(57)【要約】      （修正有）【課題】既存のＥＮとＨＮの問題を効果的に解決し、かつ信号の衝突を解決し、システムの時空間再使用性能を改善することが可能である多重アクセスコントロール方法を提供。【解決手段】オブジェクトに取り付けられる複数のタグ装置とオブジェクトの位置決定のための１以上の測位装置を含む。タグ装置は、測位装置の状態情報を記録する測位装置リストを有する。タグ装置が、チャネル要求パケット（ＣＲＰ）を間欠的に送信し、idle状態でかつＣＲＰを受信した測位装置が、有効範囲内に、測位装置によって受信したＣＲＰの送り主であるタグ装置にチャネルを割り当て、かつ他のタグ装置に測位装置の情報に通知するためのチャネル割当パケット（ＣＡＰ）を送信し、ＣＡＰを受信したタグ装置が、ＣＡＰの内容に応じて記憶した前記測位装置リストを更新し、タグ装置が測位装置リストを参照してＣＲＰの送信電力を調節する。【選択図】図１
2010175535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクトに取り付けられる複数のタグ装置とオブジェクトの位置決定のための１以上の測位装置を含むマルチオブジェクト測位システムのための電力制御基づく多重アクセスコントロール方法であって、
各タグ装置が測位装置の状態情報を記録する測位装置リストを記憶する記憶ユニットを含み、
前記タグ装置が、チャネル要求パケット（ＣＲＰ）を間欠的に送信するステップと、
idle状態でかつ前記ＣＲＰを受信した測位装置が、有効範囲内に、前記測位装置によって受信した前記ＣＲＰの送り主であるタグ装置にチャネルを割り当て、かつ他のタグ装置に前記測位装置の情報に通知するためのチャネル割当パケット（ＣＡＰ）を送信するステップと、
前記ＣＡＰを受信したタグ装置が、前記ＣＡＰの内容に応じて記憶した前記測位装置リストを更新するステップと、
前記タグ装置が測位装置リストを参照してＣＲＰの送信電力を調節するステップと
を含むことを特徴とする電力制御基づく多重アクセスコントロール方法。
【請求項２】
前記ＣＲＰが、前記タグ装置を識別するためのＴａｇＩＤを含むことを特徴とする請求項１に記載の電力制御基づく多重アクセスコントロール方法。
【請求項３】
前記ＣＡＰが、前記タグ装置を識別するためのＴａｇＩＤ、前記測位装置を識別するためのＰＯＤＩＤおよび前記測位装置の状態情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の電力制御基づく多重アクセスコントロール方法。
【請求項４】
前記測位装置リストが、前記測位装置に対応する複数のエントリを含み、
前記エントリが、前記測位装置のＰＯＤＩＤと、前記測位装置と前記タグ装置間の距離と、前記測位装置の状態と、前記測位装置の利用不可の間隔からなることを特徴とする請求項１に記載の電力制御基づく多重アクセスコントロール方法。
【請求項５】
前記測位装置リストを更新するステップが、
前記測位装置リストにおいて、前記ＣＡＰに含まれる前記ＰＯＤＩＤを検索するステップと、
前記測位装置リストに前記ＰＯＤＩＤに対応するエントリが見つけられなければ、前記測位装置リストに前記測位装置に関するエントリを追加するステップと、
前記測位装置リストに前記ＰＯＤＩＤに対応するエントリが見つかれば、対応するエントリの項目を更新するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の電力制御基づく多重アクセスコントロール方法。
【請求項６】
前記ＣＡＰの受信の後に、タグ装置が、前記ＣＡＰに含まれるＴａｇＩＤを自身のＩＤと比較し、一致すれば、前記ＣＡＰを送信する前記測位装置に位置信号を送信するステップと、
前記測位装置が、前記位置信号を使用して前記タグ装置を取り付けたオブジェクトの位置を判定するステップを、さらに含むことを特徴とする請求項３に記載の電力制御基づく多重アクセスコントロール方法。
【請求項７】
前記位置信号が、ＵＳ＋ＲＦ信号であることを特徴とする請求項６に記載の電力制御基づく多重アクセスコントロール方法。
【請求項８】
前記測位装置が、前記位置信号の到達時間（ＴＯＡ）結果に基づいて前記オブジェクトの位置を計算することを特徴とする請求項７に記載の電力制御基づく多重アクセスコントロール方法。
【請求項９】
前記ＣＲＰの送信電力を調節するステップが、
前記測位装置リストが空の場合、デフォルトの送信電力で前記ＣＲＰを送信するステップと、
前記測位装置リストが空でなく、かつリストされた最も近い測位装置がｉdele状態である場合、最も近い測位装置にＣＲＰを送信するように送信電力を調節するステップと、
前記測位装置リストが空ではないが、リストされた最も近い測位装置がＢｕｓｙ状態である場合、より小さい送信電力でＣＲＰを送信するよう送信電力を下げるステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の電力制御基づく多重アクセスコントロール方法。
【請求項１０】
より小さい送信電力で前記ＣＲＰを送信した後に、前記タグ装置がより近い測位装置を見つけ出さなければ、前記タグ装置は送信電力をそれ以上下げずに、測位装置リストにリストされた最も近い測位装置がＢｕｓｙ状態からIdle状態に切り替わるのを待ち、次に、最も近い測位装置に前記ＣＲＰを送信するように送信電力を調節することを特徴とする請求項９に記載の電力制御基づく多重アクセスコントロール方法。
【請求項１１】
電力制御に基づく多重アクセスコントロールを実行可能なマルチオブジェクト測位システムであって、
オブジェクトに取り付けられる複数のタグ装置とオブジェクトの位置決定のための１以上の測位装置を含み、
前記タグ装置は、
前記測位装置の状態情報を記録する測位装置リストを記憶する記憶手段と、
チャネル要求パケット（ＣＲＰ）を間欠的に送信するチャネル要求手段と、
前記測位装置から受信したチャネル割当てパケット（ＣＡＰ）の内容に基づいて前記測位装置リストを更新する測位装置リスト更新手段と、
前記測位装置リストを参照して前記ＣＲＰの送信電力を調節する送信電力調整手段とを備え、
前記測位装置は、
前記タグ装置からの前記ＣＲＰを受信し、Ｉｄｌe状態の場合に、有効範囲内に、前記測位装置によって受信した前記ＣＲＰの送り主であるタグ装置にチャネルを割り当て、かつ他のタグ装置に前記測位装置の情報に通知するためのチャネル割当パケット（ＣＡＰ）を送信する状態応答手段を備えることを特徴とするマルチオブジェクト測位システム。
【請求項１２】
前記ＣＲＰが、前記タグ装置を識別するためのＴａｇＩＤを含むことを特徴とする請求項１１に記載のマルチオブジェクト測位システム。
【請求項１３】
前記ＣＡＰが、前記タグ装置を識別するためのＴａｇＩＤ、前記測位装置を識別するためのＰＯＤＩＤおよび前記測位装置の状態情報を含むことを特徴とする請求項１１に記載のマルチオブジェクト測位システム。
【請求項１４】
前記測位装置リストが、前記測位装置に対応する複数のエントリを含み、
前記エントリが、前記測位装置のＰＯＤＩＤと、前記測位装置と前記タグ装置間の距離と、前記測位装置の状態と、前記測位装置の利用不可の間隔からなることを特徴とする請求項１１に記載のマルチオブジェクト測位システム。
【請求項１５】
前記測位装置リスト更新手段が、
前記測位装置リストにおいて、前記ＣＡＰに含まれる前記ＰＯＤＩＤを検索する検索ユニットと、
前記測位装置リストに前記ＰＯＤＩＤに対応するエントリが見つけられなければ、前記測位装置リストに前記測位装置に関するエントリを追加する追加ユニットと、
前記測位装置リストに前記ＰＯＤＩＤに対応するエントリが見つかれば、対応するエントリの項目を更新する更新ユニットを含むことを特徴とする請求項１３に記載のマルチオブジェクト測位システム。
【請求項１６】
前記タグ装置が、
前記ＣＡＰの受信の後に、タグ装置が、前記ＣＡＰに含まれるＴａｇＩＤを自身のＩＤと比較し、位置信号を送信するかどうかを判定する送信判定手段と、
前記一致すれば、前記ＣＡＰを送信する前記測位装置に位置信号を送信するステップと、
前記ＣＡＰに含まれるＴａｇＩＤが自身のＩＤと一致すると前記送信判定手段が判定すると、前記測位装置に位置信号を送信する位置信号送信手段とを備え、
前記測位装置が、
