(57)【要約】【課題】複数の情報源から送信される情報をサーバで収集する際に、送信時間を短縮し、かつ、受信した情報の推定精度を向上する、無線センサネットワークシステムおよびこれを用いた情報一括収集方法を提供する。【解決手段】複数の送信端末のそれぞれが、サーバから送信される情報送信要求信号のタイミングおよび内容に応じて、自身の位置情報と、その位置における観測値との組み合わせを、複数の時刻および周波数の組み合わせに変換し、その周波数を有する単位信号をそれらの時刻に送信する。サーバは、これらの単位信号の集合体を受信して、情報送信要求信号の内容に対応させて蓄積する。サーバは、蓄積された受信信号を利用して、観測値について精度の高い推定を行う。【選択図】図３
2015133676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに独立してそれぞれに観測情報の測定を行う複数の端末と、
前記測定の結果を収集するサーバと
を具備し、
前記サーバは、前記複数の端末に向けて情報送信要求信号を一斉送信するサーバ側送受信回路
を具備し、
前記情報送信要求信号は、前記サーバから送信される度に異なるコード番号を、受信する前記複数の端末が読み取り可能な所定の形式で含み、
前記複数の端末のそれぞれは、
前記測定を行う測定部と、
前記情報送信要求信号を受信する端末側送受信回路と、
受信した前記情報送信要求信号に応じて、かつ、前記コード番号に応じた変換式を用いて、前記測定した観測情報を複数の無線物理量の組み合わせに変換する変換部と
を具備し、
前記それぞれの端末において、前記端末側送受信回路は、前記組み合わせに含まれる時刻において、前記組み合わせに含まれる周波数を有する単位信号を生成して前記サーバに向けて送信し、
前記サーバ側送受信回路は、前記単位信号の集合体を受信信号として受信し、
前記サーバは、
受信した前記受信信号を、対応する前記情報送信要求信号ごとに格納するデータベースと、
複数の前記情報送信要求信号にそれぞれ対応して格納した複数の前記受信信号に基づいて、かつ、前記コード番号に応じた逆変換式を用いて、前記複数の端末の配置と、前記測定された観測情報との組み合わせを推定する復元回路と
をさらに具備する
無線センサネットワークシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線センサネットワークシステムにおいて、
前記観測情報は、
前記それぞれの端末の位置を示す第１座標値および第２座標値と、
前記それぞれの端末が前記位置で所定の観測対象を測定した観測値と
を含み、
前記無線物理量の組み合わせは、
第１時刻と、
第２時刻と、
１つの周波数と
を含み、
前記変換部は、
前記第１座標値および前記第２座標値を、前記第１時刻および前記第２時刻にそれぞれ変換する時間軸マッピング回路と、
前記観測値を前記１つの周波数に変換する周波数軸マッピング回路と
を具備する
無線センサネットワークシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の無線センサネットワークシステムにおいて、
前記周波数軸マッピング回路は、
変換前の前記観測値と、変換後の前記１つの周波数との対応関係を、前記コード番号に応じて変動する周波数軸シフト回路
を具備し、
前記復元回路は、
前記変換後の周波数を、前記コード番号に応じた前記変動の逆変換を行って前記変換前の測定値を算出する
無線センサネットワークシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の無線ネットワークシステムにおいて、
前記復元回路は、
前記単位信号が検出される確率が所定の検出確率閾値に満たない座標から検出された前記単位信号を、前記推定の対象から除外する
無線センサネットワークシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の無線ネットワークシステムにおいて、
前記復元回路は、情報送信要求回数が所定の閾値に達した後、前記推定を開始する
無線センサネットワークシステム。
【請求項６】
請求項５に記載の無線センサネットワークシステムにおいて、
前記コード番号として、前記情報送信要求回数を用いる
無線センサネットワークシステム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の無線センサネットワークシステムにおいて、
前記受信サーバは、
前記複数の端末の位置情報を予め記憶しているメモリ
をさらに具備し、
前記復元回路は、前記メモリに記憶された前記位置情報を参照して前記推定を行う
無線センサネットワークシステム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の無線センサネットワークシステムにおいて、
前記端末側送受信回路は、前記単位信号を、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式で生成して送信し、
前記サーバ側送受信回路は、前記受信信号を前記ＯＦＤＭ方式で受信する
無線センサネットワークシステム。
【請求項９】
複数の端末が互いに独立してそれぞれに観測情報の測定を行うことと、
サーバが前記複数の端末に向けて情報送信要求信号を一斉送信することと、
前記複数の端末のそれぞれが、前記情報送信要求信号を受信することと、
前記複数の端末のそれぞれが、前記情報送信要求信号に応じて、前記測定した観測情報を複数の無線物理量の組み合わせに変換することと、
前記複数の端末が、前記組み合わせに含まれる時刻において、前記組み合わせに含まれる周波数を有する単位信号を、前記サーバに向けて送信することと、
前記サーバが、前記単位信号の集合体を受信信号として受信することと、
前記サーバが、受信した前記受信信号を、対応する前記情報送信要求信号ごとに格納することと、
前記サーバが、複数の前記情報送信要求信号にそれぞれ対応して格納した複数の前記受信信号に基づいて、前記複数の端末の配置と、前記測定された観測情報との組み合わせを推定することと
を具備し、
