiving unit that receives wireless signals broadcast by other nodes, a creating unit that creates proximity information including identifiers of other nodes included in wireless signals received by the first receiving unit with a received signal strength equal to or greater than a predetermined threshold, a transmitting unit that transmits the proximity information to other nodes, a second receiving unit that receives the proximity information from other nodes, a proximity relationship identifying unit that identifies proximity relationships between nodes based on the proximity information, and a position estimating unit that estimates the position of the mobile node based on the proximity relationships between nodes and the positions of fixed nodes.

また、本開示に係る別の移動ノードは、無線信号を送受信可能な移動ノードであって、固定ノードから移動ノードまでのホップ数および固定ノードの位置を格納する記憶部と、記憶部に格納されている固定ノードから移動ノードまでのホップ数および固定ノードの位置をブロードキャストするブロードキャスト部と、他のノードによってブロードキャストされた無線信号を受信する受信部と、受信部によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる、固定ノードから他のノードまでのホップ数および固定ノードの位置のいずれかまたは両方に基づいて、固定ノードから移動ノードまでのホップ数および固定ノードの位置を記憶部に追加する追加部と、記憶部に格納されている固定ノードから移動ノードまでのホップ数および固定ノードの位置に基づいて、移動ノードの位置を推定する位置推定部とを備える。 Furthermore, another mobile node according to the present disclosure is a mobile node capable of transmitting and receiving wireless signals, and includes: a memory unit that stores the number of hops from a fixed node to the mobile node and the position of the fixed node; a broadcast unit that broadcasts the number of hops from the fixed node to the mobile node and the position of the fixed node stored in the memory unit; a receiver unit that receives wireless signals broadcast by other nodes; an adder unit that adds the number of hops from the fixed node to the mobile node and the position of the fixed node to the memory unit based on either or both of the number of hops from the fixed node to the mobile node and the position of the fixed node contained in wireless signals received by the receiver unit with a received signal strength equal to or greater than a predetermined threshold; and a position estimation unit that estimates the position of the mobile node based on the number of hops from the fixed node to the mobile node and the position of the fixed node stored in the memory unit.

実施の形態1に係る位置推定システムの構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a position estimation system according to a first embodiment; 移動ノードによって送信される近接情報の一例を示す図である。FIG. 2 illustrates an example of proximity information transmitted by a mobile node. 移動ノードの機能的な構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of a mobile node. 位置推定サーバの機能的な構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of a location estimation server. 移動ノードおよびアンカーノードによって実行される処理の詳細を説明するフローチャートである。10 is a flowchart detailing the processing performed by the mobile node and the anchor node; 移動ノードおよびアンカーノードが作成する各近接情報の一例を示す図である。10A and 10B are diagrams illustrating examples of proximity information created by a mobile node and an anchor node. 位置推定サーバによって実行される処理の詳細を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating details of a process executed by a location estimation server. 各ノードの近接関係を表現する無向グラフの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an undirected graph representing the proximity relationships of each node. 図8Aの無向グラフの行列表現を示す図である。FIG. 8B illustrates a matrix representation of the undirected graph of FIG. 8A. ホップ数の距離行列の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a distance matrix of the number of hops. 1ホップあたりの平均距離の算出方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for calculating an average distance per hop. 推定距離行列の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an estimated distance matrix. 実施の形態2に係る位置推定システムの構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a position estimation system according to a second embodiment. 移動ノードの記憶部に格納される自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の一例を示す図である。10 is a diagram showing an example of the number of hops of a mobile node and the position of an anchor node stored in a memory unit of the mobile node; FIG. 移動ノードの機能的な構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of a mobile node. 移動ノードによって実行される処理の詳細を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating the details of a process executed by a mobile node. 移動ノードによって実行される処理の過程を示す図である。FIG. 1 illustrates the steps of a process performed by a mobile node. 移動ノードによって実行される処理の過程を示す図である。FIG. 1 illustrates the steps of a process performed by a mobile node. 移動ノードによって実行される処理の過程を示す図である。FIG. 1 illustrates the steps of a process performed by a mobile node. 移動ノードによって実行される処理の過程を示す図である。FIG. 1 illustrates the steps of a process performed by a mobile node.

以下では、図面を参照しながら、本開示の実施の形態について説明する。図面において同一又は対応する要素には同じ参照符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. Identical or corresponding elements in the drawings are designated by the same reference numerals, and detailed descriptions will be omitted where appropriate.

(実施の形態1)
図1は、本開示の実施の形態1に係る位置推定システム100の構成を示す図である。図1には、屋内の監視領域Sが示されている。監視領域Sを有する施設の具体例としては、製造業の施設(製造現場、倉庫、オフィス等)、病院、大規模商業施設、および公共施設(駅、空港、市庁舎等)などが挙げられる。
(Embodiment 1)
Fig. 1 is a diagram illustrating a configuration of a position estimation system 100 according to a first embodiment of the present disclosure. Fig. 1 illustrates an indoor monitoring area S. Specific examples of facilities having the monitoring area S include manufacturing facilities (such as manufacturing sites, warehouses, and offices), hospitals, large-scale commercial facilities, and public facilities (such as train stations, airports, and city halls).

監視領域Sには、無線信号を送受信可能な無線通信装置である3つの固定ノード(アンカーノード)A~Cが設置されている。アンカーノードA~Cの2次元平面上の各位置(X座標とY座標)は既知である。アンカーノードA~Cの設置方法は、特に限定されるものではないが、監視領域Sの床面上に設置されてもよいし、壁面または天井面に取り付けられてもよい。アンカーノードA~Cには、各アンカーノードを一意に識別可能な固有の識別子ID_A~ID_Cがそれぞれ割り当てられている。なお、アンカーノードの数は3つに限定されるものではなく、3つ以上であればよい。アンカーノードの数が3つ以上である理由は、後述する多辺測量の手法を用いる際に、位置が既知の信号源が3つ以上必要であるためである。 Three fixed nodes (anchor nodes) A to C, which are wireless communication devices capable of sending and receiving wireless signals, are installed in the monitoring area S. The positions (X and Y coordinates) of anchor nodes A to C on a two-dimensional plane are known. There are no particular limitations on how anchor nodes A to C are installed, but they may be installed on the floor of monitoring area S or attached to the wall or ceiling. Anchor nodes A to C are assigned unique identifiers ID_A to ID_C, respectively, that allow them to be uniquely identified. Note that the number of anchor nodes is not limited to three; any number greater than three is sufficient. The reason for the number of anchor nodes being three or more is that three or more signal sources with known positions are required when using the multilateration technique described below.

アンカーノードA~Cは、専用の無線通信機器またはIoT(Internet of Things)機器等であってもよい。また、アンカーノードA~Cの無線通信方式は、特に限定されるものではないが、例えば、Wi-Fi、Bluetooth、BLE、RFID(Radio Frequency Identifier)、ZigBee、またはUWB(Ultra Wide Band)等であってもよい。 Anchor nodes A to C may be dedicated wireless communication devices or IoT (Internet of Things) devices. The wireless communication method of anchor nodes A to C is not particularly limited, but may be, for example, Wi-Fi, Bluetooth, BLE, RFID (Radio Frequency Identifier), ZigBee, or UWB (Ultra Wide Band).

また、監視領域Sには、無線信号を送受信可能な無線通信装置である移動ノード1~6を携帯する6人の人間が存在している。移動ノード1~6の2次元平面上の各位置(X座標とY座標)は、移動ノード1~6を携帯する各人が監視領域S内を動き回るとそれに伴って変化する。移動ノード1~6には、各移動ノードを一意に識別可能な固有の識別子ID_1~ID_6がそれぞれ割り当てられている。なお、移動ノードの数は6つに限定されるものではなく、1つ以上であればよい。 Furthermore, there are six people in the monitored area S, each carrying mobile nodes 1 to 6, which are wireless communication devices capable of sending and receiving wireless signals. The positions (X and Y coordinates) of mobile nodes 1 to 6 on a two-dimensional plane change as the people carrying mobile nodes 1 to 6 move around within the monitored area S. Mobile nodes 1 to 6 are assigned unique identifiers ID_1 to ID_6, respectively, which allow each mobile node to be uniquely identified. Note that the number of mobile nodes is not limited to six, as long as it is one or more.

移動ノード1~6は、専用のウェアラブル端末またはIoT機器等であってもよいし、携帯電話、スマートフォン、タブレット、PDA(Personal Digital Assistant)、またはパーソナルコンピュータ等の無線通信機能を有する携帯可能なデバイスであってもよい。また、移動ノード1~6の無線通信方式は、特に限定されるものではないが、例えば、Wi-Fi、Bluetooth、BLE、ZigBee、またはUWB等であってもよい。 Mobile nodes 1-6 may be dedicated wearable terminals or IoT devices, or may be portable devices with wireless communication capabilities, such as mobile phones, smartphones, tablets, PDAs (Personal Digital Assistants), or personal computers. The wireless communication method used by mobile nodes 1-6 is not particularly limited, but may be, for example, Wi-Fi, Bluetooth, BLE, ZigBee, or UWB.

移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cは、自ノードの識別子を含む無線信号を所定の送信電力で周囲に常時ブロードキャストしている。また、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cは、他ノードによってブロードキャストされた無線信号のうち、自ノードによって所定の閾値以上のRSSIで受信される無線信号に含まれる識別子を取得する。 Mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C constantly broadcast wireless signals containing their own node identifiers to the surrounding area at a predetermined transmission power. Furthermore, mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C acquire the identifiers contained in wireless signals broadcast by other nodes that are received by the own node with an RSSI above a predetermined threshold.

移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cは、自ノードによって所定の閾値以上のRSSIで受信される無線信号に含まれる他ノードの識別子を含む「近接情報」を、所定の第1の周期で位置推定サーバ20に送信する。なお、近接情報に含まれる他ノードの識別子として、自ノードによって所定の閾値以上のRSSIで受信される識別子のみが含まれるということは、自ノードの比較的近傍に存在する他ノードの識別子のみが含まれるということを意味している。 Mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C transmit "proximity information" containing identifiers of other nodes contained in wireless signals received by the own node with an RSSI above a predetermined threshold to location estimation server 20 at a predetermined first period. Note that the fact that the proximity information contains only identifiers of other nodes received by the own node with an RSSI above a predetermined threshold means that it contains only identifiers of other nodes that are relatively close to the own node.

図2は、移動ノード1によって送信される近接情報の一例を示す図である。近接情報の1番目の識別子は、自ノードの識別子である。したがって、図2の例では、移動ノード1の識別子であるID_1が格納されている。ただし、位置推定サーバ20が近接情報の送信元ノードを他の手段、例えば無線信号に含まれるヘッダ情報等を参照することによって特定可能である場合には、自ノードの識別子は省略されてもよい。近接情報の2番目以降の識別子は、自ノードによって所定の閾値以上のRSSIで受信される他ノードの識別子、すなわち自ノードの比較的近傍に存在する他ノードの識別子である。図2の例では、移動ノード3の識別子であるID_3と、移動ノード5の識別子であるID_5と、アンカーノードCの識別子であるID_Cとが格納されている。 Figure 2 is a diagram showing an example of proximity information transmitted by mobile node 1. The first identifier in the proximity information is the identifier of the local node. Therefore, in the example of Figure 2, ID_1, the identifier of mobile node 1, is stored. However, if the location estimation server 20 can identify the node that sent the proximity information by other means, such as by referring to header information included in the wireless signal, the identifier of the local node may be omitted. The second and subsequent identifiers in the proximity information are identifiers of other nodes received by the local node with an RSSI above a predetermined threshold, i.e., identifiers of other nodes located relatively close to the local node. In the example of Figure 2, ID_3, the identifier of mobile node 3, ID_5, the identifier of mobile node 5, and ID_C, the identifier of anchor node C, are stored.

位置推定サーバ20は、監視領域Sの近くに設置されており、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cから所定の第1の周期で送信される近接情報を受信する。位置推定サーバ20は、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cから近接情報が受信されると、当該近接情報および位置が既知であるアンカーノードA~Cの各位置に基づいて、移動ノード1~6の2次元平面上の各位置を推定する。なお、位置推定サーバ20の設置場所は監視領域Sの近くではなく、監視領域S内であってもよい。 Location estimation server 20 is installed near monitoring area S and receives proximity information transmitted from mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C at a predetermined first cycle. When location estimation server 20 receives proximity information from mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C, it estimates the positions of mobile nodes 1-6 on a two-dimensional plane based on the proximity information and the positions of anchor nodes A-C, whose positions are known. Note that location estimation server 20 does not have to be installed near monitoring area S, but may be installed within monitoring area S.