前記タグ装置からの位置信号を受信する測位信号受信手段と、
前記位置信号を使用して前記タグ装置を取り付けたオブジェクトの位置を計算する位置計算手段とを備えることを特徴とする請求項１３に記載のマルチオブジェクト測位システム。
【請求項１７】
前記位置信号が、ＵＳ＋ＲＦ信号であることを特徴とする請求項１１に記載のマルチオブジェクト測位システム。
【請求項１８】
前記測位装置は、前記位置信号の到達時間（ＴＯＡ）結果、到達時間差（ＴＤＯＡ）結果あるいは到達角（ＡＯＡ）結果に基づいて前記オブジェクトの位置を計算することを特徴とする請求項１７に記載のマルチオブジェクト測位システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチオブジェクト測位システムの多重アクセス制御に関し、特に、自律型のオブジェクト測位システムにおいて複数のタグ装置を同時に追跡するための分散型電力制御に基づく多重アクセス制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オブジェクト測位（位置測定）システムは、オフィス、ヘルスケア、セキュリティ、炭鉱、地下道、スマートビルディング（smart building）、レストランなどのような多くの適用エリアにおいて幅広い適用可能性のある技術である。成功する位置測定システムにとって必要不可欠な特徴は、多重アクセスコントロール性能である。この仕組みにより、複数の可動性のオブジェクトの位置を同時に特定することが可能となる。それは多くの位置測位に基づく用途にとって一般的な要求である。測位システムは、同時に全ての訪問者の位置を特定し、それに応じて案内情報を提供する。病院における患者、医者、および協力者の追跡に関しては、おそらく多くの患者、医者及び協力者が同じ手術室に同時に存在する。従って、測位システムによって複数のオブジェクトを同時に追跡することが不可欠である。オフィス、地下道、スマートビルディング、レストランなどの他の用途でも、複数のオブジェクトを同時に追跡することが必要とされる。
【０００３】
これまで、複数の可動性のオブジェクトの追跡要求に対して、自律超音波屋内追跡システム（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｉｎｄｏｏｒ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）（ＡＵＩＴＳ）が、高精度かつ高ロバスト（ｈｉｇｈｌｙ  ｒｏｂｕｓｔ）で、客の立場を考えた屋内追跡システムとして提案されている。それは、１装置（ＰＯＤ）による測位の考えを利用し、超音波の到着時間（ＴＯＡ：Time Of Arrival）を距離測量のために用いる。ＰＯＤは固定トポロジー構造の測位装置であり、複数の超音波受信機を単一の装置に一体化し、利用者の要求に応じて至る所に設置することが可能である。ＰＯＤはコンパクトな装置である（見た目はほとんどフリスビーのようである）。使用する場合、ＰＯＤは傘の骨格のような数個の伸縮可能なロッドを広げることが可能であり、各ロッドの端に超音波受信機が設けられている。広がったＰＯＤのトポロジーが固定され、その受信機の座標を簡単に計算することができるため、超音波受信機の座標のマニュアルキャリブレーションは一切必要ない。加えて、受信機がすべて１つの装置上に存在しているので、複雑な無線通信ベースのシグナリングおよびネットワークプロトコルも必要ない。図１は、２つのＰＯＤ  Ｒ１とＲ２を含むマルチオブジェクト測位システムを示している。ＡＵＩＴＳシステムとＰＯＤの詳細については、２００８年１月２９日に本出願によって出願された中国特許出願Ｎｏ．２００８１０００６３１７．０号、「１つの装置（ＰＯＤ）による測位、自律超音波測位システムおよびＰＯＤを利用する方法（Positioning on One Device (POD) and
Autonomous Ultrasound Positioning System and Method Using the POD）」に説明されている。この先の出願は、それらの全体が参照の目的でここに組み込まれる。
【０００４】
説明を簡単にするために、一例としてＡＵＩＴＳシステムおよびＰＯＤ測位装置を用いて本発明を説明する。しかしながら、本発明の原理および技術的解決法がＡＵＩＴＳシステムおよびＰＯＤ測位装置に限定されなことだけでなく、移動性のオブジェクト追跡の達成のために適切な機能を有する測位システムおよび装置であれば、他の共通の屋内測位システムおよび測位装置に適用することができることは、以下の詳細な説明から容易に理解されるはずである。
【０００５】
図１に示すＡＵＩＴＳシステムの具体例は、複数のタグ装置および複数のＰＯＤを含んでいる。この具体例において、ＡＵＩＴＳシステムは２つのＰＯＤおよび３つのタグ装置を含んでいる。ＰＯＤは、設置の容易さおよびキャリブレーションの容易さを考慮して監視環境に取り付けられる構造上のトポロジーを備えた測位装置として設計されている。ＰＯＤは、中央に位置するＲＦ送受信機と周囲に広がる複数のＵＳ受信機で構成されている。タグ装置Ｔ１、Ｔ２およびＴ３は、ＰＯＤによって追跡される移動性のオブジェクトに取り付けられる。各タグ装置は、ＲＦ送受信機およびＵＳ送信器からなる。ＡＵＩＴＳシステムが使用されている時、図１で示されるように、タグ装置はＰＯＤにＲＦとＵＳ（超音波）の信号を送信する。ＲＦ信号は、時刻同期およびタグ装置識別のために利用される。ＵＳ（超音波）信号は、タグ装置と超音波受信機の間の距離を測定するために利用される。複数の超音波受信機に対する距離測量に基づいて、ＰＯＤは、タグ装置（すなわち、オブジェクト）の位置は推測することができる。本発明は、主に、ＡＵＩＴＳシステムなどのようなマルチオブジェクト測位システムの多重アクセスコントロール問題を解決するものである。
【０００６】
ＡＵＩＴＳシステムにおいて、多重アクセスコントロール（ＭＡＣ）プロトコルの設計は非常に重大である。それは複数のＰＯＤがそれらの動作範囲において全てのタグ装置を正確かつ効率的に検出することを可能にする。特に、ＡＵＩＴＳなどのようなマルチオブジェクト測位システムにとって、有効なＭＡＣプロトコルがなければ、いくつかの問題が提起されることになる。例えば、ＲＦまたは超音波の送信中に信号の衝突が発生する可能性がある。それは、測位エラーに帰結するＴＯＡの不正確な測定を引き起こすかもしれない。信号の衝突が発生すると、衝突した信号で占められていた時間が無駄になり、性能劣化に帰結する。また、より良い有効範囲およびより良い性能を実現するために、複数のＰＯＤを配置することもできるが、同時に複数のタグ装置を追跡することができないので、密に配置されたＰＯＤを十分に活用することはできない。よって、ＰＯＤリソースが無駄になる。これらの問題は、ＡＵＩＴＳ適用における重大な課題を提起するだろう。しかしながら、それらはいくつかの主要な問題の一面である。効率的なＭＡＣプロトコルを設計するためには、重要な問題の背後に存在する本質を分析し対処する必要がある。例えば、以下に説明するような隠れ端末（ＨＮ）問題とさらし端末（ＥＮ）問題である。
【０００７】
図２Ａおよび図２Ｂは、ＨＮ問題とＥＮ問題を説明するのための概略図である。
１．隠れ端末（Ｈｉｄｄｅｎ  Ｎｏｄｅ：ＨＮ）問題
【０００８】
ＭＡＣ設計にとって信号の衝突を回避することは基本的な要求である。すなわち、ＭＡＣは、ＨＮ問題（ＨＮ  Ｐｒｏｂｌｅｍ）によって引き起こされる衝突するタグ装置からの同時通信を防止する。
【０００９】
図２Ａに示すように、２つのタグ装置Ｔ１、Ｔ２が同じ受信機Ｒ（例えば、ＰＯＤ）に同時に送信しているにもかかわらず、互いのトラフィックを感知できない場合に、ＨＮ問題が発生する。ＨＮ問題は測位エラーおよび性能低下を発生させる。タグ装置のキャリヤセンス半径をＤＣＳと表し、タグ装置の送信距離をＤＴと表すと、ＨＮ問題の条件は、以下のようになる。
【数１】
2010175535.tif 000003
【００１０】
