(57)【要約】  システムが、無線ノードネットワークを使用してエレベータかごを呼び出す。未知のロケーションにある移動ノードが、要求パケットをブロードキャストする。この要求パケットは、移動ノードの識別情報及びエレベータ呼びコマンドを含む。既知ロケーションにある１つ又は２つ以上の固定ノードが、受信した要求パケットの信号強度を測定し、この信号強度及び固定ノードの既知ロケーションに基づいて、移動ノードの既知ロケーションを確定し、移動ノードの既知ロケーション及びエレベータ呼びコマンドに従ってエレベータかごを呼ぶ。
2009504529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法であって、
未知ロケーションにある移動ノードから識別情報及びエレベータ呼びコマンドを含む要求パケットを発するステップと、
既知ロケーションにある一組の固定ノードにおいて前記要求パケットを受信するステップと、
各固定ノードにおいて、前記要求パケットに関連する信号強度を測定するステップと、
各固定ノードにおいて受信された前記要求パケットに、前記信号強度及び前記固定ノードの識別情報を挿入するステップと、
各固定ノードからルートノードへ前記要求パケットを転送するステップと、
前記ルートノードにおいて、前記信号強度及び前記一組の固定ノードの位置から前記移動ノードの既知ロケーションを確定するステップと、
前記移動ノードの既知ロケーション及び前記エレベータ呼びコマンドに従ってエレベータかごを呼ぶステップと
を含む、無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法。
【請求項２】
前記エレベータ呼びコマンドは上昇又は下降である請求項１に記載の無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法。
【請求項３】
前記エレベータ呼びコマンドは目的階を含む請求項１に記載の無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法。
【請求項４】
前記移動ノードは、前記一組の固定ノードの少なくとも１つから応答パケットを受信するまで、前記要求パケットを繰り返し発するステップをさらに含む請求項１に記載の無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法。
【請求項５】
受信された複数の要求パケットから前記信号強度を平均するステップをさらに含む請求項４に記載の無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法。
【請求項６】
前記移動ノードの既知ロケーションの確定は三辺測量を使用する請求項１に記載の無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法。
【請求項７】
前記エレベータかごの呼びは、前記移動ノードの既知ロケーションからエレベータホールまでの移動時間に依存する請求項１に記載の無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法。
【請求項８】
前記移動時間は確率分布として表される請求項７に記載の無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法。
【請求項９】
前記移動時間は間取り図を使用して求められる請求項７に記載の無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法。
【請求項１０】
前記移動時間は前記移動ノードの利用者の速度に依存する請求項７に記載の無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法。
【請求項１１】
複数の要求パケットが複数の移動ノードによって同時に発せられ、複数のエレベータかごが該複数の移動ノードの位置に従ってスケジューリングされる請求項１に記載の無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法。
【請求項１２】
無線ネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法であって、
未知ロケーションにいる利用者によって携行される移動送信機から、エレベータ呼び出しを要求する信号を発するステップと、
既知ロケーションにある一組の受信機において、前記信号の信号強度を測定するステップと、
前記信号強度及び前記受信機の既知ロケーションから、前記利用者の既知ロケーションを確定するステップと、
前記利用者の既知ロケーションに従ってエレベータかごを呼び出すステップと
を含む、無線ネットワークを使用したエレベータかごの呼び方法。
【請求項１３】
無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼びシステムであって、
該移動ノードの識別情報及びエレベータ呼びコマンドを含む要求パケットを発するように構成され、未知ロケーションにある移動ノードと、
既知ロケーションにあり、受信された要求パケットの信号強度を測定するように構成された一組の固定ノードと、