図3は、移動ノード1の機能的な構成を示すブロック図である。なお、移動ノード2~6およびアンカーノードA~Cの機能的な構成も同様である。移動ノード1は、ブロードキャスト部11と、受信部12と、作成部13と、送信部14と、無線通信インターフェース15とを備えている。ただし、図3に示される構成は機能的な構成であり、ハードウェア構成はこれとは異なっていてもよい。 Figure 3 is a block diagram showing the functional configuration of mobile node 1. Mobile nodes 2-6 and anchor nodes A-C also have similar functional configurations. Mobile node 1 comprises a broadcast unit 11, a receiving unit 12, a creating unit 13, a transmitting unit 14, and a wireless communication interface 15. However, the configuration shown in Figure 3 is a functional configuration, and the hardware configuration may differ.

ブロードキャスト部11は、自ノードの識別子であるID_1を含む無線信号を、無線通信インターフェース15を介して所定の送信電力で周囲にブロードキャストする。受信部12は、他ノードによってブロードキャストされた無線信号を、無線通信インターフェース15を介して受信する。作成部13は、受信部12によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上のRSSIで受信される無線信号に含まれる他ノードの識別子を取得し、当該他ノードの識別子を含む近接情報を作成する。送信部14は、作成部13によって作成された近接情報を、無線通信インターフェース15を介して位置推定サーバ20に送信する。なお、アンカーノードA~Cについては、図示しない有線通信インターフェースをさらに備え、作成部13によって作成された近接情報を有線通信によって位置推定サーバ20に送信してもよい。 The broadcast unit 11 broadcasts a wireless signal containing its own node identifier, ID_1, to the surrounding area via the wireless communication interface 15 at a predetermined transmission power. The receiver 12 receives wireless signals broadcast by other nodes via the wireless communication interface 15. The creator 13 acquires the identifiers of other nodes contained in wireless signals received by the receiver 12 with an RSSI equal to or greater than a predetermined threshold, and creates proximity information containing the identifiers of the other nodes. The transmitter 14 transmits the proximity information created by the creator 13 to the location estimation server 20 via the wireless communication interface 15. Note that anchor nodes A to C may further be provided with a wired communication interface (not shown), and may transmit the proximity information created by the creator 13 to the location estimation server 20 via wired communication.

図4は、位置推定サーバ20の機能的な構成を示すブロック図である。位置推定サーバ20は、無線通信インターフェース21と、受信部22と、近接関係特定部23と、位置推定部24と、表示部25とを備えている。ただし、図4に示される構成は機能的な構成であり、ハードウェア構成はこれとは異なっていてもよい。また、位置推定サーバ20の各機能は、物理的に分離された複数の構成に分散して実装されてもよい。 Figure 4 is a block diagram showing the functional configuration of the location estimation server 20. The location estimation server 20 includes a wireless communication interface 21, a receiving unit 22, a proximity relationship identification unit 23, a location estimation unit 24, and a display unit 25. However, the configuration shown in Figure 4 is a functional configuration, and the hardware configuration may differ. Furthermore, each function of the location estimation server 20 may be implemented in multiple physically separated components.

受信部22は、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cから、無線通信インターフェース21を介して、近接情報を受信する。上述したように、近接情報には、自ノードによって所定の閾値以上のRSSIで受信される無線信号に含まれる他ノードの識別子が含まれている。なお、アンカーノードA~Cが有線通信インターフェースを備える場合には、位置推定サーバ20も図示しない有線通信インターフェースを備え、アンカーノードA~Cから近接情報を有線通信によって受信してもよい。 The receiver 22 receives proximity information from mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C via the wireless communication interface 21. As described above, the proximity information includes the identifiers of other nodes contained in wireless signals received by the node with an RSSI equal to or greater than a predetermined threshold. If anchor nodes A-C have a wired communication interface, the location estimation server 20 may also have a wired communication interface (not shown) and receive proximity information from anchor nodes A-C via wired communication.

近接関係特定部23は、近接情報に基づいて、各ノード間の近接関係を表現する無向グラフを作成する。位置推定部24は、各ノード間の近接関係を表現する無向グラフおよび位置が既知であるアンカーノードA~Cの各位置に基づいて、移動ノード1~6の各位置を推定する。 The proximity relationship identification unit 23 creates an undirected graph representing the proximity relationships between each node based on the proximity information. The position estimation unit 24 estimates the positions of each of the mobile nodes 1 to 6 based on the undirected graph representing the proximity relationships between each node and the positions of anchor nodes A to C, whose positions are known.

位置推定部24は、ホップ数算出部24aと、距離推定部24bと、位置記憶部24cと、個別位置推定部24dと、協調位置推定部24eとを含んでいる。ホップ数算出部24aは、各ノード間の近接関係を表現する無向グラフに基づいて、各ノード間のホップ数を算出する。距離推定部24bは、各ノード間のホップ数および位置が既知であるアンカーノードA~Cの各位置に基づいて、各ノード間の実際の距離を推定する。本実施の形態1では、距離推定部24bによって推定された距離を「推定距離」と称することにする。位置記憶部24cは、アンカーノードA~Cの各位置を予め記憶している。個別位置推定部24dは、移動ノード1~6の各位置を、当該移動ノードとアンカーノードA~Cとの間の推定距離に基づいて、多辺測量の手法によって個別に推定する。協調位置推定部24eは、移動ノード1~6の各位置を変数として含む最適化問題を、個別位置推定部24dによって推定された移動ノード1~6の各位置を初期推定位置として用いて解くことによって、移動ノード1~6の各位置を同時に推定する。表示部25は、例えば液晶ディスプレイパネルによって構成されており、協調位置推定部24eによって推定された移動ノード1~6の各位置を表示する。 The position estimation unit 24 includes a hop count calculation unit 24a, a distance estimation unit 24b, a position memory unit 24c, an individual position estimation unit 24d, and a cooperative position estimation unit 24e. The hop count calculation unit 24a calculates the number of hops between each node based on an undirected graph representing the proximity relationships between each node. The distance estimation unit 24b estimates the actual distance between each node based on the number of hops between each node and the positions of anchor nodes A to C, whose positions are known. In this embodiment 1, the distance estimated by the distance estimation unit 24b is referred to as the "estimated distance." The position memory unit 24c pre-stores the positions of anchor nodes A to C. The individual position estimation unit 24d individually estimates the position of each of mobile nodes 1 to 6 using a multilateration technique based on the estimated distance between the mobile node and anchor nodes A to C. The cooperative position estimation unit 24e simultaneously estimates the positions of mobile nodes 1-6 by solving an optimization problem that includes the positions of mobile nodes 1-6 as variables, using the positions of mobile nodes 1-6 estimated by the individual position estimation unit 24d as initial estimated positions. The display unit 25 is configured, for example, with a liquid crystal display panel, and displays the positions of mobile nodes 1-6 estimated by the cooperative position estimation unit 24e.

次に、本実施の形態1に係る位置推定システム100における、移動ノード1~6の各位置を推定する処理について説明する。移動ノード1~6の各位置を推定する処理は、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cによって実行される処理と、これに対応して位置推定サーバ20によって実行される処理とに分かれている。 Next, we will explain the process for estimating the positions of mobile nodes 1-6 in position estimation system 100 according to embodiment 1. The process for estimating the positions of mobile nodes 1-6 is divided into a process performed by mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C, and a corresponding process performed by position estimation server 20.

図5は、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cによって実行される処理の詳細を説明するフローチャートである。 Figure 5 is a flowchart that details the processing performed by mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C.

ステップS101において、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cの各ブロードキャスト部11は、無線通信インターフェース15を介して、自ノードの識別子を含む無線信号のブロードキャストを開始する。この際の送信電力は、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cですべて等しく、例えば2.5mWである。 In step S101, the broadcast unit 11 of each of mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C begins broadcasting a wireless signal containing the node's identifier via the wireless communication interface 15. The transmission power at this time is the same for all of mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C, for example, 2.5 mW.

ステップS102において、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cの各受信部12は、無線通信インターフェース15を介して、所定の閾値以上のRSSIで受信される無線信号をすべて受信し、各受信信号に含まれる他ノードの識別子を取得する。ここで、所定の閾値は、例えば-50dBmである。ただし、この所定の閾値は、監視領域S内の移動ノードの数または密度等に応じて適宜調整してもよい。例えば、監視領域S内の移動ノードの数が多く、移動ノード同士の距離が短い場合には、所定の閾値を-50dBmよりも高く設定してもよい。反対に、監視領域S内の移動ノードの数が少なく、移動ノード同士の距離が長い場合には、所定の閾値を-50dBmよりも低く設定してもよい。また、RSSIが細かく変動するような場合に対処するために、所定の期間、例えば100m秒間に一度でも所定の閾値以上のRSSIで受信された無線信号に含まれる他ノードの識別子をすべて取得するようにしてもよい。 In step S102, the receiver 12 of each of the mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C receives all wireless signals with an RSSI above a predetermined threshold via the wireless communication interface 15 and acquires the identifiers of other nodes contained in each received signal. Here, the predetermined threshold is, for example, -50 dBm. However, this predetermined threshold may be adjusted as appropriate depending on the number or density of mobile nodes within the monitoring area S. For example, if there are many mobile nodes within the monitoring area S and the distances between the mobile nodes are short, the predetermined threshold may be set higher than -50 dBm. Conversely, if there are few mobile nodes within the monitoring area S and the distances between the mobile nodes are long, the predetermined threshold may be set lower than -50 dBm. Furthermore, to deal with cases where the RSSI fluctuates slightly, the receiver 12 may acquire all identifiers of other nodes contained in wireless signals received with an RSSI above a predetermined threshold at least once within a predetermined period, for example, 100 ms.

例えば、移動ノード1の受信部12は、移動ノード3がブロードキャストする無線信号と、移動ノード5がブロードキャストする無線信号と、アンカーノードCがブロードキャストする無線信号とを、所定の時間の間に少なくとも一度は所定の閾値以上のRSSIで受信可能であるとする。このことは、移動ノード1の近傍(例えば、半径4m程度の範囲内)に、移動ノード3と、移動ノード5と、固定ノードCとが存在することを意味している。このとき、移動ノード1は、移動ノード3の識別子であるID_3と、移動ノード5の識別子であるID_5と、アンカーノードCの識別子であるID_Cとを取得する。移動ノード2~6およびアンカーノードA~Cについても同様である。 For example, suppose that receiver 12 of mobile node 1 is able to receive the wireless signals broadcast by mobile node 3, mobile node 5, and anchor node C at least once within a specified time period with an RSSI above a specified threshold. This means that mobile node 3, mobile node 5, and fixed node C are present in the vicinity of mobile node 1 (for example, within a radius of about 4 m). At this time, mobile node 1 acquires ID_3, the identifier of mobile node 3, ID_5, the identifier of mobile node 5, and ID_C, the identifier of anchor node C. The same applies to mobile nodes 2-6 and anchor nodes A-C.

ステップS103において、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cの各作成部13は、上記のステップS102で取得された他ノードの識別子に基づいて、近接情報を作成する。先述したように、近接情報には、自ノードの識別子(省略可)と、自ノードの近傍に存在する他ノードの識別子とが含まれている。図6は、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cの各作成部13が作成する各近接情報の一覧の一例を示す図である。 In step S103, the creation units 13 of mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C create proximity information based on the identifiers of other nodes acquired in step S102 above. As mentioned above, the proximity information includes the identifier of the node itself (optional) and the identifiers of other nodes located near the node itself. Figure 6 shows an example of a list of each piece of proximity information created by the creation units 13 of mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C.