ＨＮ問題を解決する従来の方法は、ＤＣＳ＞２ＤＴとなるように、ＤＣＳを大きくすることである。しかしながら、キャリヤセンス半径を大きくすることは他の重大な問題を引き起こす可能性がある、つまり、下記に紹介するさらし端末（ＥＮ）問題である。さらに、ＡＵＩＴＳシステムについては、２種類の物理的な信号（ＲＦとＵＳ信号）がオブジェクト追跡のために利用される。従って、ＲＦおよびＵＳチャネルの両方を、衝突防止プロトコル設計のために入念に考慮すべきである。さらに、ＲＦとＵＳがタグ装置から常にペアで放出され、ＵＳの伝播速度（約３４０ｍ／ｓ）がＲＦより非常に遅くかつとＵＳが符号化されないことを考慮すると、それらの特徴は、ＭＡＣプロトコル設計の過程において、互いに関連させ、かつ徹底的に考慮する必要がある。
２．さらし端末（Ｅｘｐｏｓｅｄ  Ｎｏｄｅ：ＥＮ）問題
【００１１】
信号衝突防止の他に、ＭＡＣプロトコルにとって他の重要な要求は効率である。これは、理想的なＭＡＣプロトコルが、ＡＵＩＴＳシステムが可能限り多くの複数のタグ装置ｓを同時に追跡することができるように、ＲＦとＵＳのチャネルの時空間再利用を十分に活用することを意味する。これを達成するためには、ＭＡＣプロトコルを、さらし端末（ＥＮ）問題を抑えるように設計すべきである。
【００１２】
図２Ｂに示すように、あるリンクが現在のリンクのキャリア検知により妨げられた時、ＥＮ問題が起こる。しかしながら、この場合、目的とするリンクは現在のリンクと衝突しない。図２Ｂに示す例において、タグ装置Ｔ２が測位装置Ｒ２に送信したい場合、タグ装置Ｔ２は他のタグ装置Ｔ１の稼動中のトラフィックのキャリアを検知する。衝突を回避するために、Ｔ２はＲ２に送信しない。実際、Ｔ２からＲ２への送信はＴ１からＲ１への送信と衝突しない。このようにして、ＥＮ問題が発生する。ＥＮ問題は、ＰＯＤリソースの無駄な消費および性能低下を引き起こす。ＥＮ問題の条件は以下の通りである。
【数２】
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【００１３】
ＨＮ問題の解決方法と反対に、ＥＮ問題を解決するこれまでの方法は、Ｄｃｓを下げることである。したがって、ＨＮとＥＮの問題を同時に解決するのに適したバランスを見つけ出すのは困難である。
【００１４】
さらに、公平性（Fairness）もまた、ＭＡＣプロトコル設計で考慮すべき重要な要素である。公平性の目的は、異なるタグ装置が統計的に同じ機会をもってＡＵＩＴＳシステムにおいて測位されることを可能にすることである。いくつかのタグ装置が頻繁に測位され、他のタグ装置はほとんど測位されないということは期待されない。
【００１５】
以上の分析に基づいて、ＭＡＣプロトコルを設計し開発することは、ＲＦ＋ＵＳ信号の信号の衝突を回避し、時空間再利用を改善、ＡＵＩＴＳシステムの複数のタグ装置追跡に公平性を保つことは重要である。これらはまさに本発明の主要な目的である。
【００１６】
搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式（ＣＳＭＡ／ＣＡ）や時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）など、ネットワークおよび無線ネットワーク通信のために、１９７０年以降、多数のＭＡＣプロトコルが提案されている。上記のＭＡＣ設計の動機付け、モバイルノードと基地局間のデータ通信を遂行することにある。また、そのようなＭＡＣは、ＲＦのみか、超音波のみに基づいた屋内測位システムなどのような単一の信号を有する測位システムには適用可能である。例えば、「ＲＡＤＡＲ：An In-Building RF-based User Location and
Tracking System（ＲＦベースの利用者測位と追尾システムの構築）、Ｐ．Ｂａｈｌ．ｅｔｃ．、Proc.ＩＥＥＥ  ＩＮＦＯＣＯＭ、２０００」（非特許文献１）においては、ＲＡＤＡＲシステムが提案されている。ＲＡＤＡＲシステムは、８０２．１１ＷＬＡＮと同じＭＡＣプロトコルを使用する、８０２．１１の無線ネットワークにおいて受信した信号強度に基づいた測位システムである。さらに、「オブジェクトの位置決定のためのシステムおよび方法」というタイトルの国際公開  No．WO 03/087871 A1（特許文献１）の「Ｓｏｎｉｔｏｒ」システムは、部屋単位の位置精度を達成するための超音波のみの屋内測位システムを提供する。Ｓｏｎｉｔｏｒのタグ装置は、リスニングエリアにある受信器に、２０ｋＨｚから４０ｋＨｚの超音波信号を送信する。特に、Ｓｏｎｉｔｏｒシステムは、タグ装置に超音波チャネルを割り当てるために、超音波信号について搬送波検知多重アクセス方式技術を利用する。ＵＳチャネルが空いていれば、タグ装置は受信機に一意の信号を伝える。次に、受信機が信号を読み取り、到着時刻を検出し、次いで、中央のサーバにそれらの検出を転送する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】国際公開  No．WO 03/087871 A1
【特許文献２】米国特許６，４９３，６４９号
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】ＲＡＤＡＲ：An In-Building RF-based User Location and TrackingSystem（ＲＦベースの利用者測位と追尾システムの構築）、Ｐ．Ｂａｈｌ．ｅｔｃ．、Proc.ＩＥＥＥ  ＩＮＦＯＣＯＭ、２０００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、それらの従来のＭＡＣプロトコルは、多重信号に基づいた屋内測位システムに直ちに利用することができない。そのようなシステムでは、ＭＡＣプロトコル設計のために異なる物理的な信号チャネルを一緒に考慮する必要がある。このことは、ＲＦとＵＳの信号をオブジェクト追跡のために利用するＡＵＩＴＳシステムにおいて特に当てはまる。この問題を解決するために、最も関連する既存の解決法は、Ｂ．Ｎｉｓｓａｎｋａらによる「クリケットシステム」である。このクリケット位置支援システムは、「モバイル・コンピューティングとネットワーキングに関する第６回国際会議の議事録（Proceedings of the Sixth International Conference on Mobile
Computing and Networking, Boston, Massachusetts, USA, August 2000）」に開示されている。上述した文献は、それらの全体が参照の目的で本明細書に組み込まれる。「クリケット」システムは、ビルディング内に設置された、互いに独立し、接続されてない複数の送信器を備える。各送信器はＲＦ信号とＵＳ信号の両方を送信することができる。図３は、クリケットシステムの概略構成を示すブロック図である。図３のシステムにおいては、送信機３１０と受信機３２０を示している。「クリケット」システムは、各送信機の伝送時間が、時間間隔［Ｔ１、Ｔ２］ｍｓの範囲内の一様分布で任意に選択されるランダム化に基づくＭＡＣプロトコル（randomization based MAC protocol）を利用する。図３に示すように、送信機３１０は、ランダム遅延手段３１１を用いることにより、異なるビーコン信号の伝送時間をセットする。したがって、異なるビーコンの送信は統計的に独立している。ランダム遅延後、送信機２１０のトラフィック検知手段３１２は、Ｄｕｓ時間の間ＲＦキャリアを検知する。Ｄｕｓは超音波が消滅すると予想される時間間隔である。このようにする目的は、ＲＦ＋ＵＳの新たな送信と他の送信機からの現在のＲＦ信号およびＵＳ信号の間の衝突を防ぐことにある。Ｄｕｓの間、送信判定手段３１３は、チャネルが空いているかどうかを判定する。Ｄｕｓの間チャネルが空いていれば、送信判定手段３１３は、新たなＲＦ＋ＵＳ信号を送信することを信号送信手段３１４に指示する。そうでなければ、チャネルが空になるまで、送信機はランダム遅延時間の間待ち続ける。図３は、また、測位装置側としての受信機３２０を示す。受信機３２０は、送信機からＲＦ＋ＵＳ信号を受信する信号受信手段３２２と、検出結果に基づいてオブジェクトの位置を計算する位置計算手段３２３を含む。
【００２０】