前記情報送信要求信号を一斉送信することは、
送信するたびに異なるコード番号を、前記情報要求信号に所定の形式で含めること
を具備し、
前記情報要求信号を受信することは、
前記コード番号を前記情報要求信号から読み取ること
を具備し、
前記変換することは、
前記コード番号に応じた変換式を用いて前記変換を行うこと
を具備し、
前記推定することは、
前記コード番号に応じた逆変換式を用いて前記推定を行うこと
を具備する
情報一括収集方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の情報一括収集方法のうち、前記サーバが実行する各ステップを、前記サーバに実行させるための
サーバ側情報一括収集プログラム。
【請求項１１】
請求項９に記載の情報一括収集方法のうち、前記それぞれの端末が実行する各ステップを、前記それぞれの端末に実行させるための
端末側情報一括収集プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーバと、複数の端末とが無線ネットワークを介して通信する無線センサネットワークシステムと、この無線センサネットワークシステムを用いて行う情報一括収集方法とに係る。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線センサネットワークに係る技術の研究開発が活発に行われている。無線センサネットワークとは、センサなどを備える端末を、無線通信によって構成されたネットワークを介して制御したり、位置や環境に係る情報の収集に利用したりする無線ネットワークである。
【０００３】
無線センサネットワークは、モニタリングシステムや、ホーム・オートメーションなど、様々な分野での活用が期待されている。センサネットワークを無線通信で構築することによって、コストダウンや、センシング範囲の拡大や、ネットワークの変更における柔軟性などのメリットが期待出来る。
【０００４】
現在、無線センサネットワークにおいていわゆるアドホック通信を行う際には、既存の小規模ネットワーク向けの無線通信方式およびプロトコルが使用されている。このような場合に、主にＺｉｇＢｅｅ（登録商標）と呼ばれるＩＥＥＥ８０２．１５．４規格や、その他の特定小電力無線システムなどが、事実上の標準技術として活用されている。
【０００５】
図１は、従来技術による無線センサネットワークの全体的な構成を示す概念図である。図１に示した無線センサネットワークは、受信サーバとして機能する受信サーバＳと、送信端末として機能する複数のセンサノードＳＮ１〜ＳＮ５とを含んでいる。
【０００６】
このような従来技術では、それぞれのセンサノードＳＮ１〜ＳＮ５が、観測情報や、観測位置情報などの情報をパケットにまとめて送信する。このとき、異なるセンサノードＳＮ１〜ＳＮ５が送信する複数の信号が互いに干渉しないように、各信号を時系列的に並べて送信する。
【０００７】
上記に関連して、特許文献１（特開２０１０−１４６０４号公報）には、振動測定システムに係る記載が開示されている。この振動測定システムは、センサノードと、管理ノードとを含んで構成されており、測定対象物の振動を測定する。ここで、センサノードは、測定対象物の所定位置に設けられている。管理ノードは、センサノードとの間で無線通信を行う。センサノードは、センサ側検出手段と、センサ側通信手段と、センサ側制御手段とを備える。ここで、センサ側検出手段は、測定対象物の所定位置の振動の度合を検出する。センサ側通信手段は、管理ノードとの間で、無線通信を行う。センサ側制御手段は、センサ側検出手段に対して、振動の度合の検出を所定の周期で実行するように制御すると共に、センサ側通信手段に対して、振動の度合の検出の実行されるタイミングには無線通信を禁止する制御を行う。
【０００８】
また、特許文献２（特開２０１３−１８７５５２号公報）には、ワイヤレスセンサネットワークシステムに係る発明が開示されている。このワイヤレスセンサネットワークシステムは、複数の送信端末と、受信サーバとを具備する。ここで、複数の送信端末は、複数の送信信号群を送信する。受信サーバは、無線ネットワークを介して複数の送信信号群を受信する。複数の送信信号群は、複数の送信端末のそれぞれが送信する送信信号群を具備する。それぞれの送信端末は、第１回路部と、第２回路部と、変換部と、送信部とを具備する。第１回路部は、第１情報群を生成する。第２回路部は、第２情報群を生成する。変換部は、第１情報群および第２情報群の組み合わせを、送信周波数群および送信時刻群の組み合わせに変換する。受信サーバは、受信部と、復元部とを具備する。受信部は、複数の送信信号群を受信する。復元部は、複数の送信信号群が示す送信周波数群および送信時刻群から第１情報群および第２情報群を復元する。なお、本願発明は、特許文献２の発明者が、同発明をさらに発展させたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１４６０４号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８７５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１のような従来技術は、少数のセンサノードが送信する情報を正確に収集するには有効である。しかし、多数のセンサノードが送信する情報をリアルタイムに収集しようとすると、全情報の収集に時間がかかりすぎてしまうので、このような標準技術は不向きである。
【００１１】
そこで、本願の発明者は、特許文献２記載の発明で、複数の情報源から送信される情報を効率よく収集することを重視したワイヤレスセンサネットワークシステムおよびその通信方法を提案した。しかし、特許文献２記載の発明では、通信時間の圧縮効果と、収集される情報を受信サーバが推定する精度とが、トレードオフの関係にあり、改善の余地があった。
【００１２】
本願発明では、特許文献２発明をさらに発展させて、情報収集時間を短縮し、かつ、推定精度を向上するための無線センサネットワークシステムと、この無線センサネットワークシステムを用いて行う情報一括収集方法とを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１４】