ステップS104において、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cの各送信部14は、無線通信インターフェース15を介して、上記のステップS103で作成された近接情報を位置推定サーバ20に送信する。詳細には、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cの各送信部14は、無線通信インターフェース15を介して、近接情報を位置推定サーバ20に送信する。なお、アンカーノードA~Cと位置推定サーバ20との間で有線通信が可能である場合には、アンカーノードA~Cの送信部14は、近接情報を有線通信によって位置推定サーバ20に送信してもよい。 In step S104, the transmitters 14 of the mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C transmit the proximity information created in step S103 to the position estimation server 20 via the wireless communication interface 15. In particular, the transmitters 14 of the mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C transmit the proximity information to the position estimation server 20 via the wireless communication interface 15. If wired communication is possible between the anchor nodes A-C and the position estimation server 20, the transmitters 14 of the anchor nodes A-C may transmit the proximity information to the position estimation server 20 via wired communication.

ステップS105において、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cは、所定の時間、例えば100m秒待機する。この待機時間は、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cが近接情報を位置推定サーバ20に送信する、先述した所定の第1の周期に対応する。所定の待機時間が満了すると、図5のフローチャートの処理は、ステップS102に戻る。 In step S105, mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C wait for a predetermined time, for example, 100 ms. This wait time corresponds to the aforementioned predetermined first period during which mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C transmit proximity information to location estimation server 20. When the predetermined wait time expires, the processing of the flowchart in FIG. 5 returns to step S102.

以上の処理が実行されることによって、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cは、自ノードの近傍に存在する他ノードの識別子を含む近接情報を、所定の第1の周期で位置推定サーバ20に繰り返し送信することができる。 By performing the above process, mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C can repeatedly transmit proximity information, including identifiers of other nodes present in the vicinity of the node, to the location estimation server 20 at a predetermined first period.

図7は、図6の移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cによって実行される処理に対応して、位置推定サーバ20によって実行される処理の詳細を説明するフローチャートである。 Figure 7 is a flowchart that details the processing performed by the location estimation server 20, corresponding to the processing performed by mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C in Figure 6.

ステップS201において、位置推定サーバ20の受信部22は、無線通信インターフェース21を介して、図5のステップS104で移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cによって送信された近接情報を所定の期間、例えば1秒間にわたって受信する。すなわち、位置推定サーバ20の受信部22は、図6に示される各ノードの近接情報をすべて受信する。ただし、同一の近接情報が重複して受信された場合には、最初に受信された近接情報のみを残し、後に受信された近接情報は破棄する。なお、アンカーノードA~Cと位置推定サーバ20との間で有線通信が可能である場合には、位置推定サーバ20の受信部22は、アンカーノードA~Cから近接情報を有線通信によって受信してもよい。 In step S201, the receiver 22 of the location estimation server 20 receives, via the wireless communication interface 21, the proximity information transmitted by mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C in step S104 of FIG. 5 for a predetermined period of time, for example, one second. That is, the receiver 22 of the location estimation server 20 receives all of the proximity information for each node shown in FIG. 6. However, if the same proximity information is received multiple times, only the proximity information received first is retained and the proximity information received later is discarded. Note that if wired communication is possible between anchor nodes A-C and the location estimation server 20, the receiver 22 of the location estimation server 20 may receive proximity information from anchor nodes A-C via wired communication.

ステップS202において、位置推定サーバ20の近接関係特定部23は、上記のステップS201で受信された移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cの近接情報に基づいて、各ノードの近接関係を表現する図8Aに示されるような無向グラフを作成する。 In step S202, the proximity relationship identification unit 23 of the location estimation server 20 creates an undirected graph, such as that shown in Figure 8A, that represents the proximity relationships of each node based on the proximity information of mobile nodes 1 to 6 and anchor nodes A to C received in step S201 above.

詳細には、本実施の形態1では、互いに相手のノードの識別子を所定の閾値以上のRSSIで受信可能なノードのペアを「近接ノードのペア」と定義する。例えば、移動ノード1が移動ノード3の識別子を所定の閾値以上のRSSIで受信可能であり、かつ移動ノード3が移動ノード1の識別子を所定の閾値以上のRSSIで受信可能であるとき、移動ノード1と移動ノード3とは「近接ノードのペア」となる。そして、これら近接ノードのペアを連結していくことにより、図8Aに示されるような無向グラフが作成される。図8Bは、図8Aの無向グラフの行列表現である。周知のように、頂点の数が有限の無向グラフを表現する行列は対称行列であり、その対角要素はすべて0である。 In more detail, in this first embodiment, a pair of nodes that can receive each other's identifier with an RSSI above a predetermined threshold is defined as a "neighboring node pair." For example, when mobile node 1 can receive mobile node 3's identifier with an RSSI above a predetermined threshold, and mobile node 3 can receive mobile node 1's identifier with an RSSI above a predetermined threshold, mobile node 1 and mobile node 3 become a "neighboring node pair." By linking these neighboring node pairs, an undirected graph such as that shown in Figure 8A is created. Figure 8B is a matrix representation of the undirected graph in Figure 8A. As is well known, a matrix that represents an undirected graph with a finite number of vertices is a symmetric matrix, and its diagonal elements are all zeros.

なお、移動ノードが送信する近接情報に矛盾がある場合、例えば、移動ノード1が送信する近接情報には移動ノード3の識別子が含まれるが、移動ノード3が送信する近接情報には移動ノード1の識別子が含まれないような場合には、移動ノード1と移動ノード3とは、上記の「近接ノードのペア」の定義を満たさない。このような場合には、図8Aの移動ノード1と移動ノード3との間の辺は存在しなくなり、図8Bの行列の(1,3)の要素と(3,1)の要素はともに0になる。あるいは、例えば、移動ノード3から受信された近接情報に移動ノード1の識別子を追加することにより、移動ノード1と移動ノード3とが「近接ノードのペア」の定義を満たすように補正してもよい。このように補正すれば、図8Aの移動ノード1と移動ノード3との間の辺が存在するようになり、図8Bの行列の(1,3)の要素と(3,1)の要素はともに1になる。 Note that if there is an inconsistency in the proximity information sent by the mobile nodes, for example, if the proximity information sent by mobile node 1 includes the identifier of mobile node 3, but the proximity information sent by mobile node 3 does not include the identifier of mobile node 1, mobile node 1 and mobile node 3 do not satisfy the definition of a "neighboring node pair" above. In such a case, the edge between mobile node 1 and mobile node 3 in Figure 8A no longer exists, and the elements (1, 3) and (3, 1) of the matrix in Figure 8B both become 0. Alternatively, for example, the identifier of mobile node 1 can be added to the proximity information received from mobile node 3, thereby correcting the relationship so that mobile node 1 and mobile node 3 satisfy the definition of a "neighboring node pair." With this correction, an edge between mobile node 1 and mobile node 3 in Figure 8A now exists, and the elements (1, 3) and (3, 1) of the matrix in Figure 8B both become 1.

ステップS203において、位置推定サーバ20のホップ数算出部24aは、図8Aの無向グラフに含まれる各ノード間のホップ数を算出し、図9に示されるようなホップ数の距離行列を作成する。 In step S203, the hop count calculation unit 24a of the location estimation server 20 calculates the number of hops between each node included in the undirected graph of Figure 8A and creates a hop count distance matrix as shown in Figure 9.

図9の距離行列において、例えば、移動ノード1と移動ノード3との間のホップ数は1である。また、移動ノード1とアンカーノードAとの間のホップ数は4である。このことは現実の監視領域Sにおいても、移動ノード1と移動ノード3との間の実際の距離(空間的な距離または物理的な距離)は、移動ノード1と固定ノードAとの間の実際の距離よりも短い可能性が高いことを意味している。換言すれば、移動ノード1から見て、移動ノード3は固定ノードAよりも近くに位置している可能性が高い。 In the distance matrix of Figure 9, for example, the number of hops between mobile node 1 and mobile node 3 is 1. Also, the number of hops between mobile node 1 and anchor node A is 4. This means that even in the actual monitoring area S, the actual distance (spatial distance or physical distance) between mobile node 1 and mobile node 3 is likely to be shorter than the actual distance between mobile node 1 and fixed node A. In other words, from the perspective of mobile node 1, mobile node 3 is likely to be located closer than fixed node A.

なお、図8Aの無向グラフに含まれる各ノード間のホップ数を算出する具体的な方法は、特に限定されるものでなはいが、例えば、幅優先探索やダイクストラ法等の周知のアルゴリズムを利用することができる。また、距離行列の作成方法から明らかであるが、図9の距離行列は対称行列であり、その対角要素はすべて0である。 The specific method for calculating the number of hops between each node included in the undirected graph of Figure 8A is not particularly limited, but well-known algorithms such as breadth-first search and Dijkstra's algorithm can be used. As is clear from the method for creating the distance matrix, the distance matrix of Figure 9 is a symmetric matrix, and all of its diagonal elements are 0.

ステップS204において、位置推定サーバ20の距離推定部24bは、図8Aの無向グラフの1ホップあたりの平均距離を算出する。詳細には、位置推定サーバ20の距離推定部24bは、位置記憶部24cに記憶されているアンカーノードA~Cの各位置に基づいて、1ホップあたりの平均距離を算出する。 In step S204, the distance estimation unit 24b of the location estimation server 20 calculates the average distance per hop in the undirected graph of Figure 8A. In detail, the distance estimation unit 24b of the location estimation server 20 calculates the average distance per hop based on the positions of anchor nodes A to C stored in the position memory unit 24c.

具体的には、監視領域Sの床面に対応する2次元平面上にN個のノードが存在する状況を考える。N個のノードのうち、最初のn個(1番目からn番目まで)は位置が不明の移動ノードであり、残りのN-n個(n+1番目からN番目まで)は位置が既知のアンカーノードである。本実施の形態1では、移動ノード1~6とアンカーノードA~Cが存在するため、N=9、n=6である。 Specifically, consider a situation where N nodes exist on a two-dimensional plane corresponding to the floor surface of the monitoring area S. Of the N nodes, the first n (1st to nth) are mobile nodes whose positions are unknown, and the remaining N-n (n+1st to Nth) are anchor nodes whose positions are known. In this first embodiment, there are mobile nodes 1 to 6 and anchor nodes A to C, so N=9 and n=6.

このとき、図8Aの無向グラフの1ホップあたりの平均距離Hdを、アンカーノードの既知の位置r(i=n+1,・・・,N)と、各アンカーノード間のホップ数hij(i,j=n+1,・・・,N)とから、以下の式(1)に従って算出する。 In this case, the average distance Hd per hop in the undirected graph of Figure 8A is calculated according to the following formula (1) from the known positions r i (i = n + 1, ..., N) of the anchor nodes and the number of hops h ij (i, j = n + 1, ..., N) between each anchor node.

具体的には、図10において、アンカーノードAとアンカーノードBとの間のホップ数は2であり、アンカーノードBとアンカーノードCとの間のホップ数は3であり、アンカーノードCとアンカーノードAとの間のホップ数は4である。また、例えば、アンカーノードAとアンカーノードBとの間の距離|r-r|=8m、アンカーノードBとアンカーノードCとの間の距離|r-r|=10m、アンカーノードCとアンカーノードAとの間の距離|r-r|=18mであるとする。このとき、1ホップあたりの平均距離Hdは、Hd=(8+10+18)/(2+3+4)=4.0mとなる。 10, the number of hops between anchor node A and anchor node B is 2, the number of hops between anchor node B and anchor node C is 3, and the number of hops between anchor node C and anchor node A is 4. Also, for example, assume that the distance between anchor node A and anchor node B |r A - r B |=8 m, the distance between anchor node B and anchor node C |r B - r C |=10 m, and the distance between anchor node C and anchor node A |r C - r A |=18 m. In this case, the average distance Hd per hop is Hd=(8+10+18)/(2+3+4)=4.0 m.