しかしながら、クリケットシステムで利用されるランダム化に基づくＭＡＣプロトコルは、ＨＮとＥＮの問題を解決することができない。まず、例として図２Ａの場合を使用し、かつ図３に示すクリケットシステムのブロック図を参照して、ＨＮ問題に対するタイミング図を図４Ａに示す。Ｔ１とＴ２は最初にランダム遅延を実行し、それから、Ｄｕｓ時間の間にＲＦキャリアを検知する。Ｔ１とＴ２の何れも、互いに送信信号を検知することができないので、それらは両方ともＰＯＤ  Ｒに対して信号を送信することを決定する。Ｔ１とＴ２によって送信されたＲＦ＋ＵＳ信号は、受信機Ｒで次々に衝突するだろう。確かに、「クリケット」システムは、ＨＮ問題に対して「廃棄する」方法を適用する。すなわち、受信機ＲがＤｕｓの間に１つ以上のＲＦメッセージを受信すると、受信機は、ＵＳ信号がどのＲＦメッセージに対応するかを確認することができず、その時、受信機は、ＵＳ信号とＲＦメッセージを廃棄する。この処理は信号混同によって引き起こされる測位エラーを除外することができるけれども、チャネル容量および資源活用効率はかなり低くなる。さらに、例として図２Ｂの場合を挙げると、クリケットシステムにはＥＮ問題も存在する。図４Ｂに示すように、Ｔ１とＴ２は最初にランダム遅延を実行する。次に、Ｔ１はＤｕｓ時間の間ＲＦキャリアを検知し、ＰＯＤ  Ｒ１にＲＦ＋ＵＳ信号を送信することを決定する。その結果、経路ＬＴ１、Ｒ１を確立する。次に、Ｔ２はＴ１からのトラフィックを検知し、Ｒ２に対して信号を送信しない。このように、Ｔ２とＲ２の間の目的の送信は、キャリア検知によって禁止される。しかしながら、確かに、ＬＴ２、Ｒ２はＬＴ１、Ｒ１と衝突しないけれども、チャネルリソースの無駄な消費につながる。このように、クリケットシステムにおいてはＥＮ問題を解決する方法は言及されていない。
【００２１】
他の関連する現存の解決法は、「オブジェクトの位置と他の情報を判定するための検出システム」というタイトルの米国特許６，４９３，６４９号（特許文献１）のＢａｔシステムである。「バット」システムは、監視すべき部屋の天井に超音波受信機を配置する。これらの受信機は整列して配置され、有線ネットワークによってよって制御基地局に接続されている。超音波送信機は、追跡すべきオブジェクトに付けられている。Ｂａｔシステムにおいては、位置決めのためのタイムスロットを割り当てた全てのオブジェクト送信機を登録する集中型のＴＤＭＡのようなＭＡＣプロトコルが利用される。周期的に、基地局はＲＦ信号として識別情報を送信する。同時に、基地局はすべての接続している超音波受信機に有線ネットワークによって同期パルスを送信する。オブジェクトは送信された自身のＩＤを受信すると、超音波信号を発行する。Ｂａｔシステムにおいて提示されたＴＤＭＡのようなプロトコルについては、１）集中型の基地局を維持するのに多大なコストと労力を必要とする、２）全てのオブジェクトタグをシステムブートストラップ段階（ｓｙｓｔｅｍ  ｂｏｏｔｓｔｒａｐ  ｐｈａｓｅ）で登録しなければならない、という問題を有している。稼働しているシステムに新たなタグ装置を追加するのは困難である。したがって、システムの柔軟性は十分とは言えない。さらに、Ｂａｔシステムにとって重要な問題は、リソースの低い時空間再利用性である。個々のオブジェクトタグ装置を追跡するためには、タイムスロットにおいて特定のタグが信号を送出するのを全ての測位装置が待ち合わせる必要がある。しかしながら、実際上、そのようなタグ装置からの信号を検知するのは測位装置のごく僅かであり、他の多くの測位装置はその期間中常にＩＤＬＥ状態のままである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、複数のオブジェクトの追跡と測位のための電力制御ベースの多重アクセス制御方法及びシステムを供給する。また、本発明は、複数のＰＯＤおよび複数のタグ装置の追跡計画のためのＭＡＣプロトコルを提供する。その本発明の目的は、先行技術における測位信号の衝突（ＲＦおよび超音波信号の両方）を回避し、無線チャネルの時空間の再使用を改善し、ＥＮとＨＮの問題を解消することである。
【００２３】
本発明の第１の態様によれば、オブジェクトに取り付けられる複数のタグ装置とオブジェクトの位置決定のための１以上の測位装置を含むマルチオブジェクト測位システムのための電力制御基づく多重アクセスコントロール方法であって、各タグ装置が測位装置の状態情報を記録する測位装置リストを記憶する記憶ユニットを含み、前記タグ装置が、チャネル要求パケット（ＣＲＰ）を間欠的に送信するステップと、idle状態でかつ前記ＣＲＰを受信した測位装置が、有効範囲内に、前記測位装置によって受信した前記ＣＲＰの送り主であるタグ装置にチャネルを割り当て、かつ他のタグ装置に前記測位装置の情報に通知するためのチャネル割当パケット（ＣＡＰ）を送信するステップと、前記ＣＡＰを受信したタグ装置が、前記ＣＡＰの内容に応じて記憶した前記測位装置リストを更新するステップと、前記タグ装置が測位装置リストを参照してＣＲＰの送信電力を調節するステップとを含む。さらに、他の態様では、ＣＲＰを受信したタグ装置が、ＣＲＰに含まれるタグ装置の識別情報（ＴａｇＩＤ）が自身の識別情報と一致すると判定すると、位置信号（ＲＦ＋ＵＳ信号）の送信を開始する。測位装置（例えばＰＯＤ）は、受信した位置信号を使用することによりオブジェクトの位置を計算する。
【００２４】
本発明の第２の態様によれば、電力制御に基づく多重アクセスコントロールを実行可能なマルチオブジェクト測位システムであって、オブジェクトに取り付けられる複数のタグ装置とオブジェクトの位置決定のための１以上の測位装置を含み、前記タグ装置は、前記測位装置の状態情報を記録する測位装置リストを記憶する記憶手段と、チャネル要求パケット（ＣＲＰ）を間欠的に送信するチャネル要求手段と、前記測位装置から受信したチャネル割当てパケット（ＣＡＰ）の内容に基づいて前記測位装置リストを更新する測位装置リスト更新手段と、前記測位装置リストを参照して前記ＣＲＰの送信電力を調節する送信電力調整手段とを備え、前記測位装置は、前記タグ装置からの前記ＣＲＰを受信し、Ｉｄｌe状態の場合に、有効範囲内に、前記測位装置によって受信した前記ＣＲＰの送り主であるタグ装置にチャネルを割り当て、かつ他のタグ装置に前記測位装置の情報に通知するためのチャネル割当パケット（ＣＡＰ）を送信する状態応答手段を備える。
【００２５】
マルチオブジェクト測位システムにおいて、タグ装置は、追跡される移動性のオブジェクトに取り付けられる。また、各タグ装置はＲＦ送受信機およびＵＳ送信機を含む。例として、複数のＰＯＤが、測位装置として監視環境に取り付けられる。上述したように、各ＰＯＤは中央にＲＦ送受信機を備え、周囲に幾つかのＵＳ受信機を備える。また、ＰＯＤは固定トポロジー構造を有する。ＰＯＤは、ここで例として説明され、本発明の範囲を限定しない。本発明の技術分野において周知の他の測位装置に本発明の原理を同様に適用できることは当業者であれば理解できるであろう。先行技術と比較し、本発明の重要な点は、付近の測位装置（例えば、ＰＯＤ）の状態をタグ装置に知らせるための手法を提供することである。これにより、タグ装置は、最も近くかつＩＤＬＥ状態のＰＯＤにＲＦ＋ＵＳ信号を送信するために送信電力を適切に調節することができる。この方法によって、衝突を回避しながら、ＲＦとＵＳチャネルを十分に活用することができる。タグ装置を高性能にする本発明の手法は、ＰＯＤとタグ装置間のオンラインＣＲＰ−ＣＡＰ交換処理によって、付近のＰＯＤ情報を記録するために全てのタグ装置に測位装置リストを保存することである。このリストは全てのタグ装置にセットされ、間断なく更新される。リストのＰＯＤの状態に従って、タグ装置は、いつ送信するか、かつ適切に送信電力を選択するかを自主的に判定することができる。
【００２６】
ブートストラップ段階において、全てのタグ装置の測位装置リストは空である。ＣＲＰの送信電力はデフォルトである。ＲＦ＋ＵＳデータの送信の前に、全てのタグ装置は、測定要求に対してチャネル要求パケット（ＣＲＰ）を送信するためにＲＦチャネルに参加する。ＣＲＰがＰＯＤによって受信されると、ＰＯＤは、すぐに、その動作範囲内の全てのタグ装置にチャネル割当てパケット（ＣＡＰ）を応答する。ＣＡＰの目的は次の２つである。
１）位置測定のためのＲＦ＋ＵＳを発行することをＣＲＰを送信するタグ装置に命じること（言いかえれば、チャネルはこのタグ装置に割り当てられる）。