本願による無線センサネットワークシステムは、複数の端末（ＳＮ）と、サーバ（Ｓ）とを具備する。ここで、複数の端末（ＳＮ）は、互いに独立してそれぞれに観測情報の測定を行う。サーバ（Ｓ）は、測定の結果を収集する。サーバ（Ｓ）は、サーバ側送受信回路（３４）を具備する。ここで、サーバ側送受信回路（３４）は、複数の端末（ＳＮ）に向けて情報送信要求信号を一斉送信する。複数の端末（ＳＮ）のそれぞれは、測定部（１６、１７）と、端末側送受信回路（１４）と、変換部（１８、１９、１９１）とを具備する。ここで、測定部（１６、１７）は、測定を行う。端末側送受信回路（１４）は、情報送信要求信号を受信する。変換部（１８、１９、１９１）は、受信した情報送信要求信号に応じて、測定した観測情報を複数の無線物理量の組み合わせに変換する。それぞれの端末（ＳＮ）において、端末側送受信回路（１４）は、組み合わせに含まれる時刻において、組み合わせに含まれる周波数を有する単位信号を生成してサーバ（Ｓ）に向けて送信する。サーバ側送受信回路（３４）は、単位信号の集合体を受信信号として受信する。サーバ（Ｓ）は、データベース（３３３）と、復元回路（３７）とをさらに具備する。ここで、データベース（３３３）は、受信した受信信号を、対応する情報送信要求信号ごとに格納する。復元回路（３７）は、複数の情報送信要求信号にそれぞれ対応して格納した複数の受信信号に基づいて、複数の端末（ＳＮ）の配置と、測定された観測情報との組み合わせを推定する。
【００１５】
本願発明による情報一括収集方法は、複数の端末（ＳＮ）が互いに独立してそれぞれに観測情報の測定を行うことと、サーバ（Ｓ）が複数の端末（ＳＮ）に向けて情報送信要求信号を一斉送信すること（Ｓ１）と、複数の端末（ＳＮ）のそれぞれが、情報送信要求信号を受信すること（Ｓ２）と、複数の端末のそれぞれが、情報送信要求信号に応じて、測定した観測情報を複数の無線物理量の組み合わせに変換すること（Ｓ３）と、複数の端末（ＳＮ）が、組み合わせに含まれる時刻において、組み合わせに含まれる周波数を有する単位信号を、サーバに向けて送信すること（Ｓ４）と、サーバ（Ｓ）が、単位信号の集合体を受信信号として受信すること（Ｓ５）と、サーバ（Ｓ）が、受信した受信信号を、対応する情報送信要求信号ごとに格納することと、サーバ（Ｓ）が、複数の情報送信要求信号にそれぞれ対応して格納した複数の受信信号に基づいて、複数の端末（ＳＮ）の配置と、測定された観測情報との組み合わせを推定すること（Ｓ１０）とを具備する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の無線センサネットワークシステムおよび情報一括収集方法によれば、多数のセンサノードから受信サーバへの信号送信時間を大幅に短縮しつつ、センサノードが測定した観測値を受信サーバ側で推定する精度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、従来技術による無線センサネットワークの全体的な構成を示す概念図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明による無線センサネットワークの全体的な構成の一例を示す概念図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明によるセンサノードの構成の一例を示すブロック回路図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明による受信サーバの構成の一例を示すブロック回路図である。
【図３】図３は、本発明の無線センサネットワークシステムを用いた情報一括収集方法における処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図４は、図４は、本願による時間軸マッピング処理の一例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明による周波数軸マッピングの原理を概略的に示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明による周波数軸マッピングの具体例を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本願の周波数軸シフト処理の一例について、第１の状態を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本願の周波数軸シフト処理の一例について、第２の状態を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本願の周波数軸シフト処理の一例について、第３の状態を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図６Ａに示した第１の状態から得られる共通サブキャリアの一例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図６Ｂに示した第２の状態から得られる共通サブキャリアの一例を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図６Ｃに示した第３の状態から得られる共通サブキャリアの一例を示す図である。