前記信号強度及び前記固定ノードの位置に基づいて、前記移動ノードの既知ロケーションを確定するための手段と、
前記移動ノードの既知ロケーション及び前記エレベータ呼びコマンドに従ってエレベータかごを呼び出すための手段と
を備える、無線ノードネットワークを使用したエレベータかごの呼びシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、無線アドホックネットワークに関し、より詳細には、このようなネットワークでノードのロケーションを特定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信ネットワーク及び無線ノード（トランシーバ）は、ますます小さくなっている。たとえば、ピコネットでは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈノードの無線レンジは、１０メートル以下である。通常、アドホック無線ネットワークのノードは、集中化された設備なしで動作する。ノードは、自由自在にネットワークに出入りし、ネットワークトポロジーはアドホックである。
【０００３】
別の例は、無線センサネットワークである。センサネットワークは、工場の操業、車両の動作、環境、並びに橋及びトンネル等の公共の構造物を監視するのにも使用される。近年、カリフォルニア大学バークレー校（University of California, Berkeley）及びインテルバークレー研究所(Intel Berkeley Research Laboratory)は、８００個を超える低電力センサノードを含む自己編成型無線センサネットワークを実証した。各センサノードは、コインのサイズであり、大学キャンパスにわたって分散されている。
【０００４】
ノードが移動可能である場合、検知されたデータを特定の場所と相関させることができるように、ノードのロケーションを知ることが重要である。
【０００５】
携帯電話ネットワーク、全地球測位システム（ＧＰＳ）及び局所的測位システム（ＬＰＳ）、アドホックローカルネットワーク等のネットワークにおける無線通信ノードのロケーションを求めるための多数の技法が既知である。
【０００６】
到着時間（ＴＯＡ（Time of Arrival））：この方法は、三辺測量を使用して、移動ノードの位置を求めるものである。三辺測量による位置推定は、移動ノードから少なくとも３つの既知ロケーション、たとえば、基地局又は衛星への距離を知ることに基づいている。距離を計算できる正確なタイミングを得るために、移動ノードは、基地局と直接通信しなければならず、また、正確なタイミング情報もすべてのノードで必要とされる。
【０００７】
しかしながら、多くの無線センサノードのトランシーバの無線レンジは非常に短く、たとえば、１０メートル未満である。したがって、ＴＯＡを使用できるようにするには、基地局の密度が高くなければならないか、又は、タイミング情報を同期クロックで非常に正確に測定しなければならない。
【０００８】
到着時間差（ＴＤＯＡ（Time difference of arrival））：この方法では、時間遅延推定が、移動ノードから基地局への確認応答信号の到着時間差を求めるのに使用される。ＴＤＯＡ推定値が、基地局間の距離差の測定値を求めるのに使用される。非線形双曲線関数を解法することによって、ロケーションの推定値を得ることができる。
【０００９】
携帯電話ネットワークのロケーション推定方法は、P. C. Chen著「A non-line of sight error mitigation algorithm in location estimation」（IEEE Wireless Communications and Networking Conference,」 pp. 316-320, Sept. 1999）、J. H. Reed、K. J. Krizman、B. D. Woerner、T. S. Rappaport著「An overview of the challenges and progress in meeting the E-911 requirement for location service」（IEEE Communications Magazine, pp. 30-37, April 1998）、及びM. A. Spirito著「On the accuracy of cellular mobile station location estimation」（IEEE Trans. Vehicular Technology, vol. 50, no. 3, pp. 674-685, May 2001）に記載されている。
【００１０】
局所的測位システムは、A. Ward、A. H. A. Jones著「A new location technique for the active office」（IEEE Personal Communications, vol. 4, no. 5, pp. 42-47, October 1997）、及びJ. Werb、C. Lanzl著「Designing a positioning system for finding things and people indoors」（IEEE Spectrum, vol. 35, no. 9, pp. 71-78, September 1998）に記載されている。局所的測位システムは、以下で説明するように、ＴＯＡ，ＴＤＯＡ、及びＲＳＳを使用することができる。