２）割り当てられたタグ装置によるＲＦ＋ＵＳ送信の期間中、ＰＯＤがＢＵＳＹ状態であることを他の全てのタグ装置に通知すること。
ＣＡＰに基づいて、チャネルが割り当てられたタグ装置とチャネルを割り当てられないタグ装置の両方が、個々の測位装置リストにおけるＰＯＤの情報を更新することができる。リストにおいて、ＰＯＤ情報は、ＰＯＤＩＤ、ＰＯＤまでの距離、ＰＯＤ状態などを含む。ＰＯＤまでの距離は、例えば、ＲＦ信号の無線信号強度（ＲＳＳ：Ｒａｄｉｏ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）によって測定される。また、ＰＯＤＩＤおよびＰＯＤ状態はＣＡＰメッセージの内容から認識される。次に、チャネルを割り当てられないタグ装置は、送信電力を下げて、他の近隣のＰＯＤからのチャネル割当てのためにＣＲＰを送信し続ける。送信電力を低下させる目的は次の２つである。
１）より近いＰＯＤと見つけ出すために通信距離を短縮すること。
２）現在稼動中のＲＦ＋ＵＳの送信との衝突を回避すること。
ＰＯＤとタグ装置間の数回のＣＲＰ−ＣＡＰ交換によって、各タグ装置は近隣のＰＯＤを全て見つけ出し、間断なくオンラインで更新された測位装置リストを構築することができる。各ＣＲＰ送信に対して、測位装置リストが空でない場合、タグ装置は、適切に送信電力を選択して位置測定要求のために最も近いＰＯＤにＣＲＰを発行する。
【００２７】
ＰＯＤとタグ装置間のＣＲＰ−ＣＡＰ交換により、ＣＡＰの送信半径が条件を満たす場合、ＨＮ問題を解決することができる。より正確には、ＣＡＰの送信半径がＣＲＰの最大の伝送距離より大きければ、本発明のＭＡＣ方法はＨＮ問題を解決できる。従って、本発明のＭＡＣ方法は、衝突するタグ装置からの同時通信を効果的に防ぐことができる。ＨＮ問題に対する本発明の解決方法については、後述する説明において詳細に説明する。
【００２８】
また、本発明のＭＡＣ方法において、キャリア検知はもはや送信決定ための印とならない。ＣＲＰ−ＣＡＰに基づいたチャネル割当て手順では、伝送リンクが衝突しない場合、適切な送信電力選択によって全ての送信を同時に確立することができる。このことは、本発明のＭＡＣ方法によってＥＮ問題を解決できることを示す。これにより、本発明のＭＡＣ方法は、複数ＰＯＤシステムにおいて複数のタグ装置の同時位置測位を可能にする。ＥＮ問題に対する本発明の解決方法については、後述する説明において詳細に説明する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明においては、各受信機が常に１つの送信器だけと通信することを保証することができる。この結果、ＲＦおよびＵＳの衝突が発生しない。
【００３０】
さらに、タグ装置が素早く最も近くかつＩＤＬＥ状態のＰＯＤを選択することができ、かつ他のタグ装置に対する干渉を回避するよう適切に送信電力を調節することができるので、異なるタグ装置とＰＯＤ間における同時接続が可能となる。このため、先行技術と比較して、時空間の再使用が非常に改善される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明の前述した特徴及び他の特徴は、添附の図面を参照した以下の説明からより明らかになるであろう。
【図１】マルチオブジェクト測位システムを示すのための概略図である。
【図２Ａ】隠れ端末（ＨＮ）問題についての説明のために概略図である。
【図２Ｂ】さらし端末（ＥＮ）問題についての説明のために概略図である。
【図３】関連技術によるマルチオブジェクト測位システムの構成を示すブロック図である。
【図４Ａ】図３に示すシステムがＨＮ問題に直面する場合を説明するタイミングチャートである。
【図４Ｂ】図３に示すシステムがＥＮ問題に直面する場合を説明するタイミングチャートである。
【図５】本発明による電力制御に基づく多重アクセスコントロール実現するマルチオブジェクト測位システム５００の構成を示すブロック図である。
【図６】チャネル要求パケット（ＣＲＰ）およびチャネル割当てパケット（ＣＡＰ）メッセージのデータ構造例を示す図である。
【図７】図５に示すシステムの動作手順を示すのためのフローチャートである。
【図８】タグ装置側の動作手順を示すのためのフローチャートである。
【図９】測位装置（ＰＯＤ）側の動作手順を示すのためのフローチャートである。
【図１０Ａ】本発明による、２つのタグ装置Ｔ１、Ｔ２と２つの測位装置ＰＯＤ  Ｒ１、Ｒ２を含むマルチオブジェクト測位システムの動作手順の具体例を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明による、２つのタグ装置Ｔ１、Ｔ２と２つの測位装置ＰＯＤ  Ｒ１、Ｒ２を含むマルチオブジェクト測位システムの動作手順の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図５は、本発明によるマルチオブジェクト測位システム５００の構成を示すブロック図である。このマルチオブジェクト測位システム５００は、電力制御に基づく多重アクセスコントロールを実現することができる。説明を簡素化するため、図５では、１つのタグ装置（送信器）５１０と１つの測位装置（受信機）５２０との間の相互関係だけを示している。しかしながら、システム５００は１つ以上のタグ装置および測位装置を含むことが可能である。ここで、測位装置５２０は例えばＰＯＤ装置である。システム５００において、タグ装置５１０は、追跡する移動性のオブジェクトに取り付けられる。また、タグ装置は、それぞれＲＦ送受信機およびＵＳ送信機（図示しない）を含むことができる。複数のＰＯＤ５２０は、監視環境において複数の移動性のオブジェクトを追跡し位置を特定するのために、監視環境（例えば、天井等）に取り付けられる。ＰＯＤは、中央に位置するＲＦ送受信機と周囲に広がる複数の超音波受信機（図示しない）で構成される。
【００３３】
図５に示すように、タグ装置５１０は、チャネル要求手段５１１と、送信判定手段５１２と、測位信号送信手段５１３と、測位装置リスト更新手段５１４と、送信電力調整手段５１５と、隣接するＰＯＤの状態を記録する測位装置リスト５１６とを含む。対応して、測位装置（ＰＯＤ）５２０は、状態応答手段５２１、測位信号受信手段５２２および位置計算手段５２３を含む。
【００３４】
図７は、図５に示すシステム５００の動作手順を示すのためのフローチャートである。以下に、本発明による電力制御に基づく多重アクセスコントロールを実現するマルチオブジェクト測位システム５００の機能について説明する。
【００３５】
最初に、ステップ７０１ａにおいて、タグ装置５１０は、チャネル要求手段５１１を用いてチャネル要求パケット（ＣＲＰ）を間欠的に送信する。このＣＲＰメッセージのデータ構造について図６に示す。図６に示すように、ＣＲＰメッセージは、ＣＲＰ＿ＴＹＰＥ６０１、ＴａｇＩＤ６０２を含んでいる。ＣＲＰ＿ＴＹＰＥ６０１はメッセージのタイプを識別するための情報、ＴａｇＩＤ６０２は、ＣＲＰを送信したタグ装置を識別するための識別情報である。ＣＲＰメッセージ送信は、隣接するＰＯＤに対して位置信号（すなわち、ＲＦ＋ＵＳデータ）を送信する前に無線チャネルを要求するために使用される。本発明においては、チャネル要求手段５１１がＣＲＰを送信（ブロードキャスト）する場合、様々な状況に応じてＣＲＰの送信電力を適切に調節する必要がある。すなわち、チャネル要求手段５１１は、送信電力調整手段５１５によって調節された送信電力によってＣＲＰメッセージを送信する。本実施の形態では、送信電力調整手段５１５は、測位装置リスト５１６の内容に従って適応的に送信電力を調節することができる。例えば、測位装置リスト５１６が空の場合、チャネル要求手段５１１は、ＣＲＰ送信のためにデフォルトの送信電力Ｐ０を選択する。測位装置リスト５１６が空でなく、かつ、リストの最も近いＰＯＤ  ＲｎｅａｒｅｓｔがＩＤＬＥ状態であるならば、送信電力調整手段５１５は、チャネル要求手段５１１に、最も近くかつＩＤＬＥ状態のＰＯＤに対して、ＣＲＰメッセージを送信させるよう送信電力を調節する。測位装置リスト５１６が空ではないが、リストの最も近いＰＯＤがＢＵＳＹ状態ならば、送信電力調整手段５１５は、できるだけ近いＰＯＤの発見のためにより小さな送信電力を設定してＣＲＰを送信する。ここで、一例として、タグ装置は、ＣＲＰメッセージの伝送時間を選択することが可能である。送信電力を下げた後にタグ装置が近くの測位装置を見つけ出すことができなければ、タグ装置は送信電力をそれ以上下げないで、リストの最も近いＰＯＤ  ＲｎｅａｒｅｓｔがＢＵＳＹ状態からＩＤＬＥ状態に切り替わるのを待つ。その後、送信電力調整手段５１５は、チャネル要求手段５１１に、最も近いＰＯＤに対してＣＲＰメッセージを送信させるよう送信電力を調節する。