【図８】図８は、図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃに示した例による共通サブキャリアの検出確率を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図７Ｃに示した共通サブキャリアから、図８に示した検出確率が検出確率閾値に届かなかったセルを除外した状態を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａから、除外されずに残った共通サブキャリアを抜き出した状態を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ｂで抜き出された共通サブキャリアに対して、周波数軸シフト処理の逆変換を行った結果の一例を示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図９Ｃに示した共通サブキャリアに対して周波数軸マッピング処理の逆変換を行った結果の一例を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、複数のセンサノードが送信する複数の単位信号が有する周波数の一例を示す分布図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａの例に基づいて行った、共通するサブキャリア周波数の存在判定の結果を示す判定図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、受信信号からの判定結果を示す図１０Ｂのうち、送信信号の分布を示す図１０Ａとの差異を示す比較図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の第４の実施形態による復元方法を説明する具体例における２度目の検索で該当したセルと、その共通するサブキャリア周波数との組み合わせを示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の第４の実施形態を説明する具体例における３度目の検索で該当するセルが無い状態を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の第５の実施形態による復元方法を説明するための具体例における、送信単位信号が有するサブキャリア周波数の分布図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明の第５の実施形態による復元方法を説明する具体例において、図１２Ａの例に基づいて行った、共通するサブキャリア周波数の存在判定の結果を示す判定図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、本発明の第５の実施形態による復元方法を説明する具体例において、表８に対応する状態におけるセルと、その共通するサブキャリア周波数との組み合わせを示す図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、本発明の第５の実施形態による復元方法を説明する具体例における２度目の検索で該当したセルと、その単独候補となるサブキャリア周波数との組み合わせを示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の第６の実施形態による復元方法を説明するための具体例における、センサノードの配置と、各センサノードが送信する単位信号が有するサブキャリア周波数とを示す分布図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の第６の実施形態による復元方法を説明するための具体例において、共通するサブキャリア周波数の存在判定の結果を示す判定図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、本発明の第６の実施形態による復元方法を説明するための具体例において、推定範囲外領域ＮＺの設定結果を示す図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、本発明の第６の実施形態による復元方法を説明するための具体例において、１度目の検索で推定値が得られたセルに関わるデータを削除した状態を示す図である。
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、本発明の第６の実施形態による復元方法を説明するための具体例において、配置されたセンサノードの数と、共通するサブキャリア周波数の数とが一致するセルがもはや存在しない状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
添付図面を参照して、本発明による無線センサネットワークと、情報一括収集方法とを実施するための形態を以下に説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図２Ａは、本発明による無線センサネットワークの全体的な構成の一例を示す概念図である。図２Ａに示した無線センサネットワークの構成要素について説明する。この例では、無線センサネットワークは、受信サーバＳと、送信端末として機能する複数のセンサノードＳＮ１〜ＳＮ３とを含んでいる。なお、図２Ａに示した複数のセンサノードＳＮ１〜ＳＮ３の総数は、あくまでも一例であって、本発明を限定するものではない。
【００２０】
図２Ａに示した無線センサネットワークの構成要素の位置関係および接続関係について説明する。受信サーバＳと、複数のセンサノードＳＮ１〜ＳＮ３とは、無線ネットワークを介して通信を行う。複数のセンサノードＳＮ１〜ＳＮ３は、後述するように、所定の場所にそれぞれ固定されていても良いし、移動可能であっても構わない。なお、受信サーバＳは、所定の場所に固定されていることが好ましいが、この条件は本発明を限定しない。
【００２１】
図２Ａに示した無線センサネットワークの動作について概略的に説明する。まず、受信サーバＳが、全てのセンサノードＳＮ１〜ＳＮ３に向けて、図示しない情報送信要求信号を送信する。第１のセンサノードＳＮ１は、情報送信要求信号に応答して、第１の単位信号ＴＳ１を送信する。同様に、第２のセンサノードＳＮ２は第２の信号単位ＴＳ２を送信し、第３のセンサノードＳＮ３は第３の単位信号ＴＳ３を送信する。送信されたこれらの単位信号ＴＳ１〜ＴＳ３の集合体は、無線空間で合成された１つの受信信号ＴＳ０として受信サーバＳによって受信される。
【００２２】
図２Ｂは、本発明によるセンサノードＳＮの構成の一例を示すブロック回路図である。なお、図２Ａに示した第１〜第３のセンサノードＳＮ１〜ＳＮ３は、図２Ｂに示したセンサノードＳＮと同じように構成されているものとする。