ステップS205において、位置推定サーバ20の距離推定部24bは、各ノード間の実際の距離を推定する。詳細には、位置推定サーバ20の距離推定部24bは、図9のホップ数の距離行列の各要素に、上記のステップS204で算出された1ホップあたりの平均距離Hdを乗算することによって、図11に示されるような推定距離を要素として含む、推定距離行列を作成する。図11の推定距離行列の各要素は、各ノード間の実際の距離の推定値(推定距離)を表している。ただし、図11の推定距離行列において、ホップ数が3以上の要素に対応する推定距離は、予め決定された大きな値N、例えば100に置き換えられる。なお、図11には存在しないが、近接関係が求められないノード間の推定距離についても、予め設定された大きな値Nに置き換えられる。 In step S205, the distance estimation unit 24b of the location estimation server 20 estimates the actual distance between each node. In detail, the distance estimation unit 24b of the location estimation server 20 multiplies each element of the distance matrix of the number of hops in FIG. 9 by the average distance per hop Hd calculated in step S204 above to create an estimated distance matrix containing estimated distances as elements, as shown in FIG. 11. Each element of the estimated distance matrix in FIG. 11 represents an estimate of the actual distance between each node (estimated distance). However, in the estimated distance matrix in FIG. 11, estimated distances corresponding to elements with a hop count of 3 or more are replaced with a predetermined large value N, for example, 100. Although not present in FIG. 11, estimated distances between nodes for which a proximity relationship cannot be determined are also replaced with a predetermined large value N.

予め決定された大きな値Nは、次に述べるステップS206およびS207において移動ノード1~6の各位置を推定する際の計算結果にほとんど影響を及ぼさない。すなわち、ホップ数が3以上の要素に対応する推定距離を予め決定された大きな値Nに置き換えることは、移動ノード1~6の各位置を推定する際に、ホップ数が1または2のノード、すなわち比較的近傍に位置するノード間の推定距離のみを使用し、ホップ数が3以上のノード、すなわち比較的遠方に位置するノード間の推定距離は使用しないことを意味している。換言すれば、信号源からの距離に比例して増大するRSSIの誤差や電波伝播環境等の影響を受けづらく、高い精度が期待できる近傍のノード間の推定距離のみに基づいて、移動ノード1~6の各位置を推定することを意味している。 The predetermined large value N has almost no effect on the calculation results when estimating the positions of mobile nodes 1-6 in steps S206 and S207, which will be described below. In other words, replacing the estimated distance corresponding to an element with three or more hops with the predetermined large value N means that when estimating the positions of mobile nodes 1-6, only the estimated distances between nodes with one or two hops, i.e., nodes located relatively close to each other, are used, and the estimated distances between nodes with three or more hops, i.e., nodes located relatively far away, are not used. In other words, the positions of mobile nodes 1-6 are estimated based only on the estimated distances between nearby nodes, which are expected to be highly accurate and are less susceptible to the effects of RSSI errors, which increase in proportion to the distance from the signal source, and the radio wave propagation environment.

なお、ホップ数の閾値は3に限定されるものではなく、監視領域S内の移動ノードの数または密度等に応じて適宜調整してもよい。例えば、監視領域S内の移動ノードの数が多く、移動ノード同士の距離が短い場合には、ホップ数の閾値を3よりも小さく設定してもよい。反対に、監視領域S内の移動ノードの数が少なく、移動ノード同士の距離が長い場合には、ホップ数の閾値を3よりも大きく設定してもよい。 The threshold for the number of hops is not limited to 3, and may be adjusted as appropriate depending on the number or density of mobile nodes within the monitoring area S. For example, if there are many mobile nodes within the monitoring area S and the distances between the mobile nodes are short, the threshold for the number of hops may be set to a value smaller than 3. Conversely, if there are few mobile nodes within the monitoring area S and the distances between the mobile nodes are long, the threshold for the number of hops may be set to a value larger than 3.

ステップS206において、位置推定サーバ20の個別位置推定部24dは、多辺測量の手法に基づいて、移動ノード1~6の各位置を個別に推定する。周知のように、多辺測量では、位置が既知の信号源が3つ以上必要である。そのため、本実施の形態1でも、アンカーノードが3つ以上必要である。多辺測量では、各移動ノード1~6の位置を、当該移動ノードと位置が既知のアンカーノードA~Cとの間の推定距離に基づいて個別に推定する。 In step S206, the individual position estimation unit 24d of the position estimation server 20 individually estimates the position of each of the mobile nodes 1-6 based on a multilateration technique. As is well known, multilateration requires three or more signal sources with known positions. Therefore, in this first embodiment, three or more anchor nodes are also required. In multilateration, the position of each of the mobile nodes 1-6 is individually estimated based on the estimated distance between the mobile node and anchor nodes A-C, whose positions are known.

詳細には、位置推定サーバ20の個別位置推定部24dは、図11の推定距離行列に含まれる移動ノードiとアンカーノードjとの間の推定距離dij(i=1,・・・,n;j=n+1,・・・,N)から、以下の式(2)に従って適当な数の繰り返し計算を行うことにより、移動ノードiの位置rを推定する。 In detail, the individual position estimation unit 24d of the position estimation server 20 estimates the position r i of the mobile node i by performing an appropriate number of repeated calculations according to the following equation (2) from the estimated distance d ij (i = 1, ..., n; j = n + 1, ..., N) between the mobile node i and the anchor node j included in the estimated distance matrix of Figure 11.

ただし、上式において、r (1,k)はk番目の解であり、Nは図8Aの各ノード間の近接関係を表現する無向グラフ上において、位置を推定したい移動ノードiから無向グラフ上の辺を辿って到達可能なアンカーノードjの数である。また、Aijは移動ノードiとアンカーノードjとの間の推定距離が既知か否かを表す変数であり、推定距離が既知の場合はAij=1であり、推定距離が不明の場合はAij=0である。なお、r (1,1)には、上式の第2項を利用することができる。 In the above equation, r i (1, k) is the k-th solution, and N i is the number of anchor nodes j that can be reached by tracing the edges on the undirected graph from mobile node i, the location of which is to be estimated, on the undirected graph that represents the proximity relationships between each node in Figure 8A. Also, A ij is a variable that indicates whether the estimated distance between mobile node i and anchor node j is known, and if the estimated distance is known, A ij = 1, and if the estimated distance is unknown, A ij = 0. Note that the second term in the above equation can be used for r i (1, 1) .

ステップS207において、位置推定サーバ20の協調位置推定部24eは、移動ノード1~6の各位置を変数として含む最適化問題を解くことによって、移動ノード1~6の各位置を同時に推定する。この際、移動ノード1~6の初期推定位置として、上記のステップS206で推定された移動ノード1~6の各位置を用いる。ただし、位置を推定したいノードから無向グラフ上の辺を辿って到達可能なアンカーノードの数が1である場合には、当該アンカーノードの位置をr (1)とする。また、位置を推定したいノードから無向グラフ上の辺を辿って到達可能なアンカーノードの数が0である場合には、監視領域Sの中心をr (1)とする。 In step S207, cooperative position estimation unit 24e of position estimation server 20 simultaneously estimates the positions of mobile nodes 1 to 6 by solving an optimization problem that includes the positions of mobile nodes 1 to 6 as variables. At this time, the positions of mobile nodes 1 to 6 estimated in step S206 above are used as the initial estimated positions of mobile nodes 1 to 6. However, if the number of anchor nodes reachable from the node whose position is to be estimated by tracing edges on the undirected graph is 1, the position of that anchor node is set to r i (1) . Also, if the number of anchor nodes reachable from the node whose position is to be estimated by tracing edges on the undirected graph is 0, the center of monitoring area S is set to r i (1) .

詳細には、位置推定サーバ20の協調位置推定部24eは、移動ノードiの位置rを、以下の式(3)によって定義される非線形の最適化問題を解くことによって同時に求める。 Specifically, the cooperative location estimation unit 24e of the location estimation server 20 simultaneously obtains the location r i of the mobile node i by solving a nonlinear optimization problem defined by the following equation (3).

ただし、上式において、目的関数f(x,・・・,x)は、以下の式(4)によって定義される。 In the above equation, the objective function f(x 1 , . . . , x n ) is defined by the following equation (4).

上記の最適化問題を解く方法としては、一例として、Stress majorization(E. R. Gansner, Y. Koren, and S. North, “Graph drawing by stress majorization," in Graph Drawing, ser. Lecture Notes in Computer Science, Heidelberg, Germany: Springer, 2005, pp. 239-250)を用いることができる。また、最適化問題の定式化として、上記の式(3)、(4)の定式化に代えて、例えば、多次元尺度構成法に基づく定式化を行ってもよい。 As an example of a method for solving the above optimization problem, stress majorization (E. R. Gansner, Y. Koren, and S. North, "Graph drawing by stress majorization," in Graph Drawing, ser. Lecture Notes in Computer Science, Heidelberg, Germany: Springer, 2005, pp. 239-250) can be used. Furthermore, instead of formulating the optimization problem using equations (3) and (4) above, a formulation based on multidimensional scaling, for example, may be used.

ステップS208において、位置推定サーバ20の表示部25は、上記のステップS207で推定された移動ノード1~6の各位置を表示する。表示の形式としては、特に限定されるものではないが、例えば、監視領域Sを表す2次元の図形上に移動ノード1~6の各位置をプロットしてもよい。表示が完了すると、図7のフローチャートの処理は、ステップS201に戻る。 In step S208, the display unit 25 of the location estimation server 20 displays the locations of mobile nodes 1 to 6 estimated in step S207 above. The display format is not particularly limited, but for example, the locations of mobile nodes 1 to 6 may be plotted on a two-dimensional diagram representing the monitoring area S. Once the display is complete, the processing of the flowchart in Figure 7 returns to step S201.

以上の処理が実行されることによって、移動ノード1~6の各位置が繰り返し推定され、表示部25に逐次表示される。 By performing the above process, the positions of mobile nodes 1 to 6 are repeatedly estimated and sequentially displayed on the display unit 25.

以上説明したように、本開示の実施の形態1に係る位置推定システム100は、位置が不明の移動ノード1~6と、位置が既知のアンカーノードA~Cと、位置推定サーバ20とを備えている。移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cは、自ノードの識別子を含む無線信号を所定の送信電力で周囲に常時ブロードキャストする。すなわち、アンカーノードA~Cだけでなく、移動ノード1~6も自ノードの識別子を含む無線信号を周囲にブロードキャストする。 As described above, the position estimation system 100 according to the first embodiment of the present disclosure includes mobile nodes 1-6 whose positions are unknown, anchor nodes A-C whose positions are known, and a position estimation server 20. Mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C constantly broadcast radio signals containing their own node identifiers to their surroundings at a predetermined transmission power. In other words, not only anchor nodes A-C but also mobile nodes 1-6 broadcast radio signals containing their own node identifiers to their surroundings.

移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cは、自ノードによって所定の閾値以上のRSSIで受信される他ノードの識別子を含む近接情報を位置推定サーバ20に送信する。すなわち、自ノードの比較的近くに存在し、信号源からの距離に比例して増大するRSSIの誤差や電波伝播環境等の影響を受けづらく、高い精度が期待できる近傍のノードの情報のみを位置推定サーバ20に送信する。 Mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C transmit proximity information to location estimation server 20, including the identifiers of other nodes received by the node with an RSSI above a predetermined threshold. In other words, only information about nearby nodes that are relatively close to the node and are unlikely to be affected by RSSI errors, which increase in proportion to the distance from the signal source, or the radio wave propagation environment, and are therefore expected to be highly accurate, is transmitted to location estimation server 20.

位置推定サーバ20は、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cから近接情報を受信すると、当該近接情報に基づいて各ノード間の近接関係(無向グラフ)を特定し、各ノード間の近接関係およびアンカーノードA~Cの各位置に基づいて、移動ノード1~6の各位置を推定する。すなわち、信号源からの距離に比例して増大するRSSIの誤差や電波伝播環境等の影響を受けづらく、高い精度が期待できる近傍のノードの情報のみに基づいて、移動ノード1~6の各位置を推定する。 When the location estimation server 20 receives proximity information from mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C, it identifies the proximity relationships (undirected graph) between each node based on the proximity information, and estimates the location of each mobile node 1-6 based on the proximity relationships between each node and the locations of anchor nodes A-C. In other words, the location of each mobile node 1-6 is estimated based only on information from nearby nodes, which is expected to be highly accurate and is less susceptible to the effects of RSSI errors, which increase in proportion to the distance from the signal source, and the radio wave propagation environment.