【００３６】
次に、ステップ７０１ｂにおいて、ＰＯＤ５２０は、ＣＲＰメッセージを受信する。ＣＲＰメッセージを受信すると、ＰＯＤ  ５２０は、自身の状態がＩＤＬＥ状態かどうかを判定する（ステップ７０２ｂ）。ＩＤＬＥ状態でなければ、ＰＯＤ  ５２０は、ステップ７０４ｂでメッセージを廃棄する。ＰＯＤ  ５２０がＩＤＬＥ状態であれば、状態応答手段５２１は、ランダム遅延時間後、チャネル割当てパケット（ＣＡＰ）を応答として送信する。ＣＡＰメッセージのデータ構造を図６に示す。ＣＡＰメッセージは、ＣＡＰ＿ＴＹＰＥ６０３、ＰＯＤＩＤ６０４、ＴａｇＩＤ６０５およびＳｔａｔｕｓ６０６を含んでいる。ＣＡＰ＿ＴＹＰＥ６０３はメッセージタイプの識別のために使用される。ＰＯＤＩＤ６０４は、ＣＡＰメッセージを送信したＰＯＤを識別するための識別情報である。ＴａｇＩＤ  ６０５は、チャネルが割り当てられているタグ装置を識別するための識別情報である。すなわち、ＴａｇＩＤ  ６０５は、ＣＡＰメッセージが応答しているＣＲＰメッセージの送り手としてのタグ装置の識別情報である。Ｓｔａｔｕｓ６０６は、ＰＯＤの状態がＢＵＳＹ状態あるいはＩＤＬＥ状態であるかを示す。ＣＡＰ応答がタグ装置によって受信されると、タグ装置はＰＯＤとタグ装置間の距離およびＰＯＤの状態を識別することができる。
【００３７】
ステップ７０２ａにおいて、ＣＡＰ応答は、ＰＯＤの有効範囲内のすべてのタグ装置によって受信される。その後、ＣＡＰメッセージを受信したタグ装置は、送信判定手段５１２を用いて、ＰＯＤが自身にチャネルを割り当てたかどうか、かつ位置信号（すなわちＲＦ＋ＵＳデータ）を送信することができるかどうかを判定する（ステップ７０３ａ）。例として、ステップ７０３ａにおいて、送信判定手段５１２は、ＣＡＰメッセージに含まれるＴａｇＩＤが自身の識別情報（例えば、ローカルアドレス）と一致するかどうかを判定する。もし一致すれば、そのタグ装置が既に送信したＣＲＰメッセージに応じてこのＣＡＰメッセージが生成され、また、ＰＯＤがそのタグ装置に対してチャネルを割り当てたことを意味する。この場合、タグ装置は、測位信号送信手段５１３を使用して、対応するＰＯＤにＲＦ＋ＵＳ（超音波）信号を送信する（ステップ７０４ａ）。その後、ＲＦ＋ＵＳデータは、ステップ７０５ｂにおいて、オブジェクトの位置を計算するためにＰＯＤによって受信される。タグ装置がＰＯＤにＲＦ＋ＵＳデータを送信した後、タグ装置は、ステップ７０５ａにおいて、測位装置リスト更新手段５１４を使用して、測位装置リスト５１６を更新する。同様に、ステップ７０３ａで、タグ装置が、ＣＡＰメッセージがチャネル割り当てについてのメッセージではないと判定すると、タグ装置はＲＦ＋ＵＳデータを送信しない。しかしながら、この場合（ステップ７０３ａで「ＮＯ」）でも、タグ装置は、記憶した測位装置リスト５１６を更新する必要がある。
【００３８】
測位装置リスト５１６は、隣接するＰＯＤの情報をリアルタイムにモニタするためにタグ装置によって保存された動的リストである。測位装置リスト５１６は、ＣＡＰメッセージの内容に従って更新することができる。測位装置リスト５１６のデータ構造の例を、以下の表１に示す。
【表１】
2010175535.tif 000005
ここで、ＮＡＶは、対応するＰＯＤのＢＵＳＹ時間間隔を示している。
【００３９】
測位装置リスト５１６に含まれる情報によって、タグ装置は、送信オブジェクトを素早く選択し、適応的に送信電力を調節することができる。
【００４０】
タグ装置とＰＯＤの間の距離は、受信した信号強度（ＲＳＳ）およびＲＦ信号の自由空間伝搬モデルに基づいて測定される。
すなわち、距離＝ＤＲＳＳは以下の式で計算することができる。
【数３】
2010175535.tif 000006
ここで、ｍはパス損失率を示す。Ｐ（ｄ０）はある基準距離ｄ０での信号電力である。また、ＰＲＳＳ  は受信機での受信信号電力である。
【００４１】
タグ装置がＣＡＰメッセージを受信すると、測位装置リスト５１６が更新される。ＣＡＰメッセージを送信したＰＯＤが測位装置リスト５１６に含まれていなければ、タグ装置は測位装置リスト５１６に新たなＰＯＤエントリを追加する。そうでなければ、タグ装置は、ＣＡＰメッセージの内容に従って測位装置リスト５１６の対応するエントリを更新する。ＣＡＰメッセージが受信されると、測位装置リスト５１６における対応するＰＯＤエントリの最後の属性ＮＡＶは、５０ミリ秒のように設定される。これは、次の５０ミリ秒の間、ＰＯＤがＢＵＳＹ状態であることを意味している。
【００４２】
図７に戻ると、測位装置リスト５１６は、ＣＡＰメッセージがチャネルの割り当てのためにタグ装置に関して生成されたかどうかによらず、ＰＯＤからＣＡＰメッセージを受信する度に更新される。ステップ７０６ａにおいて、タグ装置の送信電力調整手段５１５は、測位装置リスト５１６を参照してＣＲＰメッセージの送信電力を定期的に調節する。
【００４３】
一例として、本発明においては、ＲＦ＋ＵＳ信号が測位信号として使用される。ＲＦ信号は時刻同期用に用いられ、ＵＳ信号は距離測定のために用いられる。ＲＦ＋ＵＳデータに基づく測位方法については、本発明が属する技術分野において一般に使用されている周知の技術であるので、詳細な説明はここでは省略する。ステップ７０６ｂにおいて、ＰＯＤは、位置信号に含まれるＰＯＤＩＤが自身のＩＤと一致するかどうかを判定する。一致しなければ、ＰＯＤはＲＦ＋ＵＳデータを廃棄する（ステップ７０８ｂ）。一致すれば、ステップ７０７ｂにおいて、ＰＯＤは、位置計算手段５２３を用いて、ＲＦ＋ＵＳデータに従ってオブジェクトの位置を計算する。一例として、位置計算手段５２３は、ＵＳ信号の到達時間（ＴＯＡ）結果、到達時間差（ＴＤＯＡ）結果あるいは到達角（ＡＯＡ）結果を利用することにより、オブジェクトの位置を計算することができる。これらのオブジェクト測位方法については、本発明が属する技術分野において周知であるので、それらの詳しい説明は省略する。
【００４４】
図８および図９は、それぞれタグ装置側と測位装置ＰＯＤ側の動作処理を示している。
【００４５】
図８に示すように、タグ装置の動作処理は、主に２つの処理、すなわちＣＲＰを送信とＣＡＰ処理に関係している。図８のフローチャートにおいて、ステップ８０１ａ〜８０６ａがＣＲＰ送信処理に対応し、ステップ８０１ｂ〜８０４ｂがＣＡＰ処理に対応している。ＣＲＰ送信は、チャネル要求と適応的な電力制御の機能を実現する。ＣＡＰ処理は、送信判定と測位装置リストのオンライン更新の機能を実現する。
１．ＣＲＰ送信
【００４６】
ＣＲＰメッセージは、タグ装置によって繰り返し送信（ブロードキャスト）される。タグ装置は各ＣＲＰメッセージを送信する前にランダム時間遅延させる。遅延タイマが満了すると（ステップ８０１ａ）、タグ装置のＣＰＵは、タイマ満了イベントを処理するために割り込まれる。この時点で、ＣＲＰメッセージがチャネル要求のために送信される。上述したように、ＣＲＰの送信電力は、測位装置リスト５１６の現在の状態に従って適応的に選択される。送信電力の調節処理は以下のようになされる。
（１）タグ装置の測位装置リストが空であれば（ステップ８０２ａで「ＹＥＳ」）、デフォルトの初期の送信電力Ｐ０がＣＲＰ送信のために選択される（ステップ８０３ａ）。それは、ＰＴ  ＝  Ｐ０とし、送信（ブロードキャスト）されたＣＲＰを選択することを意味する。ここで、Ｐ０はデフォルトの送信電力である。
（２）測位装置リストが空でなければ（ステップ８０２ａで「ＮＯ」）、ステップ８０４ａで、リストにおいて最も近い測位装置ＰＯＤ  ＲｉがＩＤＬＥ状態かどうかを判定する。最も近いＰＯＤ  ＲｉがＩＤＬＥ状態ならば、タグ装置は、ステップ８０５ａで、送信電力を調節し、最も近くかつＩＤＬＥ状態のＰＯＤ  Ｒｉに対してＣＲＰを送信する。ＣＲＰの送信電力は、ＲＦ信号の伝播関数から導き出したタグ装置から最も近いＰＯＤへの距離に基づいて決定することができる。