【００２３】
図２Ｂに示したセンサノードＳＮの構成要素について説明する。図２Ｂに示したセンサノードＳＮは、バス１１と、ＣＰＵ１２と、メモリ１３と、送受信回路１４と、アンテナ１５と、センサ１６と、位置情報取得回路１７と、時間軸マッピング回路１８と、周波数軸マッピング回路１９とを具備している。周波数軸マッピング回路１９は、周波数軸シフト回路１９１を具備している。メモリ１３は、プログラム１３１およびデータ１３２を格納している。ただし、後述するように、位置情報取得回路１７と、時間軸マッピング回路１８と、周波数軸マッピング回路１９と、周波数軸シフト回路１９１との一部または全ては、ＣＰＵ１２と、メモリ１３と、ＣＰＵ１２がメモリ１３から読み出して実行するプログラム１３１とで代用可能な場合があり、その場合は省略可能であるものとする。反対に、位置情報取得回路１７と、時間軸マッピング回路１８と、周波数軸マッピング回路１９と、周波数軸シフト回路１９１とを残して、ＣＰＵ１２と、メモリ１３とを省略可能な場合もある。なお、このプログラム１３１は、これを格納する所定の記録媒体からメモリ１３にコピーまたはインストールしてからそれぞれのセンサノードＳＮに実行させても良い。また、この所定の記録媒体は、例えばＣＤ−ＲＯＭなどの非一過性の記録媒体であっても良い。
【００２４】
図２Ｂに示したセンサノードＳＮの構成要素の接続関係について説明する。アンテナ１５は、送受信回路１４に接続されている。バス１１は、ＣＰＵ１２と、メモリ１３と、送受信回路１４と、センサ１６と、位置情報取得回路１７と、時間軸マッピング回路１８と、周波数軸マッピング回路１９とに接続されている。
【００２５】
図２Ｂに示したセンサノードＳＮの構成要素の動作について概略的に説明する。バス１１は、接続された各構成要素の間で信号の送受信を可能にする。メモリ１３は、各種のデータ１３２やプログラム１３１を入力、記憶、出力する。ＣＰＵ１２は、メモリ１３に記憶された各種のプログラム１３１を実行し、メモリ１３に記憶された各種のデータ１３２を用いて演算し、演算の結果をメモリ１３に格納する。
【００２６】
センサ１６は、各種測定を行い、その結果を観測情報として出力する。ここでは、一例として、センサ１６が温度計であって、温度の計測を行うものとする。ただし、この温度計はあくまでもセンサ１６の一例にすぎず、本発明を限定するものではない。所定の観測対象としては、その他、速度、湿度、雨量、気圧、濃度、などのスカラー量も適用可能であり、センサ１６は速度計、湿度計、雨量計、気圧計、濃度計のように他の如何なる測定器であっても良い。
【００２７】
なお、観測対象は、温度のようなスカラー量以外にも、速度のように方向およびノルムを有するベクトル量であっても良い。ベクトル量を扱う場合は、その方向と、そのノルムとを、それぞれ量子化することで疑似的に２つのスカラー量として扱えば良い。その上で、方向に対応するスカラー量と、ノルムに対応するスカラー量とを、各センサノードＳＮから受信サーバＳに向けて交互に送信する。
【００２８】
位置情報取得回路１７は、位置情報を取得する。位置情報は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）などの装置を用いて、要求されるたびに測定することで取得しても良い。この例では、位置情報は、緯度情報および経度情報で構成された２軸座標の情報であるものとする。ただし、これはあくまでも一例であって、位置情報は他の座標系を用いて構成されても良い。
【００２９】
時間軸マッピング回路１８は、位置情報を時間軸上にマッピングし、マッピング後の時間情報を出力する。この例では、時間軸マッピング回路１８は、２軸座標の情報である位置情報を、時間軸上の２つの異なる時刻に変換する。同様に、周波数軸マッピング回路１９は、観測情報を周波数軸にマッピングし、マッピング後の周波数情報を出力する。この例では、スカラー量である観測情報を、周波数軸上の１つの周波数に変換する。これらのマッピング動作は、物理的にそれぞれ独立した回路を用いて行っても良いし、代わりに、これらのマッピング動作をＣＰＵ１２に実行させるプログラム１３１を予め格納しておいたメモリ１３から読み取ってＣＰＵ１２に実行させることで行っても良い。
【００３０】
送受信回路１４と、アンテナ１５とは、受信サーバＳから送信された情報送信要求信号を受信し、また、受信サーバＳへの単位信号を送信する。この単位信号は、一例としてトーン信号であって、周波数情報に含まれる周波数を有し、かつ、時間情報に含まれる各時刻に送信される。
【００３１】
図２Ｃは、本発明による受信サーバＳの構成の一例を示すブロック回路図である。図２Ｃに示した受信サーバＳの構成要素について説明する。図２Ｃに示した受信サーバＳは、バス３１と、ＣＰＵ３２と、メモリ３３と、送受信回路３４と、アンテナ３５と、出力回路３６と、復元回路３７とを具備している。メモリ３３は、プログラム３３１と、データ３３２と、データベース３３３とを格納している。ただし、後述するように、復元回路３７は、ＣＰＵ３２と、メモリ３３と、ＣＰＵ３２がメモリ３３から読み出して実行するプログラム３３１とで代用可能な場合があり、その場合は省略可能であるものとする。なお、このプログラム３３１は、これを格納する所定の記録媒体からメモリ３３にコピーまたはインストールしてから受信サーバＳに実行させても良い。また、この所定の記録媒体は、例えばＣＤ−ＲＯＭなどの非一過性の記録媒体であっても良い。
【００３２】
図２Ｃに示した受信サーバＳの構成要素の接続関係について説明する。アンテナ３５は、送受信回路３４に接続されている。バス３１は、ＣＰＵ３２と、メモリ３３と、送受信回路３４と、出力回路３６と、復元回路３７とに接続されている。
【００３３】
図２Ｃに示した受信サーバＳの構成要素の動作について概略的に説明する。バス３１は、接続された各構成要素の間で信号の送受信を可能にする。メモリ３３は、各種のデータ３３２やプログラム３３１を入力、記憶、出力し、センサノードＳＮから受信した受信信号をデータベース３３３に格納する。ＣＰＵ３２は、メモリ３３に記憶された各種のプログラム３３１を実行し、メモリ３３に記憶されたデータ３３２およびデータベース３３３の内容を用いて演算し、演算の結果をメモリ３３のデータ３３２またはデータベース３３３に格納する。