上記のように、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cの各ノード間の近接関係に基づいて、移動ノード1~6の各位置を推定することにより、信号源から送信される無線信号のRSSIに基づいて移動ノードの各位置を推定する従来技術と比較して、位置推定の精度が向上する。特に、監視領域S内の移動ノードの数が多く、移動ノード同士の距離が短い場合には、従来技術よりも高い推定精度を得ることができる。また、各ノードの近接関係を利用することにより、アンカーノードA~Cから送信される無線信号を直接受信できない移動ノード(図8Aの例では、移動ノード3~4)の位置も推定することができるため、アンカーノードの数を少数に抑えることができて低コストとなる。また、フィンガープリント法のような事前準備に要する手間も不要である。 As described above, by estimating the positions of mobile nodes 1-6 based on the proximity relationships between mobile nodes 1-6 and anchor nodes A-C, the accuracy of position estimation is improved compared to conventional techniques that estimate the positions of mobile nodes based on the RSSI of wireless signals transmitted from signal sources. In particular, when there are many mobile nodes within the monitoring area S and the distances between the mobile nodes are short, higher estimation accuracy can be achieved than conventional techniques. Furthermore, by utilizing the proximity relationships between each node, it is possible to estimate the positions of mobile nodes that cannot directly receive wireless signals transmitted from anchor nodes A-C (mobile nodes 3-4 in the example of Figure 8A). This allows the number of anchor nodes to be kept low, resulting in lower costs. Furthermore, there is no need for the time and effort required for advance preparation, as with fingerprinting.

また、図7のステップS206およびステップS207では、移動ノード1~6の位置推定問題を非線形の最適化問題として定式化し、これを解くことによって移動ノード1~6の各位置を推定している。したがって、本実施の形態1で推定される移動ノード1~6の各位置は、数学的に正当な手法によって推定されたものとなる。 Furthermore, in steps S206 and S207 of FIG. 7, the position estimation problem for mobile nodes 1 to 6 is formulated as a nonlinear optimization problem, and the positions of mobile nodes 1 to 6 are estimated by solving this problem. Therefore, the positions of mobile nodes 1 to 6 estimated in this embodiment 1 are estimated using a mathematically valid method.

なお、上記の実施の形態1において、個別位置推定部24dによって推定された移動ノード1~6の各位置を協調位置推定部24eの初期推定位置として用いない場合には、個別位置推定部24dの処理は省略することができる。あるいは、協調位置推定部24eの処理を省略して、個別位置推定部24dによって推定された移動ノード1~6の各位置を表示部25に表示させてもよい。 In the above-described first embodiment, if the positions of mobile nodes 1 to 6 estimated by individual position estimation unit 24d are not used as the initial estimated positions of cooperative position estimation unit 24e, the processing of individual position estimation unit 24d can be omitted. Alternatively, the processing of cooperative position estimation unit 24e may be omitted, and the positions of mobile nodes 1 to 6 estimated by individual position estimation unit 24d may be displayed on display unit 25.

また、上記の実施の形態1の変形例として、図5のステップS105で移動ノード1~6が近接情報を位置推定サーバ20に送信するのに代えて、移動ノード1~6同士が近接情報を相互にやり取りし、位置推定サーバ20によって行われる図7のステップS201~S208の処理を各移動ノード1~6が各々実行してもよい。 Also, as a variation of the above-described first embodiment, instead of mobile nodes 1-6 transmitting proximity information to location estimation server 20 in step S105 of FIG. 5, mobile nodes 1-6 may exchange proximity information with each other, and each mobile node 1-6 may individually execute the processing of steps S201-S208 of FIG. 7, which is performed by location estimation server 20.

(実施の形態2)
上記の実施の形態1に係る位置推定システム100では、移動ノード1~6およびアンカーノードA~Cから送信される近接情報に基づいて、位置推定サーバ20が移動ノード1~6の各位置を推定していた。これに対して、本実施の形態2に係る位置推定システム200では、位置推定サーバに相当する構成は存在せず、各移動ノードが自律分散的に自ノードの位置を他ノードから独立に推定する。
(Embodiment 2)
In location estimation system 100 according to the first embodiment, location estimation server 20 estimates the location of each of mobile nodes 1 to 6 based on proximity information transmitted from mobile nodes 1 to 6 and anchor nodes A to C. In contrast, location estimation system 200 according to the second embodiment does not have a configuration equivalent to a location estimation server, and each mobile node estimates its own location in an autonomous and decentralized manner, independently of other nodes.

図12は、本開示の実施の形態2に係る位置推定システム200の構成を示す図である。監視領域Sには、無線信号を送信可能な3つの固定ノード(アンカーノード)D~Fが設置されている。アンカーノードD~Fの2次元平面上の各位置(X座標とY座標)は既知である。なお、アンカーノードの数は3つに限定されるものではなく、3つ以上であればよい。 Figure 12 is a diagram showing the configuration of a position estimation system 200 according to a second embodiment of the present disclosure. Three fixed nodes (anchor nodes) D to F capable of transmitting wireless signals are installed in a monitoring area S. The positions (X and Y coordinates) of the anchor nodes D to F on a two-dimensional plane are known. Note that the number of anchor nodes is not limited to three, and may be three or more.

また、監視領域Sには、無線信号を送受信可能な移動ノード201~204を携帯する4人の人間が存在している。移動ノード201~204の2次元平面上の各位置(X座標とY座標)は、移動ノード201~204を携帯する各人が監視領域S内を動き回るとそれに伴って変化する。なお、移動ノードの数は4つに限定されるものではなく、1つ以上であればよい。 Furthermore, there are four people in the monitored area S, each carrying mobile nodes 201-204 capable of sending and receiving wireless signals. The positions (X and Y coordinates) of the mobile nodes 201-204 on a two-dimensional plane change as the people carrying the mobile nodes 201-204 move around within the monitored area S. Note that the number of mobile nodes is not limited to four, and can be one or more.

移動ノード201~204の各記憶部には、アンカーノードから自ノードまでのホップ数を表す「自ノードのホップ数」と、「アンカーノードの位置」とが格納される。ただし、初期状態においては、自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置として何も格納されていない。ホップ数の定義および算出方法は、実施の形態1と同じである。移動ノード201~204が次に述べる自律分散型の処理を繰り返し実行する過程において、移動ノード210~204の各記憶部に、自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の情報が追加されていく。 Each storage unit of mobile nodes 201-204 stores the "node's hop count," which indicates the number of hops from the anchor node to the node itself, and the "anchor node's position." However, in the initial state, nothing is stored as the node's hop count or the anchor node's position. The definition and calculation method of the hop count are the same as in embodiment 1. As mobile nodes 201-204 repeatedly execute the autonomous distributed processing described below, information about the node's hop count and anchor node's position is added to the storage unit of each mobile node 210-204.

図13は、移動ノード201の記憶部に格納される自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の一例を示す図である。図13の例では、自ノードのホップ数として、1ホップfromDと、2ホップfromFと、4ホップfromEとが格納されている。これらの情報は、移動ノード201は、アンカーノードDからの距離が1ホップであり、アンカーノードFからの距離が2ホップであり、アンカーノードEからの距離が4ホップであることを表している。また、アンカーノードの位置として、アンカーノードDの位置と、アンカーノードFの位置と、アンカーノードEの位置とが格納されている。 Figure 13 shows an example of the number of hops of the mobile node 201 and the location of the anchor node stored in the memory unit of the mobile node 201. In the example of Figure 13, 1 hop from D, 2 hops from F, and 4 hops from E are stored as the number of hops of the mobile node 201. This information indicates that the distance of the mobile node 201 from anchor node D is 1 hop, the distance from anchor node F is 2 hops, and the distance from anchor node E is 4 hops. In addition, the locations of anchor nodes D, F, and E are stored as the locations of the anchor nodes.

アンカーノードD~Fは、自ノードの位置を周囲に常時ブロードキャストしている。移動ノード201~204は、あるアンカーノードによってブロードキャストされた無線信号を所定の閾値以上のRSSIで受信できる場合には、当該アンカーノードと近接関係にあると判断し、当該無線信号に含まれるアンカーノードの位置に基づいて、自機の記憶部に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の情報を追加する。 Anchor nodes D-F constantly broadcast their own locations to the surrounding area. When mobile nodes 201-204 can receive a wireless signal broadcast by an anchor node with an RSSI above a predetermined threshold, they determine that they are in close proximity to that anchor node, and add information about their own node's hop count and the anchor node's location to their own device's memory based on the anchor node's location contained in the wireless signal.

移動ノード201~201は、自機の記憶部に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を所定の第2の周期で周囲にブロードキャストする。また、移動ノード201~204は、他の移動ノードによってブロードキャストされた無線信号を所定の閾値以上のRSSIで受信できる場合には、当該他の移動ノードと近接関係にあると判断し、当該無線信号に含まれる他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置に基づいて、自機の記憶部に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の情報を追加する。 Mobile nodes 201-204 broadcast their own hop count and anchor node location stored in their own device's memory to their surroundings at a predetermined second cycle. Furthermore, if a mobile node 201-204 can receive a wireless signal broadcast by another mobile node with an RSSI above a predetermined threshold, it determines that it is in close proximity to that other mobile node, and adds information about its own hop count and anchor node location to its own device's memory based on the other node's hop count and anchor node location contained in the wireless signal.

ただし、自機の記憶部に情報を追加する際に、同一内容の情報が既に追加されている場合には、重複して追加することはしない。また、自ノードのホップ数の情報を新たに追加する際に、起点のアンカーノードが同一であり、ホップ数のみが異なる場合には、ホップ数の少ない方の情報を追加して他方は破棄する。 However, when adding information to the device's memory, if identical information has already been added, the information will not be added again. Also, when adding new information about the number of hops for the device, if the starting anchor node is the same and only the number of hops differs, the information with the fewer number of hops will be added and the other will be discarded.

上記の自律分散型の処理が繰り返し実行されることによって、移動ノード201~204の各記憶部に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の情報が追加されていく。そして、十分な回数の繰り返しが実行された後には、移動ノード201~204の各記憶部に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置は、インターネットのルーティングプロトコルに用いられるBellman-Fordアルゴリズムと同様の原理により、正しい値に収束する。 By repeatedly executing the above autonomous distributed processing, information about the number of hops of the local node and the location of the anchor node is added to the memory unit of each of the mobile nodes 201-204. After a sufficient number of repetitions, the number of hops of the local node and the location of the anchor node stored in the memory unit of each of the mobile nodes 201-204 will converge to the correct value based on the same principle as the Bellman-Ford algorithm used in Internet routing protocols.

移動ノード201~204は、自機の記憶部に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置に基づいて、多辺測量の手法によって、自ノードの2次元平面上の位置を推定することができる。 Mobile nodes 201-204 can estimate their own positions on a two-dimensional plane using a multilateration technique based on the number of hops of their own node and the position of the anchor node stored in their own memory.

図14は、移動ノード201の機能的な構成を示すブロック図である。なお、移動ノード202~204の機能的な構成も同様である。移動ノード201は、ブロードキャスト部211と、受信部212と、追加部213と、記憶部214と、位置推定部215と、無線通信インターフェース216と、表示部217とを備えている。ただし、図14に示される構成は機能的な構成であり、ハードウェア構成はこれとは異なっていてもよい。 Figure 14 is a block diagram showing the functional configuration of mobile node 201. Mobile nodes 202 to 204 also have a similar functional configuration. Mobile node 201 comprises a broadcast unit 211, a receiving unit 212, an adding unit 213, a storage unit 214, a position estimation unit 215, a wireless communication interface 216, and a display unit 217. However, the configuration shown in Figure 14 is a functional configuration, and the hardware configuration may differ.

ブロードキャスト部211は、記憶部214に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を含む無線信号を、無線通信インターフェース216を介して所定の送信電力で周囲にブロードキャストする。受信部212は、他の移動ノードまたはアンカーノードによってブロードキャストされた無線信号を、無線通信インターフェース216を介して受信する。追加部213は、受信部212によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上のRSSIで受信される無線信号に含まれる他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置のいずれかまたは両方を取得する。詳細には、他の移動ノードによってブロードキャストされた無線信号の場合には、他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の両方を取得し、アンカーノードによってブロードキャストされた無線信号の場合には、アンカーノードの位置のみを取得する。追加部213は、取得された他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置のいずれかまたは両方に基づいて、記憶部214に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を追加する。 The broadcast unit 211 broadcasts a wireless signal containing the hop count of the local node and the location of the anchor node stored in the memory unit 214 to the surrounding area via the wireless communication interface 216 at a predetermined transmission power. The receiver 212 receives wireless signals broadcast by other mobile nodes or anchor nodes via the wireless communication interface 216. The adder 213 acquires either or both of the hop count of the other node and the location of the anchor node contained in wireless signals received by the receiver 212 that are received with an RSSI equal to or greater than a predetermined threshold. In particular, in the case of a wireless signal broadcast by another mobile node, both the hop count of the other node and the location of the anchor node are acquired, and in the case of a wireless signal broadcast by an anchor node, only the location of the anchor node is acquired. The adder 213 adds the hop count of the local node and the location of the anchor node to the memory unit 214 based on either or both of the acquired hop count of the other node and the location of the anchor node.