【００１１】
ローカルエリアネットワークにおけるロケーション推定を大きなネットワークにおけるロケーション推定と区別するものは、無線レンジが非常に短いこと及び同期がないということである。
【００１２】
１つの解決方法は、センサノードのいくつかにロケーション座標を提供することである。これについては、IEEE Trans. Signal Processing, 2003に掲載されたPatwari他著「Relative Location Estimation in Wireless Sensor Networks」を参照されたい。彼らは、隣接するノード間のレンジをセンサに推定させる。ＴＯＡ及びＲＳＳを用いて、彼らは、周波数選択性フェージング誤差を削減するためにＲＳＳ測定値を周波数にわたって平均することにより、約１．５メートルの精度でセンサロケーションを推定することができる。
【００１３】
もう１つの解決法は、少なくとも３つの送信機から受信した信号から導出されたＴＤＯＡ測定値に依拠するものである。これについては、Gustafsson他著「Positioning Using Time Difference of Arrival Measurements」（ICASSP, Hong Kong, PRC, 2003）を参照されたい。彼らは、非線形最小２乗フィット手法を使用する。この非線形最小２乗フィット手法によって、位置共分散及びクラメール−ラオの下限（Cramer-Rao lower bound）を与える局所解析が可能になる。しかしながら、彼らは、グローバルに同期されたネットワークを必要とする。
【００１４】
位相差：別の技法は、安定した基準信号といくつかの既知のロケーションにおける無線移動信号との間の位相差を測定するものである。無線移動ノードのロケーションは、その後、位相差情報から求められる。これについては、２００２年１２月５日のGilkes他による米国特許出願公開第２００２／０１８０６４０号の「Location estimation in narrow bandwidth wireless communication systems」を参照されたい。
【００１５】
Gilkes他の手法では、移動ノードが、測位を得るための要求メッセージに１ＭＨｚのパイロット信号を組み込む。各メッセージは、一意のノード識別情報及びシーケンス番号も運ぶ。固定された基準局が、基準パイロット信号を送信する。ネットワークの他の静止ノードは、要求メッセージのパイロット信号と基準パイロット信号との間の位相差を測定する。ヘッダ情報が基準局で処理されて、移動ノードのロケーションが追跡される。彼らの手法では、いわゆる「装備されたロケーションマーカ（equipped location marker）」ノードを、基準局、たとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈマスタノードと同期させる必要があり、且つ、それらノード、たとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈスレーブノードの間でも同期させる必要がある。
【００１６】
Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信システムは、同期したタイムスロットの共有を提供する。そうでない場合には、メッセージ到着は、オフセット値を含む。これらのオフセット値によって、相対的な到達時刻の誤差が引き起こされる。したがって、そのシステムは、同期を欠いているセンサネットワークに適用することはできない。また、彼らの方法によって、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈの装備されたロケーションマーカノードの計算複雑度が高くなり、最低限でも、位相比較器及び位相差／平均回路が必要となる。
【００１７】
受信信号強度（ＲＳＳ（Received Signal Strength））：ここでは、移動ノードが、少なくとも３つの静止位置ノードから受信した信号から得られる信号強度測定値に三辺測量を適用する。ＲＳＳに基づくロケーション推定値は、マルチパス又はシャドーイング等の環境要因のために粗くなることが多い。信号強度に基づく１つの方法は、２００５年４月２６日にSahinogluに発行された米国特許第６，８８５，９６９号の「Location estimation in partially synchronized networks」に記載されている。ＲＳＳ方法に伴う問題は、信号強度が、移動、位相効果、反射、及び物理的障害物によって変化し得るということである。
【００１８】