【００３４】
送受信回路３４は、全てのセンサノードＳＮに向けて情報送信要求信号を送信し、また、これらのセンサノードＳＮから送信された単位信号が無線空間で合成された受信信号を受信する。
【００３５】
復元回路３７は、受信信号を解析して、周波数軸マッピングおよび時間軸マッピングをされる前の観測情報および位置情報を復元する。この復元動作は、復元回路３７の代わりに、この復元動作をＣＰＵ３２に実行させるプログラム３３１をメモリ３３に記録しておき、ＣＰＵ３２と、メモリ３３とを用いて行っても良い。
【００３６】
出力回路３６は、復元された観測情報および位置情報を出力する。この出力回路３６は、例えば、復元された情報を視覚的に出力するディスプレイや印刷装置であっても良いが、これらはあくまでも一例であって、本発明を限定するものではない。
【００３７】
図３は、本発明の無線センサネットワークシステムを用いた情報一括収集方法における処理の流れを示すフローチャートである。図３を参照して、本発明の無線センサネットワークシステムの動作、すなわち本発明の情報一括収集方法について説明する。
【００３８】
図３に示したフローチャートは、第１のステップＳ１〜第１１のステップＳ１１を含んでいる。以下、図３に示したフローチャートの各ステップを実行する一例について説明する。
【００３９】
図３に示したフローチャートを実行する前に、無線センサネットワークシステムの初期状態を整える。この例では、受信サーバＳが情報収集回数ｎｇの値を１にリセットする。情報収集回数ｎｇとは、その情報収集が何度目かを示す変数であり、一例としてここではその値を、情報収集を行うたびに１つずつ増加する。リセットされた情報収集回数ｎｇは、メモリ３３に格納される。その後、受信サーバＳでは第１のステップＳ１が実行される。
【００４０】
第１のステップＳ１において、受信サーバＳは、複数の端末ＳＮの全てに向けて、情報送信要求信号を一斉送信する。情報送信要求信号は、コード番号として、この例ではメモリ３３から読みだされた情報収集回数ｎｇの値を含んでいる。なお、情報収集回数ｎｇの値が情報送信要求信号に含まれる形式には特段の制限は無く、例えば、任意の変換方式に従って得られる波形や周波数などの形式を有していても良い。また、情報送信要求信号のコード番号は、情報収集回数ｎｇに限定されず、例えば、所定のテーブルに順番があらかじめ定義された任意の数列などを用いても良い。第１のステップＳ１の次に、複数のセンサノードＳＮでは第２のステップＳ２が実行される。
【００４１】
第２のステップＳ２において、複数のセンサノードＳＮは、それぞれに、情報送信要求信号を受信する。情報送信要求信号を受信した複数のセンサノードＳＮのそれぞれは、情報送信要求信号が有する周波数と、情報送信要求信号を受信した時刻と、情報送信要求信号に含まれるコード番号としての情報収集回数ｎｇとを、受信サーバＳが用いた変換方式の逆変換などによって取得して、それぞれのメモリ１３に格納する。言い換えれば、複数のセンサノードＳＮは、互いに独立していながら、同じ情報送信要求信号を受信することによって、周波数と、時間と、コード番号とを同期することが出来る。厳密には、受信サーバＳからの距離や電波状況などに応じて、それぞれのセンサノードＳＮが情報送信要求信号を受信するタイミングに誤差が発生し得るが、全てのセンサノードＳＮが分布する現実的な範囲を考慮すれば、このような誤差は十分に無視できる。
【００４２】
なお、電波環境をはじめとする種々の理由によって、センサノードＳＮの一部が情報送信要求信号を受信出来ない場合もある。情報送信要求信号を受信出来なかったセンサノードＳＮは以降各ステップの動作を行なわず、その後の情報送信要求信号を受信するまでは事実上の待機状態になる。第２のステップＳ２の次に、情報送信要求信号を受信出来た複数のセンサノードＳＮでは第３のステップＳ３が実行される。
【００４３】
第３のステップＳ３において、複数のセンサノードＳＮは、それぞれに独立して、自身の位置情報と、所定の観測対象とを測定し、これらの測定結果の組み合わせを複数の無線物理量の組み合わせに変換する。
【００４４】
位置情報および観測対象の測定は、情報送信要求信号に応じて行うことが好ましい。例えば、情報送信要求信号を受信してから測定を開始しても良い。または、常時定期的に測定を継続しながら、情報送信要求信号を受信した直前の測定結果を採用しても良い。この意味において、複数のセンサノードＳＮのそれぞれによる各種の測定は、厳密には第３のステップＳ３とは独立したタイミングで、待機状態の期間も含めて、いつ行われていても良い。また、いずれの場合も、位置情報および観測対象の測定結果は、それぞれのセンサノードＳＮにおいてメモリ１３に一旦格納されても良い。
【００４５】
複数のセンサノードＳＮのそれぞれは、時間軸マッピング回路１８および周波数軸マッピング回路１９を用いて、スカラー量である観測対象の測定結果と、２軸座標である位置情報の測定結果とを、最後に受信した情報収集回数ｎｇの値に応じて、複数の無線物理量の組み合わせに変換する。この変換方式を、ここでは「無線物理量変換」と呼び、その詳細については後述するが、この例では結果として１つの周波数および２つの時刻の組み合わせが得られる。ここで、無線物理量変換の結果として得られる周波数および時刻の総数は、あくまでも一例であって本願を限定するものではなく、適用される場面に応じて適宜に変更することも可能である。第３のステップＳ３の次に、複数のセンサノードＳＮでは第４のステップＳ４が実行される。
【００４６】
第４のステップＳ４において、複数のセンサノードＳＮのそれぞれは、第２のステップＳ２で得られた組み合わせに含まれる無線物理量に基づいて単位信号を受信サーバＳに向けて送信する。この例では、それぞれのセンサノードＳＮが、変換によって得られた２つの時刻において、変換によって得られた周波数を有する単位信号を、受信サーバＳに向けて送信する。言い換えれば、この例では、それぞれのセンサノードＳＮが、同じ周波数を有する単位信号を、受信サーバＳに向けて２回送信する。第４のステップＳ４の次に、受信サーバＳでは第５のステップが実行される。