位置推定部215は、距離推定部215aと、個別位置推定部215bとを含んでいる。距離推定部215aは、アンカーノードD~Fから自ノードまでのホップ数と、アンカーノードD~Fの位置とに基づいて、アンカーノードD~Fから自ノードまでの実際の距離を推定する。本実施の形態2では、距離推定部215aによって推定された距離を「推定距離」と称することにする。個別位置推定部215bは、自ノードの位置を、アンカーノードD~Fから自ノードまでの推定距離およびアンカーノードD~Fの各位置に基づいて、多辺測量の手法によって推定する。表示部217は、位置推定部215の個別位置推定部215bによって推定された自ノードの位置を表示する。 The position estimation unit 215 includes a distance estimation unit 215a and an individual position estimation unit 215b. The distance estimation unit 215a estimates the actual distance from anchor nodes D to F to the own node based on the number of hops from anchor nodes D to F to the own node and the positions of anchor nodes D to F. In this second embodiment, the distance estimated by the distance estimation unit 215a is referred to as the "estimated distance." The individual position estimation unit 215b estimates the position of the own node using a multilateration technique based on the estimated distance from anchor nodes D to F to the own node and the positions of anchor nodes D to F. The display unit 217 displays the position of the own node estimated by the individual position estimation unit 215b of the position estimation unit 215.

次に、本実施の形態2に係る位置推定システム200において、移動ノード201~204が自ノードの位置を推定する処理について説明する。 Next, we will explain the process by which mobile nodes 201-204 estimate their own positions in the position estimation system 200 according to the second embodiment.

図15は、移動ノード201~204によって実行される処理の詳細を説明するフローチャートである。なお、アンカーノードD~Fは、自ノードの位置を周囲に常時ブロードキャストするだけであり、図15の処理は実行しない。 Figure 15 is a flowchart explaining the details of the processing executed by mobile nodes 201-204. Note that anchor nodes D-F simply constantly broadcast their own locations to the surrounding area and do not execute the processing shown in Figure 15.

ステップS301において、移動ノード201~204の各ブロードキャスト部211は、無線通信インターフェース216を介して、自機の記憶部214に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を含む無線信号を周囲にブロードキャストする。ただし、先述したように、初期状態においては、移動ノード201~204の各記憶部214には何も格納されていない。したがって、1回目のステップS301の実行時にブロードキャストされる無線信号には、何も含まれていない。 In step S301, the broadcast unit 211 of each mobile node 201-204 broadcasts, via the wireless communication interface 216, a wireless signal containing the node's hop count and the anchor node's position, which are stored in the node's memory unit 214. However, as mentioned above, in the initial state, nothing is stored in the memory unit 214 of each mobile node 201-204. Therefore, the wireless signal broadcast when step S301 is executed for the first time contains nothing.

ステップS302において、移動ノード201~204の各受信部212は、無線通信インターフェース216を介して、所定の閾値以上のRSSIで受信される無線信号をすべて受信し、各受信信号に含まれる他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置のいずれかまたは両方を取得する。 In step S302, the receiver 212 of each of the mobile nodes 201-204 receives all wireless signals with an RSSI above a predetermined threshold via the wireless communication interface 216, and obtains either or both of the number of hops of other nodes and the location of the anchor node contained in each received signal.

具体的には、1回目のステップS302の実行時には、図16(A)に示されるように、移動ノード201は、アンカーノードDによってブロードキャストされた無線信号を受信し、当該無線信号に含まれるアンカーノードDの位置を取得する。同様に、移動ノード202は、アンカーノードFによってブロードキャストされた無線信号を受信し、当該無線信号に含まれるアンカーノードFの位置を取得する。同様に、移動ノード204は、アンカーノードEによってブロードキャストされた無線信号を受信し、当該無線信号に含まれるアンカーノードEの位置を取得する。ただし、図16(A)では、移動ノード201を「1」、移動ノード202を「2」、移動ノード203を「3」、移動ノード204を「4」で示している。図17~19についても同様である。 Specifically, when step S302 is executed for the first time, as shown in FIG. 16(A), mobile node 201 receives a wireless signal broadcast by anchor node D and obtains the position of anchor node D contained in the wireless signal. Similarly, mobile node 202 receives a wireless signal broadcast by anchor node F and obtains the position of anchor node F contained in the wireless signal. Similarly, mobile node 204 receives a wireless signal broadcast by anchor node E and obtains the position of anchor node E contained in the wireless signal. However, in FIG. 16(A), mobile node 201 is represented by "1", mobile node 202 by "2", mobile node 203 by "3", and mobile node 204 by "4". The same applies to FIGS. 17 to 19.

ステップS303において、移動ノード201~204の各追加部213は、上記のステップ302で取得された他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置のいずれかまたは両方に基づいて、自機の記憶部214に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を追加する。 In step S303, the adding unit 213 of each mobile node 201-204 adds the number of hops of its own node and the location of the anchor node to its own storage unit 214 based on either or both of the number of hops of the other node and the location of the anchor node obtained in step 302 above.

具体的には、1回目のステップS303の実行時には、図16(B)に示されるように、移動ノード201は、自ノードのホップ数として1ホップfromDを追加する。また、移動ノード201は、アンカーノードの位置として、アンカーノードDの位置を追加する。同様に、移動ノード202は、自ノードのホップ数として1ホップfromFを追加するとともに、アンカーノードFの位置を追加する。同様に、移動ノード204は、自ノードのホップ数として1ホップfromEを追加するとともに、アンカーノードEの位置を追加する。 Specifically, when step S303 is executed for the first time, as shown in FIG. 16 (B), mobile node 201 adds one hop from D to the number of hops of its own node. Mobile node 201 also adds the location of anchor node D to the location of the anchor node. Similarly, mobile node 202 adds one hop from F to the number of hops of its own node, and also adds the location of anchor node F. Similarly, mobile node 204 adds one hop from E to the number of hops of its own node, and also adds the location of anchor node E.

ステップS304において、移動ノード201~204の各位置推定部215は、自ノードの位置を推定可能であるか否かを判定する。詳細には、自機の記憶部214に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置がそれぞれ3つ以上、すなわち後述する多辺測量を行うことができる最小数以上である場合には、位置推定可能であると判定される。この場合、移動ノード201~204の処理は、ステップS305に進む。一方、自機の記憶部214に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置がそれぞれ3つ未満である場合には、位置推定不能であると判定される。この場合、移動ノード201~204の処理は、ステップS305~S307をスキップして、ステップS308に進む。 In step S304, the position estimation unit 215 of each mobile node 201-204 determines whether its own node's position can be estimated. Specifically, if the number of hops for the own node and the position of the anchor node stored in its own device's memory unit 214 are each three or more, i.e., the minimum number required for multilateration (described below), it is determined that position estimation is possible. In this case, processing for the mobile nodes 201-204 proceeds to step S305. On the other hand, if the number of hops for the own node and the position of the anchor node stored in its own device's memory unit 214 are each less than three, it is determined that position estimation is impossible. In this case, processing for the mobile nodes 201-204 skips steps S305-S307 and proceeds to step S308.

ステップS308において、移動ノード201~204は、所定の時間待機する。この待機時間は、例えば100m秒に設定される。この待機時間は、移動ノード201~204が自機の記憶部214に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を周囲にブロードキャストする、先述した所定の第2の周期に対応する。所定の待機時間が満了すると、移動ノード201~204の処理は、ステップS301に戻る。 In step S308, the mobile nodes 201-204 wait for a predetermined time. This wait time is set to, for example, 100 ms. This wait time corresponds to the predetermined second period mentioned above, during which the mobile nodes 201-204 broadcast to the surrounding area the number of hops of their own node and the location of the anchor node stored in their own memory unit 214. When the predetermined wait time expires, the processing of the mobile nodes 201-204 returns to step S301.

2回目のステップS301の実行時には、図17(A)に示されるように、移動ノード201は、自ノードのホップ数である1ホップfromDおよびアンカーノードDの位置を周囲にブロードキャストする。同様に、移動ノード202は、自ノードのホップ数である1ホップfromFおよびアンカーノードFの位置を周囲にブロードキャストする。同様に、移動ノード204は、自ノードのホップ数である1ホップfromEおよびアンカーノードEの位置を周囲にブロードキャストする。 When step S301 is executed for the second time, as shown in FIG. 17(A), mobile node 201 broadcasts to its surroundings the number of hops (one hop from D) of its own node and the location of anchor node D. Similarly, mobile node 202 broadcasts to its surroundings the number of hops (one hop from F) of its own node and the location of anchor node F. Similarly, mobile node 204 broadcasts to its surroundings the number of hops (one hop from E) of its own node and the location of anchor node E.

2回目のステップS302の実行時には、図17(A)に示されるように、移動ノード201は、移動ノード202によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード202のホップ数である1ホップfromFおよびアンカーノードFの位置を取得する。同様に、移動ノード202は、移動ノード201によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード201のホップ数である1ホップfromDおよびアンカーノードDの位置を取得する。同様に、移動ノード203は、移動ノード202によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード202のホップ数である1ホップfromFおよびアンカーノードFの位置を取得する。また、移動ノード203は、移動ノード204によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード204のホップ数である1ホップfromEおよびアンカーノードEの位置を取得する。 When step S302 is executed for the second time, as shown in FIG. 17(A), mobile node 201 obtains the mobile node 202's hop count (one hop from F) and the location of anchor node F from the wireless signal broadcast by mobile node 202. Similarly, mobile node 202 obtains the mobile node 201's hop count (one hop from D) and the location of anchor node D from the wireless signal broadcast by mobile node 201. Similarly, mobile node 203 obtains the mobile node 202's hop count (one hop from F) and the location of anchor node F from the wireless signal broadcast by mobile node 202. Furthermore, mobile node 203 obtains the mobile node 204's hop count (one hop from E) and the location of anchor node E from the wireless signal broadcast by mobile node 204.

2回目のステップS303の実行時には、図17(B)に示されるように、移動ノード201は、自ノードのホップ数として2ホップfromFを追加するとともに、アンカーノードFの位置を追加する。同様に、移動ノード202は、自ノードのホップ数として2ホップfromDを追加するとともに、アンカーノードDの位置を追加する。同様に、移動ノード203は、自ノードのホップ数として2ホップfromEを追加するとともに、アンカーノードEの位置を追加する。また、移動ノード203は、自ノードのホップ数として2ホップfromFを追加するとともに、アンカーノードFの位置を追加する。 When step S303 is executed for the second time, as shown in FIG. 17(B), mobile node 201 adds two hops from F to the number of hops of its own node and adds the location of anchor node F. Similarly, mobile node 202 adds two hops from D to the number of hops of its own node and adds the location of anchor node D. Similarly, mobile node 203 adds two hops from E to the number of hops of its own node and adds the location of anchor node E. Furthermore, mobile node 203 adds two hops from F to the number of hops of its own node and adds the location of anchor node F.

2回目のステップS304の判定時にも、移動ノード201~204の処理は、ステップS305~S307をスキップして、ステップS308に進む。2回目のステップS308の実行時において、移動ノード201~204は、所定の時間待機した後、ステップS301に戻る。 When the determination in step S304 is made the second time, the processing of the mobile nodes 201-204 skips steps S305-S307 and proceeds to step S308. When step S308 is executed the second time, the mobile nodes 201-204 wait for a predetermined time and then return to step S301.