（３）測位装置リストが空でなく（ステップ８０２ａで「ＮＯ」）かつリストの最も近いＰＯＤがＢＵＳＹ状態であれば（ステップ８０４ａで「ＮＯ」）、送信電力調整手段５１５は、できるだけ近いＰＯＤの発見のためにより小さな送信電力を設定してＣＲＰを送信する（ステップ８０６ａ）。例えば、リスト内の各ＰＯＤの距離Ｄ１，  Ｄ２…，  Ｄｎに従って、タグ装置は、より小さい通信距離ｄ＜ｍｉｎ（Ｄ１、…、Ｄｎ）を決定し、ＰＴ＝Ｐ（ｄ）でＣＲＰを送信する。ここで、Ｐ（ｄ）は距離ｄをカバーする最小の電力である。このようにして、タグ装置は、未知でかつできるだけ近いＰＯＤを見つけ出すことができる。
【００４７】
一度ＣＲＰ送信を行った後、タグ装置は、次のＣＲＰ送信の前に、違うランダム遅延時間を設定する（ステップ８０７ａ）。
２．ＣＡＰ処理
【００４８】
図８で示されるように、ＣＡＰはタグ装置で割り込みイベントとして処理される。ＣＡＰは、あるタグ装置のチャネル要求に応じてあるＰＯＤから送信されたメッセージである。図６に示すように、ＣＡＰメッセージはそのペイロードに４つの変数を含んでいる。ＣＡＰ＿ＴＹＰＥ、ＰＯＤＩＤ、ＴａｇＩＤおよびＳｔａｔｕｓである。ＰＯＤＩＤは、ＣＡＰの送り主を示している。ＴａｇＩＤは、ＣＡＰが応答するタグを示している。Ｓｔａｔｕｓは、送り主であるＰＯＤの状態を示している。ＣＡＰは、チャネル割当てと測位装置リストの更新のために用いられる。ＣＡＰメッセージがタグ装置によって受信されると（ステップ８０１ｂ）、様々な処理手順がＣＡＰメッセージの内容に従って実行される。
【００４９】
（１）ＣＡＰメッセージのＴａｇＩＤが、タグ装置のＬｏｃａｌ＿Ａｄｄｒｅｓｓと同じであれば（ステップ８０２ｂで「ＹＥＳ」）、そのＣＡＰがそのタグ装置のチャネル要求に応答していることを意味する。この場合、タグ装置は、ＲＦ＋ＵＳデータを送信することを決定する（ステップ８０３ｂ）。次に、ステップ８０４ｂにおいて、測位装置リストが、ＣＡＰメッセージの内容に従って更新される。タグ装置とＰＯＤ間の所定のＲＦ＋ＵＳ送信によって、タグ装置は、ＰＯＤが次の５０ミリ秒の間ＢＵＳＹ状態であることを認識する。そして、ＰＯＤの情報は、それに応じて測位装置リスト内で更新される。リストの更新処理は、例えば以下のようになされる。
ａ）ＰＯＤが測位装置リストにおいて新規であれば、新たなエントリが、ｋｅｙ＝ＰＯＤＩＤとしてリストに追加される。タグ装置からＰＯＤへの距離（Distance）がＲＳＳＩによって計測される。ＰＯＤの状態がＢＵＳＹ状態にセットされ、また、ＰＯＤのＮＡＶが５０ミリ秒にセットされる。
ｂ）ＰＯＤが既に測位装置リストに存在すれば、その情報が更新される。距離（Distance）は最新の計測結果に戻される。状態はＢＵＳＹ状態にセットされ、ＮＡＶは５０ミリ秒にセットされる。
【００５０】
（２）他方、ＣＡＰメッセージのＴａｇＩＤがタグ装置のＬｏｃａｌ＿Ａｄｄｒｅｓｓと同じでなければ（ステップ８０２ｂで「ＮＯ」）、そのＣＡＰが他のタグ装置のチャネル要求に応答していることを意味する。この場合、タグ装置はＲＦ＋ＵＳデータを送信しないが、測位装置リストを直ちに更新する（ステップ８０４ｂ）。ＣＡＰメッセージによって、タグ装置は、他のタグ装置が次の５０ミリ秒間ＰＯＤと通信し、ＲＳＳＩによって距離（Distance）が測定されることを認識しており、リストはそれに応じて更新される。リストの更新処理は、例えば以下のようになされる。
ａ）ＰＯＤが測位装置リストにおいて新規であれば、新たなエントリが、ｋｅｙ＝ＰＯＤＩＤとしてリストに追加される。タグ装置からＰＯＤへの距離がＲＳＳＩによって計測される。ＰＯＤの状態がＢＵＳＹ状態にセットされ、また、ＰＯＤのＮＡＶが５０ミリ秒にセットされる。
ｂ）ＰＯＤが既に測位装置リストに存在すれば、その情報が更新されるだけである。距離（Distance）は最新の計測結果に戻される。状態はＢＵＳＹ状態にセットされ、ＮＡＶは５０ミリ秒にセットされる。
【００５１】
上述したように、ＲＦ＋ＵＳデータを送信するかどうかによらず、タグ装置内の測位装置リストを更新する必要がある。これは、タグ装置が連続的に近隣のＰＯＤの情報を更新するのに役立つ。タグ装置は、ＲＦ＋ＵＳを送信することを決定すると、ＰＯＤと通信しＲＦ＋ＵＳメッセージを送信する。ＲＦの送信電力はＣＲＰの送信電力と同じであり、ＣＲＰ送信処理中に適応的に決定される。
【００５２】
図９は、ＰＯＤ装置における動作手順を示す。ＰＯＤによって受信されたメッセージのタイプに従って、動作図は、ＣＲＰメッセージ処理とＲＦ＋ＵＳデータ処理の２枝に分かれる。ＣＲＰメッセージとＲＦ＋ＵＳデータは両方とも割込みイベントとして処理される。
１．ＣＲＰメッセージ処理
【００５３】
ステップ９０１ａで、ＣＲＰメッセージ検出イベントが発生すると、ＣＲＰメッセージは、ＰＯＤのＳｔａｔｕｓに応じて処理される。１）ＰＯＤの現在の状態がＩＤＬＥ状態であれば（ステップ９０２ａで「ＹＥＳ」）、ＣＡＰメッセージは短いランダム遅延時間後に送出される（ステップ９０３ａ）。ＣＡＰメッセージにおいて、ＴａｇＩＤにＣＲＰのＴａｇＩＤがセットされ、ＳｔａｔｕｓにＩＤＬＥがセットされる。ＣＡＰは、ＰＯＤの状態を伝え、タグ装置のチャネルを割り当てるのに利用される。それはチャネル要求の成功を意味し、それによりタグ装置はＲＦ＋ＵＳデータを送信することができる。短いランダム遅延時間は、同時のＣＡＰ応答を回避して衝突を回避するために使用される。２）ＰＯＤの状態がＢＵＳＹ状態であれば（ステップ９０２ａで「ＮＯ」）、ＣＲＰメッセージは廃棄破棄される。この場合、ＰＯＤがＢＵＳＹ状態である場合、ＣＲＰに応答するＣＡＰはない。これは、ＰＯＤがＣＡＰを送信すれば、タグ装置に対してＲＦ＋ＵＳチャネルが適切に割り当てられることを保証する。
【００５４】
ＣＲＰメッセージが受信されると、ＰＯＤの状態に応じてＣＡＰメッセージが応答されることが理解できるであろう。
２．ＲＦ＋ＵＳデータ処理
【００５５】
ＲＦ＋ＵＳデータを受信すると（ステップ９０１ｂ）、ＰＯＤは、ＲＦメッセージに含まれるＰＯＤＩＤがＬｏｃａｌ＿Ａｄｄｒｅｓｓ（ローカルアドレス）と同一であるかどうかをチェックする（ステップ９０２ｂ）。同一であれば（結果が真であれば）、ＰＯＤはＲＦ＋ＵＳデータに基づいてオブジェクトの位置を計算する。例えば、ＰＯＤは、ＲＦ＋ＵＳに基づいてＴＯＡを測定し、タグ装置の位置を計算することが可能である。チェックの結果、ＲＦメッセージのＰＯＤＩＤがＬｏｃａｌ＿Ａｄｄｒｅｓｓと異なれば、ＲＦ＋ＵＳメッセージを単に廃棄する。これらの処理手続きを用いることにより、ＰＯＤは、複数のタグ装置の位置を測位することが可能となる。
【００５６】
図１０Ａおよび１０Ｂは、本発明による電力制御基づいたＭＡＣがどのように動作するかを説明する具体例を示している。この具体例においては、２つのタグ装置Ｔ１、Ｔ２と２つのＰＯＤ  Ｒ１、Ｒ２の場合を示している。
【００５７】
まず、図１０Ａを参照すると、初期状態において、両方のタグ装置Ｔ１、Ｔ２の測位装置リストは空である。図１０Ａにおいて、タグ装置Ｔ１は、図１０Ａにおいて太線のステップ１で示すように、最初にデフォルト電力レベルPT=P0でＣＲＰメッセージを送信する。次に、ＰＯＤ  Ｒ１はＣＲＰを受信し、自身の状態をチェックする。ＩＤＬＥ状態であるので、ＰＯＤ  Ｒ１は、図１０Ａにおける破線のステップ２で示すように、自身の状態を伝えるためにその有効範囲内内の全てのタグ装置（すなわち、Ｔ１とＴ２）にＣＡＰを送信し、Ｔ１にチャネルを割り当てる。次いで、ＣＡＰメッセージがＴ１とＴ２によって受信される。ＣＡＰのＴａｇＩＤ＝Ｔ１であるので、Ｔ１にチャネルが割り当てられる。その後、図１０Ａにおける一点鎖線のステップ３で示すように、Ｔ１は電力PTでデータメッセージ（ＲＦ＋ＵＳ）を送信する。Ｔ１およびＴ２が両方ともＰＯＤ  Ｒ１からＣＡＰメッセージを受信するので、位置信号を送信するかを判定したかどうかによらず、それらは両方とも記憶された測位装置リストを更新する。タグ装置Ｔ１およびＴ２は、Ｓｔａｔｕｓ＝Ｂｕｓy、ＮＡＶ＝50ms、Ｄｉｓｔａｎｃｅ＝DRSSIで、リストに新たなエントリＲ１を挿入する。測位装置Ｒ１は、Ｔ１からＲＦ＋ＵＳメッセージを受信し、ＴＯＡを検出し、Ｔ１からＲ１への距離を測定する。