エレベータかごを呼び出すのに無線送信機を使用することができる。これについては、２００２年６月４日のHale他の米国特許第６，３９７，９７６号の「Automatic elevator destination call processing」を参照されたい。そのシステムでは、利用者は、目的地を明示的に提供しなければならない。そのシステムは、利用者のロケーションを求めない。２０００年８月２９日のSirag他の米国特許第６，１０９，３９６号の「Remote elevator call placement with provisional call verification」に記載されたシステムも、利用者がかごを呼び出すことを可能にする。しかしながら、そのシステムでは、利用者が呼び出しを行わなければならず、利用者がエレベータシャフトの近くにいる場合及び利用者がかご内にいる場合に、呼び出しは検証を受けなければならない。同様のシステムは、１９９９年１１月１６日のMorgan他の米国特許第５，９８４，０５１号の「Remote elevator call requests with descriptor tags」、及び、１９９９年９月１４日のZahariaの米国特許第５，９５２，６２６号の「Individual elevator call changing」にも記載されている。
【００１９】
１９８７年６月１６日のYoshidaの米国特許第４，６７３，９１１号の「Elevator remote-control apparatus」は、エレベータの「上昇」呼び出し又は「下降」呼び出しを入力するためのリモートコントローラを記載している。この呼び出しは、ホール呼び出しボタンデバイスに直接送信される。そのシステムは、利用者がエレベータ呼び出しボタンデバイスのすぐ近くにいることを必要とする。利用者の実際のロケーションは不明である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、アドホックノードネットワークで機能する。アドホックネットワークでは、ノードは、ネットワークのトポロジーを自律的に求める。ネットワークは、未知ロケーションにある移動ノード、及び、既知のロケーションにある固定ノードを含む。ノードは、相互に通信するための無線トランシーバを含む。固定ノードは、有線ネットワークを介して相互に通信することもできる。
【００２１】
本発明の一実施の形態は、アドホックネットワークにおける移動ノードのロケーションを特定する。各ノードは、無線トランシーバを含む。ロケーションは、ビルオートメーションの応用形態、セキュリティの応用形態、材料追跡の応用形態、及びリモートシグナリングの応用形態によって使用することができる。
【００２２】
固定ノードは、ルートノードと通信することができる。ルートノードは、いくつかの固定ノードが移動ノードからデータパケットを受信すると、その移動ノードのロケーションを求めることができる。固定ノードは、それらパケットをルートノードへ転送する。パケットは、移動ノード、及び受信信号の信号強度を特定する。信号強度は、ノード間の距離に比例する。３つ以上の固定ノードが同じパケットを受信する場合、三辺測量を使用して、移動ノードのロケーションを特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［ネットワーク構成］
図１は、本発明の一実施の形態によるアドホックネットワーク１００を示している。このアドホックネットワークでは、トランシーバノードが、ネットワークのトポロジーを自律的に求める。ネットワークは、未知ロケーションにある移動ノード（ＭＮ）１０１、及び、既知ロケーションにある固定ノード（ＦＮ）１０２を含む。また、ネットワークは、プロセッサ１１０に接続されるルートノード（ＲＮ）１０３も含む。各ノードは、他のノードと通信するための無線トランシーバを含む。一実施の形態では、トランシーバは、上述したカリフォルニア大学バークレー校のセンサネットワークで使用されているものと同じものである。固定ノード１０２は、有線ネットワークを介して相互に通信することもできる。ＲＮ１０３は、プロセッサ１１０と通信し、プロセッサ１１０は、移動ノード１０１のロケーションを求めるための方法を実行する。各ノードは、マイクロプロセッサも含むことができる。
【００２４】
［移動ノード及びエレベータ］
図２は、移動ノード１０１及びエレベータの一実施の形態を示している。移動ノードは、アンテナ２０１、上昇ボタン２０２、下降ボタン２０３、及びマイクロプロセッサ２０４を含む。一例の応用形態では、ＭＮの利用者は、上昇ボタン２０２又は下降ボタン２０３のいずれかを押下してエレベータかごが取るべき方向を示すことにより、建物２２０のエレベータかご２１０を要求することができる。インジケータライト２０５が、その要求の応答を信号で伝えることができる。移動ノードは、目的階を入力するためのキーパッド２０６も含むことができる。
【００２５】
多数のエレベータシャフトを有するほとんどの建物は、スケジューリングシステム２３０を含む。この場合、ルートノードは、エレベータ要求をシステム２３０へ転送することができる。
【００２６】
移動ノードのロケーションを特定できるので、利用者がエレベータホール５１２に移動するのに必要な距離を求めることも可能である。この移動距離は、エレベータかごの到着時間を調整してスケジューリングするのに使用することができる。