3回目のステップS301の実行時には、図18(A)に示されるように、移動ノード202は、自ノードのホップ数である2ホップfromDおよびアンカーノードDの位置を周囲にブロードキャストする。同様に、移動ノード203は、自ノードのホップ数である2ホップfromEおよび2ホップfromF、並びに、アンカーノードEの位置およびアンカーノードFの位置をブロードキャストする。 When step S301 is executed for the third time, as shown in FIG. 18(A), mobile node 202 broadcasts to its surroundings the number of hops (two hops from D) of its own node and the location of anchor node D. Similarly, mobile node 203 broadcasts the number of hops (two hops from E and two hops from F) of its own node, as well as the locations of anchor node E and anchor node F.

3回目のステップS302の実行時には、図18(A)に示されるように、移動ノード202は、移動ノード203によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード203のホップ数である2ホップfromEおよびアンカーノードEの位置を取得する。同様に、移動ノード203は、移動ノード202によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード202のホップ数である2ホップfromDおよびアンカーノードDの位置を取得する。同様に、移動ノード204は、移動ノード203によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード203のホップ数である2ホップfromFおよびアンカーノードFの位置を取得する。 When step S302 is executed for the third time, as shown in FIG. 18(A), mobile node 202 obtains the number of hops (two hops from E) of mobile node 203 and the location of anchor node E from the wireless signal broadcast by mobile node 203. Similarly, mobile node 203 obtains the number of hops (two hops from D) of mobile node 202 and the location of anchor node D from the wireless signal broadcast by mobile node 202. Similarly, mobile node 204 obtains the number of hops (two hops from F) of mobile node 203 and the location of anchor node F from the wireless signal broadcast by mobile node 203.

3回目のステップS303の実行時には、図18(B)に示されるように、移動ノード202は、自ノードのホップ数として3ホップfromEを追加するとともに、アンカーノードEの位置を追加する。同様に、移動ノード203は、自ノードのホップ数として3ホップfromDを追加するとともに、アンカーノードDの位置を追加する。同様に、移動ノード204は、自ノードのホップ数として3ホップfromFを追加するとともに、アンカーノードFの位置を追加する。 When step S303 is executed for the third time, as shown in FIG. 18(B), mobile node 202 adds three hops from E to its own node's hop count and adds the location of anchor node E. Similarly, mobile node 203 adds three hops from D to its own node's hop count and adds the location of anchor node D. Similarly, mobile node 204 adds three hops from F to its own node's hop count and adds the location of anchor node F.

3回目のステップS304の判定時には、移動ノード202および203の処理は、ステップS305に進む。一方、移動ノード201および204の処理は、ステップS305~S307をスキップして、ステップS308に進む。 When the determination in step S304 is made for the third time, the processing of mobile nodes 202 and 203 proceeds to step S305. On the other hand, the processing of mobile nodes 201 and 204 skips steps S305 to S307 and proceeds to step S308.

ステップS305において、移動ノード202の距離推定部215aは、実施の形態1のステップS204~S205と同様の方法で、アンカーノードD~Fから自ノードまでの実際の距離を推定する。同様に、移動ノード203の距離推定部215aは、アンカーノードD~Fから自ノードまでの実際の距離を推定する。 In step S305, the distance estimation unit 215a of the mobile node 202 estimates the actual distance from anchor nodes D to F to the mobile node itself using a method similar to steps S204 to S205 in embodiment 1. Similarly, the distance estimation unit 215a of the mobile node 203 estimates the actual distance from anchor nodes D to F to the mobile node itself.

ステップS306において、移動ノード202の個別位置推定部215bは、実施の形態1のステップS206と同様の方法で、自ノードの位置を、アンカーノードD~Fから自ノードまでの推定距離およびアンカーノードD~Fの各位置に基づいて、多辺測量の手法によって推定する。同様に、移動ノード203の個別位置推定部215bは、自ノードの位置を、アンカーノードD~Fから自ノードまでの推定距離およびアンカーノードD~Fの各位置に基づいて、多辺測量の手法によって推定する。 In step S306, the individual position estimation unit 215b of the mobile node 202 estimates the position of the mobile node 202 using a multilateration technique based on the estimated distance from anchor nodes D to F to the mobile node and the positions of anchor nodes D to F, in a manner similar to step S206 in embodiment 1. Similarly, the individual position estimation unit 215b of the mobile node 203 estimates the position of the mobile node 202 using a multilateration technique based on the estimated distance from anchor nodes D to F to the mobile node and the positions of anchor nodes D to F.

ステップS307において、移動ノード202の表示部217は、個別位置推定部215bによって推定された自ノードの位置を表示する。同様に、移動ノード203の表示部217は、個別位置推定部215bによって推定された自ノードの位置を表示する。 In step S307, the display unit 217 of the mobile node 202 displays the position of the mobile node estimated by the individual position estimation unit 215b. Similarly, the display unit 217 of the mobile node 203 displays the position of the mobile node estimated by the individual position estimation unit 215b.

3回目のステップS308の実行時において、移動ノード201~204は、所定の時間待機した後、ステップS301に戻る。 When step S308 is executed for the third time, the mobile nodes 201-204 wait for a predetermined time and then return to step S301.

4回目のステップS301の実行時には、図19(A)に示されるように、移動ノード202は、自ノードの距離ホップ数である3ホップformEおよびアンカーノードEの位置を周囲にブロードキャストする。同様に、移動ノード203は、自ノードのホップ数である3ホップfromDおよびアンカーノードDの位置を周囲にブロードキャストする。 When step S301 is executed for the fourth time, as shown in FIG. 19(A), mobile node 202 broadcasts to its surroundings the number of hops (3 hops from E) of its own node's distance and the location of anchor node E. Similarly, mobile node 203 broadcasts to its surroundings the number of hops (3 hops from D) of its own node's distance and the location of anchor node D.

4回目のステップS302の実行時には、図19(A)に示されるように、移動ノード201は、移動ノード202によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード202のホップ数である3ホップfromEおよびアンカーノードEの位置を取得する。同様に、移動ノード204は、移動ノード203によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード203のホップ数である3ホップfromDおよびアンカーノードDの位置を取得する。 When step S302 is executed for the fourth time, as shown in FIG. 19(A), mobile node 201 obtains the number of hops (3 hops from E) of mobile node 202 and the location of anchor node E from the wireless signal broadcast by mobile node 202. Similarly, mobile node 204 obtains the number of hops (3 hops from D) of mobile node 203 and the location of anchor node D from the wireless signal broadcast by mobile node 203.

4回目のステップS303の実行時には、図19(B)に示されるように、移動ノード201は、自ノードのホップ数として4ホップfromEを追加するとともに、アンカーノードEの位置を追加する。同様に、移動ノード204は、自ノードのホップ数として4ホップfromDを追加するとともに、アンカーノードDの位置を追加する。 When step S303 is executed for the fourth time, as shown in FIG. 19(B), mobile node 201 adds four hops from E to its own node's hop count and adds the location of anchor node E. Similarly, mobile node 204 adds four hops from D to its own node's hop count and adds the location of anchor node D.

4回目のステップS304の判定時には、移動ノード201~204の処理は、すべてステップS305に進む。ステップS305において、移動ノード201~204の各距離推定部215aは、実施の形態1のステップS204~S205と同様の方法で、アンカーノードD~Fから自ノードまでの実際の距離を推定する。 When the determination in step S304 is made for the fourth time, the processing of all mobile nodes 201-204 proceeds to step S305. In step S305, the distance estimation unit 215a of each mobile node 201-204 estimates the actual distance from anchor nodes D-F to the mobile node itself using a method similar to steps S204-S205 in embodiment 1.

4回目のステップS306において、移動ノード201~204の各個別位置推定部215bは、実施の形態1のステップS206と同様の方法で、自ノードの位置を、アンカーノードD~Fから自ノードまでの推定距離およびアンカーノードD~Fの各位置に基づいて、多辺測量の手法によって推定する。 In the fourth step S306, the individual position estimation unit 215b of each mobile node 201-204 estimates its own position using a multilateration technique based on the estimated distance from anchor nodes D-F to the own node and the positions of anchor nodes D-F, in a manner similar to step S206 in embodiment 1.

4回目のステップS307において、移動ノード201~204の各表示部217は、個別位置推定部215bによって推定された自ノードの位置を表示する。 In the fourth step S307, the display unit 217 of each mobile node 201-204 displays the position of the node estimated by the individual position estimation unit 215b.

4回目のステップS308の実行時において、移動ノード201~204は、所定の時間待機した後、ステップS301に戻る。 When step S308 is executed for the fourth time, the mobile nodes 201-204 wait for a predetermined time and then return to step S301.

以上の処理が繰り返し実行されることによって、移動ノード201~204の各記憶部214に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の情報が追加されていき、やがて正しい値に収束する。そして、移動ノード201~204は、自ノードの位置を正しく推定することができる。 By repeatedly executing the above process, information about the number of hops of the mobile node and the location of the anchor node is added to the storage unit 214 of each mobile node 201-204, and eventually converges to the correct value. This allows the mobile nodes 201-204 to correctly estimate their own location.

また、移動ノード201~204の各位置の時間変化を追跡したい場合には、移動ノード201~204は、所定の第3の周期、例えば1秒周期で自機の記憶部214に格納されている情報をすべてクリアし、図15の処理を再度スタートすればよい。 Furthermore, if it is desired to track changes in the positions of the mobile nodes 201-204 over time, the mobile nodes 201-204 can clear all information stored in their own memory unit 214 at a predetermined third cycle, for example, every second, and restart the process shown in Figure 15.

以上説明したように、本開示の実施の形態2に係る移動ノード201~204は、自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を格納する記憶部214を備えている。移動ノード201~204は、自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を所定の送信電力で周囲にブロードキャストする。移動ノード201~204は、他の移動ノードまたはアンカーノードによってブロードキャストされた無線信号のうち、所定の閾値以上のRSSIで受信される無線信号に含まれる、他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置のいずれかまたは両方を取得する。 As described above, mobile nodes 201-204 according to the second embodiment of the present disclosure include a storage unit 214 that stores the number of hops of the mobile node and the location of the anchor node. Mobile nodes 201-204 broadcast the number of hops of the mobile node and the location of the anchor node to the surrounding area at a predetermined transmission power. Mobile nodes 201-204 acquire either or both of the number of hops of other nodes and the location of the anchor node contained in radio signals broadcast by other mobile nodes or anchor nodes that are received with an RSSI equal to or greater than a predetermined threshold.

移動ノード201~204は、取得された他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置のいずれかまたは両方に基づいて、記憶部214に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を追加する。移動ノード201~204は、記憶部214に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの情報に基づいて、自ノードの位置を推定する。 Mobile nodes 201-204 add their own node's hop count and anchor node location to storage unit 214 based on either or both of the acquired other node's hop count and anchor node location. Mobile nodes 201-204 estimate their own node's location based on their own node's hop count and anchor node information stored in storage unit 214.

上記の特徴により、本実施の形態2に係る位置推定システム200では、実施の形態1の位置推定サーバに相当する構成が不要であり、各移動ノード201~204が自律分散的に自ノードの位置を他ノードから独立に推定することができる。 Due to the above characteristics, the location estimation system 200 according to the second embodiment does not require a configuration equivalent to the location estimation server of the first embodiment, and each mobile node 201-204 can estimate its own location independently from other nodes in an autonomous and decentralized manner.

本開示の幾つかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は例として提示したものであり、開示の範囲を限定することは意図していない、これらの実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、開示の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された開示とその均等の範囲に含まれるものである。 Several embodiments of the present disclosure have been described, but these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the disclosure. These embodiments can be embodied in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, modifications, etc. can be made without departing from the spirit of the disclosure. These embodiments and their variations are within the scope and spirit of the disclosure, as well as the disclosure and its equivalents as set forth in the claims.

また、本開示の処理は、特定の規格に限定されるものではなく、例示された設定は、適宜に変更されてよい。また、本開示の処理の手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよい。あるいは、本開示の処理の手順は、これら一連の手順をコンピュータに実施させるためのプログラム、または、当該プログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。その場合、本開示の処理は、コンピュータのCPU等のプロセッサによって実行される。また、記録媒体の種類は、本開示の実施の形態に影響を及ぼすものではないため、特に限定されるものではない。 Furthermore, the processing of the present disclosure is not limited to any particular standard, and the illustrated settings may be changed as appropriate. Furthermore, the processing procedures of the present disclosure may be considered as a method having a series of these procedures. Alternatively, the processing procedures of the present disclosure may be considered as a program for causing a computer to execute these series of procedures, or as a recording medium for storing such a program. In such cases, the processing of the present disclosure is executed by a processor such as a CPU of the computer. Furthermore, the type of recording medium is not particularly limited, as it does not affect the embodiments of the present disclosure.