【００４７】
第５のステップＳ５において、受信サーバＳは、複数のセンサノードＳＮから送信された一連の単位信号が無線空間で結合された集合体である受信信号を受信し、それぞれの時刻における周波数成分についてその電力を検出する。また、受信サーバＳは、受信信号またはその電力の検出結果を、情報収集回数ｎｇごとに、データベース３３３に格納する。第５のステップＳ５の次に、受信サーバＳでは、第６のステップＳ６が実行される。
【００４８】
第６のステップＳ６において、受信サーバＳは、第５のステップＳ５で得られた電力検出結果から、共通サブキャリアを判定する。ここで、共通サブキャリアとは、受信信号から位置情報および観測情報の対応関係を推定するために生成する中間データである。第６のステップＳ６の次に、受信サーバＳでは、第７のステップＳ７が実行される。
【００４９】
第７のステップＳ７において、受信サーバＳは、トレーニング期間が完了しているかどうか、すなわち、共通サブキャリアの検出確率を算出するために十分な回数の測定結果をすでに収集出来ているかどうか、を判定する。ここで、共通サブキャリアの検出確率を算出するために使用する収集信号の数を、収集回数閾値Ｎｇと置く。判定の結果、ｎｇ≦Ｎｇが確認された場合（Ｙｅｓ）は、第７のステップＳ７の次に、受信サーバＳでは第８のステップＳ８が実行される。反対に、判定の結果、ｎｇ＞Ｎｇが確認された場合（Ｎｏ）は、受信サーバＳでは第８のステップＳ８〜第１０のステップＳ１０を飛ばして第１１のステップＳ１１が実行される。
【００５０】
第８のステップＳ８において、受信サーバＳは、各セルの共通サブキャリアの検出確率を算出する。ここで、共通サブキャリアの検出確率とは、データベース３３３に累積した過去の受信信号に基づいて得られる、共通サブキャリアごとの信頼性を示す中間データである。第８のステップＳ８の次に、受信サーバＳでは、第９のステップＳ９が実行される。
【００５１】
第９のステップＳ９において、受信サーバＳは、共通サブキャリアの検出確率が高いセルを推定対象として選択する。言い換えれば、全体的な観測情報の推定精度を向上するために、信頼性が比較的低い共通サブキャリアに係るデータを演算の対象から除外する。第９のステップＳ９の次に、受信サーバＳでは、第１０のステップＳ１０が実行される。
【００５２】
第１０のステップＳ１０において、受信サーバＳは、第９のステップＳ９で選択されたセルのみの観測情報を推定する。ここで、受信サーバＳは、観測情報を推定した結果を出力回路３６から出力しても良いし、メモリ３３に格納しても良い。第１０のステップＳ１０の次に、受信サーバＳでは、第１１のステップＳ１１が実行される。
【００５３】
第１１のステップＳ１１において、受信サーバＳは、情報収集回数ｎｇの値を更新する。より具体的には、この例では情報収集回数ｎｇの値を１つ増加するが、これはあくまでも一例であって、増加分の数値は１以外であっても良いし、情報収集回数ｎｇの値を所定のテーブルにしたがって変動しても良い。第１１のステップＳ１１の次に、受信サーバＳは、第１のステップＳ１を実行し、以下繰り返す。
【００５４】
第３のステップＳ３で行われる時間軸マッピング処理について詳細に説明する。
【００５５】
図４は、本願による時間軸マッピング処理の一例を示す図である。図４は、縦４列、横４行、合計１６セルからなる格子と、前半が左から右への横方向、後半が下から上への縦方向に伸びる時間軸とを含んでいる。
【００５６】
図４に示した格子は、本願の無線センサネットワークシステムで観測情報を測定する領域を示している。この例では、この領域は、縦４列、横４行、合計１６のセルに分かれている。通常は、これら１６のセルを縦横の２軸の第１座標および第２座標で表現するが、本願では、この２軸座標を、２つの時刻に変換する。図４に示した例では、左から右に向かって、第０列を時刻ｔ０に対応させ、第１列を時刻ｔ１に対応させ、第２列を時刻ｔ２に対応させ、第３列を時刻ｔ３に対応させる。また、下から上に向かって、第０行を時刻ｔ４に対応させ、第１行を時刻ｔ５に対応させ、第２行を時刻ｔ６に対応させ、第３行を時刻ｔ７に対応させる。
【００５７】
このような対応関係によって、本来は２次元の情報である２軸の座標値を、１次元の情報である時間軸上の２つの時刻に変換する処理を、本願では時間軸マッピング処理と呼ぶ。このような時間軸マッピング処理を行うことで、複数のセンサノードＳＮから受信サーバＳに向けて信号を送信するために必要な合計時間が短縮される。従来技術では、１６のセルにセンサノードが１つずつ配置されていれば、１６のセンサノードが順番に信号の送信を行い、全ての送信が完了するまでに合計１６単位時間が必要となる。本願の時間軸マッピング処理では、同じ列に配置された全てのセンサノードは、その列に対応する時刻に一斉に信号を送信し、また、同じ行に配置された全てのセンサノードも、その行に対応する時刻に一斉に信号を送信するので、全ての送信を合計８単位時間の間に完了出来る。
【００５８】
また、ここでは説明を簡単にするために４列×４行＝１６セルの領域を例に挙げたが、当然ながら、数十列×数十列＝数百〜数千セル、またはそれ以上、のいかなる領域にも適用可能である。そのような場合には、送信時間の短縮率はさらに向上する。ただし、送信時間の短縮と、受信信号から観測情報を推定する精度の向上とは、トレードオフの関係にある。
【００５９】
なお、以上はあくまでも一例であって、他にも、２軸の座標値の片方と、別の観測情報との組み合わせを、時間軸上の２つの時刻に変換しても良い。
【００６０】