【００２７】
［エレベータ要求パケット］
図３は、ボタンの１つが押下された時にＭＮによってブロードキャストされる要求（ＲＥＱ）パケット３００を示している。この要求パケットは、移動ノード識別情報（ＩＤ）３０１、エレベータ呼びコマンド（上昇／下降）フィールド３０２、パケットシーケンス番号フィールド３０３、及び信号強度フィールド３０４を含む。コマンドフィールドは、目的階を格納することもできる。
【００２８】
パケット３００を受信して処理した１つ又は２つ以上の固定ノードからの応答（ＡＣＫ）パケットをＭＮが受信するまで、又は、タイムアウト間隔の満了後まで、要求パケットは繰り返し発せられる。信頼性を増大させるために、要求パケットは、少なくとも最小回数、たとえば３２回、発せられることができる。
【００２９】
パケットを受信した固定ノードは、受信信号の信号強度をフィールド３０４に挿入する。固定ノードによってパケットが１つの複数回受信された場合、信号強度は平均値に基づくものとすることができる。図３に示すように、各固定ノードは自身の識別情報３０５もパケットに挿入する。パケットは、その後、ルートノードへ転送される。
【００３０】
固定ノードは、測距信号を定期的に発することができることに留意されるべきである。この場合、移動ノードは、要求パケットに挿入される信号強度を測定することができる。
【００３１】
ルートノードは、固定ノードＩＤからその固定ノードのロケーションを特定できる。さらに、ルートノードは、信号強度から、その固定ノードと移動ノードとの間の距離を求めることもできる。この距離は、三辺測量を使用してロケーションに変換することができる。もちろん、ロケーションの精度は、要求パケットを受信した固定ノードの個数に応じて増大する。
【００３２】
［三辺測量］
図４に示すように、パケットを受信する各ＦＮ１０２は、そのパケットに関連する受信信号の信号強度４０１を求める。この信号強度は、三辺測量を使用してＭＮ１０１と１つ又は２つ以上のＦＮ１０２との間の距離を求めるのに使用される。この距離の計算は、Savarese他著「Robust Positioning Algorithms for Distributed Ad hoc Wireless Sensor Networks」（Proceedings of the General Track: 2002 USENIX Annual Technical Conference, June 2002）に記載される方法に基づく。この文献は、参照により本明細書に援用される。もう１つの方法は、米国特許第６，８８５，９６９号に記載されている。この米国特許は、参照により本明細書に援用される。妥当なロケーション推定を行うには、少なくとも３つの固定ノードが要求パケットを受信すべきである。
【００３３】
［距離］
利用者がエレベータホール５１２に到達するために移動する必要がある距離は、必ずしも直線であるとは限らない場合があることに留意すべきである。したがって、システムは、図５に示すような１つ又は２つ以上の間取り図を記憶して、さまざまなロケーション１〜５からの移動距離を特定できる。
【００３４】
［到着時間の確率分布］
エレベータホールへの単一の到着時間だけを予測するのではなく、エレベータ要求が生成された時刻における移動ノードのロケーションの不確定分布（uncertainty distribution）又は誤差分布に基づいて、到着時間の確率分布を生成することが可能である。この確率分布は、利用者のロケーション、移動速度、時刻等からさまざまな可能な経路を含むことができる。
【００３５】
また、システム２３０によるエレベータ呼び出しのスケジューリング中に、複数のホールへの複数の乗客の到着時間を考慮することも可能である。
【００３６】
本発明を好ましい実施の形態の例として説明してきたが、本発明の精神及び範囲内において他のさまざまな適応及び変更を行うことができることが理解されよう。したがって、本発明の真の精神及び範囲内に入るようなすべてのこのような変形及び変更を網羅することが添付の特許請求の範囲の目的である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、さまざまなエレベータに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施の形態によるアドホックネットワークのブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態による移動ノード及びエレベータのブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態によるデータパケットのブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態による三辺測量に基づく距離測定の図である。
【図５】本発明の一実施の形態による一例の間取り図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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