また、本開示の図3、図4、図14で示された各構成要素は、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアで実現されてもよい。例えば、各構成要素がマイクロプログラム等のソフトウェアで実現されるソフトウェアモジュールであり、プロセッサが当該ソフトウェアモジュールを実行することにより、各構成要素が実現されてもよい。あるいは、各構成要素が、半導体チップ(ダイ)上の回路ブロック、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)またはFPGA(Field Programmable Gate Array)等の集積回路によって実現されてもよい。また、構成要素の数と構成要素を実現するハードウェアの数とは一致していなくてもよい。例えば、1つのプロセッサまたは回路が複数の構成要素を実現してもよい。反対に、1つの構成要素が複数のプロセッサまたは回路によって実現されてもよい。 Furthermore, each component shown in Figures 3, 4, and 14 of the present disclosure may be implemented in software or hardware. For example, each component may be a software module implemented in software such as a microprogram, and each component may be implemented by a processor executing the software module. Alternatively, each component may be implemented by a circuit block on a semiconductor chip (die), for example, an integrated circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field Programmable Gate Array). Furthermore, the number of components does not have to match the number of pieces of hardware that implement the components. For example, one processor or circuit may implement multiple components. Conversely, one component may be implemented by multiple processors or circuits.

また、本開示で述べられたプロセッサは、その種類が限定されるものではない。プロセッサは、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、またはGPU(Graphics Processing Unit)等であってもよい。 Furthermore, the processors described in this disclosure are not limited in type. The processor may be, for example, a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), or a GPU (Graphics Processing Unit).

1 移動ノード
2 移動ノード
3 移動ノード
4 移動ノード
5 移動ノード
6 移動ノード
11 ブロードキャスト部
12 受信部(第1の受信部)
13 作成部
14 送信部
15 無線通信インターフェース
20 位置推定サーバ(位置推定装置)
21 無線通信インターフェース
22 受信部(第2の受信部)
23 近接関係特定部
24 位置推定部
24a ホップ数算出部
24b 距離推定部
24c 位置記憶部
24d 個別位置推定部
24e 協調位置推定部
A アンカーノード(固定ノード)
B アンカーノード(固定ノード)
C アンカーノード(固定ノード)
100 位置推定システム
200 位置推定システム
201 移動ノード
202 移動ノード
203 移動ノード
204 移動ノード
211 ブロードキャスト部
212 受信部
213 追加部
214 記憶部
215 位置推定部
215a 距離推定部
215b 個別位置推定部
D アンカーノード(固定ノード)
E アンカーノード(固定ノード)
F アンカーノード(固定ノード)
1 Mobile node 2 Mobile node 3 Mobile node 4 Mobile node 5 Mobile node 6 Mobile node 11 Broadcast unit 12 Receiving unit (first receiving unit)
13 Creation unit 14 Transmission unit 15 Wireless communication interface 20 Position estimation server (position estimation device)
21 wireless communication interface 22 receiving unit (second receiving unit)
23 Proximity relation identification unit 24 Position estimation unit 24a Hop number calculation unit 24b Distance estimation unit 24c Position storage unit 24d Individual position estimation unit 24e Cooperative position estimation unit A Anchor node (fixed node)
B Anchor node (fixed node)
C Anchor node (fixed node)
100 Position estimation system 200 Position estimation system 201 Mobile node 202 Mobile node 203 Mobile node 204 Mobile node 211 Broadcast unit 212 Receiving unit 213 Adding unit 214 Storage unit 215 Position estimation unit 215a Distance estimation unit 215b Individual position estimation unit D Anchor node (fixed node)
E Anchor node (fixed node)
F anchor node (fixed node)

Claims (9)

移動ノードの位置を推定する位置推定装置であって、
前記移動ノードおよび固定ノードの各ノードは、当該ノードに割り当てられた識別子を無線信号に含めてブロードキャストし、
前記位置推定装置は、
前記移動ノードおよび前記固定ノードの各ノードから、当該ノードによって所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる他のノードの識別子を含む、近接情報を受信する受信部と、
前記近接情報に基づいて、前記各ノード間の近接関係を特定する近接関係特定部と、
前記各ノード間の近接関係および前記固定ノードの位置に基づいて、前記移動ノードの位置を推定する位置推定部と
を備える、位置推定装置。
A location estimation device for estimating a location of a mobile node, comprising:
Each of the mobile nodes and fixed nodes broadcasts an identifier assigned to that node in a radio signal;
the position estimation device,
a receiving unit that receives, from each of the mobile node and the fixed node, proximity information including an identifier of another node contained in a wireless signal received by the node with a received signal strength equal to or greater than a predetermined threshold;
a proximity relationship specification unit that specifies proximity relationships between the nodes based on the proximity information;
a position estimation unit that estimates the position of the mobile node based on the proximity relationships between the nodes and the positions of the fixed nodes.
前記近接関係特定部は、互いに相手の識別子を受信可能なノードのペアを特定することによって、前記各ノード間の近接関係を特定する、請求項1に記載の位置推定装置。 The position estimation device according to claim 1, wherein the proximity relationship determination unit determines the proximity relationship between the nodes by identifying pairs of nodes that can receive each other's identifiers. 前記位置推定部は、前記各ノード間の近接関係に基づいて、各ノード間のホップ数を算出するホップ数算出部を含む、請求項1または2に記載の位置推定装置。 The position estimation device according to claim 1 or 2, wherein the position estimation unit includes a hop count calculation unit that calculates the number of hops between each node based on the proximity relationship between each node. 前記位置推定部は、前記各ノード間のホップ数および前記固定ノードの位置に基づいて、前記各ノード間の実際の距離を推定する距離推定部を含む、請求項3に記載の位置推定装置。 The position estimation device of claim 3, wherein the position estimation unit includes a distance estimation unit that estimates the actual distance between the nodes based on the number of hops between the nodes and the positions of the fixed nodes. 前記距離推定部は、前記各ノード間のホップ数および前記固定ノードの位置に基づいて、1ホップあたりの平均距離を算出し、該1ホップあたりの平均距離および前記各ノード間のホップ数から、前記各ノード間の実際の距離を推定する、請求項4に記載の位置推定装置。 The position estimation device of claim 4, wherein the distance estimation unit calculates the average distance per hop based on the number of hops between each of the nodes and the position of the fixed node, and estimates the actual distance between each of the nodes from the average distance per hop and the number of hops between each of the nodes. 前記位置推定部は、1つまたは複数の前記移動ノードの位置を、該移動ノードと前記固定ノードとの間の前記推定された実際の距離に基づいて、多辺測量の手法によって個別に推定する個別位置推定部を含む、請求項4または5に記載の位置推定装置。 6. The position estimation device according to claim 4, wherein the position estimation unit includes an individual position estimation unit that individually estimates the positions of one or more of the mobile nodes by a multilateration technique based on the estimated actual distances between the mobile nodes and the fixed nodes . 前記位置推定部は、複数の前記移動ノードの各位置を変数として含む最適化問題を解くことによって、複数の前記移動ノードの各位置を同時に推定する協調位置推定部を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の位置推定装置。 The position estimation device according to any one of claims 1 to 6, wherein the position estimation unit includes a cooperative position estimation unit that simultaneously estimates the positions of the multiple mobile nodes by solving an optimization problem that includes the positions of the multiple mobile nodes as variables. 無線信号を送受信可能な移動ノードと、
無線信号を送受信可能な固定ノードと、
位置推定装置と
を備え、
前記移動ノードおよび前記固定ノードの各ノードは、
当該ノードに割り当てられた識別子を含む無線信号をブロードキャストするブロードキャスト部と、
他のノードによってブロードキャストされた無線信号を受信する第1の受信部と、
前記第1の受信部によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる前記他のノードの識別子を含む、近接情報を作成する作成部と、
前記近接情報を前記位置推定装置に送信する送信部と
を含み、
前記位置推定装置は、
前記移動ノードおよび前記固定ノードから前記近接情報を受信する第2の受信部と、
前記近接情報に基づいて、各ノード間の近接関係を特定する近接関係特定部と、
前記各ノード間の近接関係および前記固定ノードの位置に基づいて、前記移動ノードの位置を推定する位置推定部と
を含む、位置推定システム。
a mobile node capable of transmitting and receiving wireless signals;
a fixed node capable of transmitting and receiving wireless signals;
a position estimation device;
Each of the mobile node and the fixed node
a broadcasting unit that broadcasts a wireless signal including an identifier assigned to the node;
a first receiving unit for receiving a radio signal broadcast by another node;
a generating unit that generates proximity information including an identifier of the other node included in a wireless signal received with a received signal strength equal to or greater than a predetermined threshold, among wireless signals received by the first receiving unit;
a transmitter that transmits the proximity information to the position estimation device;
the position estimation device,
a second receiving unit for receiving the proximity information from the mobile node and the fixed node;
a proximity relationship specification unit that specifies proximity relationships between the nodes based on the proximity information;
a position estimation unit that estimates the position of the mobile node based on the proximity relationships between the nodes and the positions of the fixed nodes.
無線信号を送受信可能な移動ノードであって、
前記移動ノードに割り当てられた識別子を含む無線信号をブロードキャストするブロードキャスト部と、
他のノードによってブロードキャストされた無線信号を受信する第1の受信部と、
前記第1の受信部によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる前記他のノードの識別子を含む、近接情報を作成する作成部と、
前記近接情報を前記他のノードに送信する送信部と、
前記他のノードから前記近接情報を受信する第2の受信部と、
前記近接情報に基づいて、各ノード間の近接関係を特定する近接関係特定部と、
前記各ノード間の近接関係および固定ノードの位置に基づいて、前記移動ノードの位置を推定する位置推定部と
を備える、移動ノード。
A mobile node capable of transmitting and receiving wireless signals,
a broadcasting unit for broadcasting a radio signal including an identifier assigned to the mobile node;
a first receiving unit for receiving a radio signal broadcast by another node;
a generating unit that generates proximity information including an identifier of the other node included in a wireless signal received with a received signal strength equal to or greater than a predetermined threshold, among wireless signals received by the first receiving unit;
a transmitter that transmits the proximity information to the other node;
a second receiving unit configured to receive the proximity information from the other node;
a proximity relationship specification unit that specifies proximity relationships between the nodes based on the proximity information;
a position estimation unit that estimates the position of the mobile node based on the proximity relationships between the nodes and the positions of the fixed nodes.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006229845A (en) 2005-02-21 2006-08-31 Nec Corp Portable terminal device, radio communication system, location information calculation method and program
JP2008167440A (en) 2006-12-26 2008-07-17 Ntt Docomo Inc Positioning method and apparatus in wireless multi-hop network
JP2014036277A (en) 2012-08-07 2014-02-24 Kddi Corp Method for estimating installation position of itself and node device
JP2016045022A (en) 2014-08-20 2016-04-04 株式会社東芝 Position estimation device
CN107040992A (en) 2017-06-07 2017-08-11 江西理工大学 Wireless sensor network node locating method and device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006229845A (en) 2005-02-21 2006-08-31 Nec Corp Portable terminal device, radio communication system, location information calculation method and program
JP2008167440A (en) 2006-12-26 2008-07-17 Ntt Docomo Inc Positioning method and apparatus in wireless multi-hop network
JP2014036277A (en) 2012-08-07 2014-02-24 Kddi Corp Method for estimating installation position of itself and node device
JP2016045022A (en) 2014-08-20 2016-04-04 株式会社東芝 Position estimation device
CN107040992A (en) 2017-06-07 2017-08-11 江西理工大学 Wireless sensor network node locating method and device

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHINO SHIRAKI et al.,"Verification of Error-Increasing Factors by Sensor Response-Based Localization Technology Through Real Device Experiments",IEEE Access,2021年07月07日,Vol.9,pp.101729-101740,DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3095306
Tiejun Lv et al.,"Space-Time Hierarchical-Graph Based Cooperative Localization in Wireless Sensor Networks",IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING,2016年01月,Vol.64, No.2,pp.322-334,DOI: 10.1109/TSP.2015.2480038

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