【００５８】
図１０Ｂで示す状態において、測位装置Ｒ１はＢＵＳＹ状態であり、また、Ｒ１はＴ１とＴ２の測位装置リストに既に含まれている。Ｒ１からのＣＡＰメッセージで、ＴａｇＩＤ≠Ｔ２であるので、タグ装置Ｔ２はＲ１にデータを送信しない。タグ装置Ｔ２は、PT < PR1となるように、送信電力ＰＴを下げる。ここで、PR1はＲ１に到達する電力レベルである。次に、図１０Ｂにおける太線のステップ６で示すように、タグ装置Ｔ２は下げられた電力PTでＣＲＰを送信する。この時、Ｒ２はＴ２からＣＲＰを受信する。Ｒ２がＩＤＬＥであるので、図１０Ｂにおける破線のステップ７で示すように、Ｒ２は、自身の状態を伝え、Ｔ２にチャネルを割り当てるためにＣＡＰを送信する。ＣＡＰメッセージはＴ２によって受信される。ＣＡＰにおいてＴａｇＩＤ＝Ｔ２であるので、Ｔ２に無線チャネルが割り当てられる。これによって、図１０Ｂにおける一点鎖線のステップ８で示すように、Ｔ２は電力PTでデータメッセージ（ＲＦ＋ＵＳ）を送信する。タグ装置Ｔ２は、Ｓｔａｔｕｓ＝Ｂｕｓy、ＮＡＶ＝50ms、Ｄｉｓｔａｎｃｅ＝DRSSIで、リストに新たなエントリＲ２を挿入する。測位装置Ｒ２は、Ｔ２からのＲＳ＋ＵＳメッセージを受信し、ＴＯＡを検出し、Ｔ２からＲ２への距離を測定する。
【００５９】
前述の説明は、本発明による電力制御基づいたＭＡＣ方法の具体例である。しかしながら、本発明の適用はこの具体例に限定されない。例えば、本発明は、さらに多数のタグ装置および測位装置を含む多重アクセスシステムに適用することも可能である。
【００６０】
本発明による電力制御基づいたＭＡＣ方法は、前述のＥＮおよびＨＮ問題を効果的に解決することができる。
１．さらし端末（ＥＮ）問題の解決
【００６１】
まず、式（２）で説明したＥＮ問題の条件と図２Ｂに示した状況を振り返る。図２Ｂに示すように、T1, T2,
R1, R2がＥＮノード条件を満たし、また、Ｔ１がＲ１と送信すると仮定する。ＣＳＭＡなどのような先行技術においては、Ｔ２がＴ１の稼動中のトラフィックを検知するので、Ｔ２はＲ２と直接通信することができない。しかしながら、実際に、Ｔ１からＲ１およびＴ２からＲ２の２つの送信リンクが、衝突することなく同時に発生するかもしれない。このように、ＥＮ問題は、無線チャネルの無駄な消費を引き起こす。
【００６２】
本発明による電力制御基づいたＭＡＣ方法においては、たとえＴ２がＴ１の稼動中のトラフィックを検知しても、キャリア検知がもはや送信判定の印ではないので、Ｔ２はそれにもかかわらず目的とするＰＯＤ  Ｒ２にＲＦ＋ＵＳデータを送信する。すなわち、Ｔ２がＴ１の稼動中のトラフィックを検知できるけれども、タグ装置が互いの間で検知するかどうかにかかわらず、Ｔ２からＲ２への通信リンクは、ＣＲＰ−ＣＡＰ交換および測位装置リストの内容に従って今までどおり成功裏に確立することができる。より正確には、図２Ｂの具体例に関しては、Ｔ２における送信判定については２つのケースがある。
１）Ｒ１のＣＡＰがＴ２によって受信されなければ、Ｔ２は測位装置リストに従ってＣＲＰの送信電力を選択し、チャネルを要求するためにＣＲＰを送信する。ＣＲＰがＲ２によって受信されると、Ｒ２は、Ｔ２にチャネルを割り当てるためにＣＡＰを応答する。それにより、Ｔ１→Ｒ１およびＴ２→Ｒ１のリンクを同時に確立することができる。
２）Ｒ１のＣＡＰがＴ２によって受信されれば、Ｔ２はＲ１のＢｕｓｙ状態を認識している。ＥＮ条件によれば、|T2-R2|<|T2-R1|であるに違いない。本発明のＭＡＣ方法の電力順応によれば、Ｔ２は、チャネルを要求するＣＲＰを送信するための送信電力を下げる。ＣＲＰがＲ２によって受信されると、Ｒ２は、Ｔ２にチャネルを割り当てるためにＣＡＰを応答する。これにより、Ｔ１→Ｒ１およびＴ２→Ｒ１のリンクが同時に確立される。
【００６３】
両方のケースについて、ＥＮ条件の下で、２つのリンクを同時に成功裏に確立することができることが分かるであろう。このように、本発明による電力制御基づいたＭＡＣ方法は、効果的にＥＮ問題を解決することができる。
２．暫定的な隠れ端末（ＨＮ）問題の解決
【００６４】
式（１）で説明した隠れ端末（ＨＮ）の条件および図２Ａに示した状況を振り返る。図２Ａに示すように、ＣＳＭＡなどのような先行技術においては、Ｔ１とＴ２は互いのトラフィックを検知することができないので、それらは、ＰＯＤ  Ｒに同時に送信し、Ｒで信号衝突を引き起こすことになる。
【００６５】
しかしながら、本発明のＭＡＣ方法においては、Ｔ１がＲにＣＲＰを送信すれば、ＲはＣＡＰを応答する。ただＣＡＰの有効範囲の半径をＴ１とＴ２の両方の送信半径より大きく設定する必要がある。その後、Ｔ１とＴ２の両方がＲからＣＡＰを受信する。このように、Ｔ１がＲに送信すると、Ｔ２はＣＡＰによってＲがＢＵＳＹ状態であると通知される。これにより、T1→Rのリンクでの信号衝突を回避するため、Ｔ２はＲにメッセージを送信しない。従って、本発明のＭＡＣ方法では、ＨＮ問題を解決するための条件は以下のようになる。
【数４】
2010175535.tif 000007
ここで、ＤＣＡＰは、ＣＡＰパケットの通信半径である。実際の適用においては、本発明のＭＡＣが暫定的なＨＮ解放となり、その条件が容易に満たされるように、タグ装置の最大の伝送距離より大きくなるＤＣＡＰを選択する。
【００６６】
従って、本発明においては、いかなる時も全ての受信機が１つのみの送信機と通信されることを保証することができる。それにより、ＲＦおよびＵＳ衝突は起こらない。さらに、タグ装置ｓが最も近くかつＩＤＬＥ状態のＰＯＤを巧妙に選択することができ、送信電力を適切に調節して他のタグ装置との干渉を回避することができるので、異なるタグ装置とＰＯＤ間で同時の接続が可能となる。従って、先行技術と比較して、時空間再使用が大幅に改善される。
【００６７】
上述した実施の形態において、幾つかの特定のステップを例として示しかつ説明している。しかしながら、本発明の方法の工程は、これらの特定のステップに限定されない。当業者であれば、これらのステップを変更し、修正し、補完することができること、そしていくつかのステップの順番を、本発明の精神および本質的な特徴から外れずに変更することができることを十分に理解するであろう。
【００６８】
以上、特定の実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、図面中で示される上記の特定の実施の形態および特定の構成に限定されない。例えば、示されたいくつかの構成要素は、１つの構成要素としてお互いと組み合わせるかもしれない。あるいは、１つの構成要素はいくつかのサブコンポーネントに分割されるかもしれないし、他の既知の構成要素も加えられるかもしれない。動作処理も実施例において示されるものに限定されない。当業者は、本発明が、本発明の精神および本質的な機能から外れずに、他の特定の形態で実装可能であることを理解するであろう。従って、現在の実施の形態は、全ての点において例示でありかつ限定的でないとして考慮されるべきである。本発明の範囲は、前述の説明によってではなく添付された請求項によって示される。また、したがって、請求項と同等の意味と範囲の内で生ずる変更は全て本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６９】
３１０：送信機
３１１：ランダム遅延手段
３１２：トラフィック検知手段
３１３：送信判定手段
３１４：信号送信手段
３２０：受信機
３２２：信号受信手段
３２３：位置計算手段
５００：マルチオブジェクト測位システム
５１０：タグ装置（送信機）
５１１：チャネル要求手段
５１２：送信判定手段
５１３：測位信号送信手段
５１４：測位装置リスト更新手段
５１５：送信電力調整手段
５１６：測位装置リスト
５２０：測位装置（ＰＯＤ）
５２１：状態応答手段
５２２：測位信号受信手段
５２３：位置計算手段
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2010175535.tif 000020
【外国語明細書】
2010175535000001.pdf