第３のステップＳ３で行われる周波数軸マッピングと、続く第４のステップＳ４で行われる単位信号の送信とについて、詳細に説明する。本発明では、複数のセンサノードＳＮの各々から受信サーバＳに向けて送信される単位信号の周波数を、予め用意した複数の観測値と周波数とのマッピングに基づき、そのセンサノードＳＮでの観測値に応じて割り当てる。より具体的には、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式を用いて、観測値に応じたサブキャリア周波数の単位信号が割り当てられる。ＯＦＤＭ方式では、あるサブキャリアの中心周波数付近で信号が強くなるが、他のサブキャリアの中心周波数付近では強度がゼロなので、同時刻に各センサノードＳＮから受信された複数のサブキャリア周波数の単位信号をサブキャリアごとに容易に分離することが可能となる。なお、本実施形態では、観測値とサブキャリア周波数は１対１で対応づけがなされていることを前提とする。したがって、同じ時間タイミングに各センサノードＳＮは、その観測値に対応する１つのサブキャリア周波数に変換を行う。これに対して、１つの観測値に対して複数のサブキャリア周波数を割り当てるようにマッピングを行ってもよい。この場合、同じ時間タイミングに各センサノードＳＮは、その観測値に対応する複数のサブキャリア周波数に変換を行う。
【００６１】
このような周波数軸マッピングは、例えば、再表２００９−０８４４６４号公報に記載の「無線通信方法、無線通信装置、無線通信用プログラムおよび無線通信システム」に係る発明でも使用されている。
【００６２】
図５Ａは、本発明による周波数軸マッピングの原理を概略的に示す図である。図５Ａは、観測値を示す第１の軸と、サブキャリア周波数番号を示す第２の軸とが示されている。
【００６３】
まず、観測値をｋと置き、観測範囲の最小値をＫｍｉｎと置き、同じく最大値をＫｍａｘと置き、中心値をＫｍｉｄと置く。ここで、観測範囲中心値Ｋｍｉｄは、観測範囲の最大値および最小値の中心値であり、次の式で定義されるものとする。
Ｋｍｉｄ＝（Ｋｍａｘ＋Ｋｍｉｎ）／２
【００６４】
なお、観測範囲の幅の半分の値Ｗは、以下のように定義される。
Ｗ＝（Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ）／２
【００６５】
次に、サブキャリア周波数番号をｎＣと置き、サブキャリア周波数番号の最小値をＮｍｉｎと置き、同じく最大値をＮｍａｘと置き、中心値をＮｍｉｄと置く。ここで、サブキャリア周波数中心番号Ｎｍｉｄは、サブキャリア周波数番号の最大値と、最小値との中心値であり、次の式で定義されるものとする。
Ｎｍｉｄ＝（Ｎｍａｘ＋Ｎｍｉｎ）／２
【００６６】
なお、このようなサブキャリア周波数中心番号Ｎｍｉｄが存在するためには、サブキャリアの総数は奇数である必要があり、以下のように定義される整数Ａが存在するものとする。
Ｎｍａｘ−Ｎｍｉｎ＝２Ｗ／Ａ
【００６７】
周波数軸マッピングの具体的な計算方法について説明する。観測値ｋが観測範囲最小値Ｋｍｉｎ以下であれば、サブキャリア周波数最小番号Ｎｍｉｎを割り当てる。同様に、観測値ｋが観測範囲最大値Ｋｍａｘ以上であれば、サブキャリア周波数最大番号Ｎｍａｘを割り当てる。
【００６８】
観測値ｋが上記以外の、すなわち
Ｋｍｉｎ＜ｋ＜Ｋｍａｘ
の場合は、観測値ｋを整数２Ａで刻んでサブキャリア周波数番号ｎＣに割り当てる。このとき、割り当てられるサブキャリア周波数番号ｎＣは以下の式で算出される。
【数１】
2015133676.tif 000003
すなわち、観測値ｋと、観測範囲中心値Ｋｍｉｄとの差を、整数２Ａの逆数で離散化し、小数点以下を切り捨てた上で、対応するサブキャリア周波数番号ｎＣと、サブキャリア周波数中心番号Ｎｍｉｄとの差に置き換えることが出来る。
【００６９】
図５Ｂは、本発明による周波数軸マッピングの具体例を示す図である。この例では、温度を２０〜３０°Ｃの範囲で測定し、サブキャリア周波数番号０〜１００番の範囲でマッピングする。図５Ａに対応させて考えると、
Ｋｍｉｎ＝２０
Ｋｍａｘ＝３０
Ｋｍｉｄ＝２５
Ｗ＝５
Ｎｍｉｎ＝０
Ｎｍａｘ＝１００
Ｎｍｉｄ＝５０
Ａ＝５０
となり、より具体的には、周波数軸マッピングは以下の式を演算することに等しくなる。
【数２】
2015133676.tif 000004
【００７０】
表１は、上記のマッピング方法を用いて、６つのセンサノードで取得された観測情報から周波数サブキャリア番号を算出した例を示す。
【表１】
2015133676.tif 000005
表１の例において、第１のセンサノードが観測した温度は２０．０°Ｃだったので、０番のサブキャリア周波数が割り当てられる。同様に、第２のセンサノードが観測した温度は１８．９°Ｃだったので、０番のサブキャリア周波数が割り当てられる。第３のセンサノードが観測した温度は２３．４°Ｃだったので、３４番のサブキャリア周波数が割り当てられる。第４のセンサノードが観測した温度は２８．２°Ｃだったので、８２番のサブキャリア周波数が割り当てられる。第５のセンサノードが観測した温度は３０．１°Ｃだったので、１００番のサブキャリア周波数が割り当てられる。第６のセンサノードが観測した温度は３１．３°Ｃだったので、１００番のサブキャリア周波数が割り当てられる。
【００７１】
ここまでは、前回特許文献２記載の発明でも提案したとおりであるが、本願発明では、さらに、周波数軸シフト回路１９１を用いて、変換前の観測値と、変換後の周波数との対応関係を、情報収集回数ｎｇに応じて変動させる周波数軸シフト処理を行う。また、本実施形態では、さらに、変換前の観測値と、変換後の周波数との対応関係を、センサノードＳＮの観測位置情報にも応じて変動させている。
【００７２】
周波数軸シフト回路１９１が行う周波数軸シフト処理について説明する。ここでは、一例として、まず、センサノードＳＮごとに、その観測位置情報である第１座標値ｘおよび第２座標値ｙのどちらか一方または両方と、情報収集回数ｎｇとに応じて、シフト量ｎｓｈｉｆｔを算出する。この例では、第１座標値ｘだけを用いて、以下のような変換式を利用する。
ｎｓｈｉｆｔ＝ｘ×（ｎｇ−１）
【００７３】
次に、変換前の観測値と、変換後の周波数との対応関係を、算出されたシフト量ｎｓｈｉｆｔに応じてずらす。この例では、以下のような変換式を利用する。
ｎ’ｃａｒ＝（ｎｃａｒ＋ｎｓｈｉｆｔ）  ｍｏｄ  Ｎｃａｒ
ここで、「ｎ’ｃａｒ」はシフト後の周波数サブキャリア番号を示し、「ｎｃａｒ」はシフト前の周波数サブキャリア番号を示し、「Ｎｃａｒ」は周波数軸マッピングに使用する周波数サブキャリアの総数を示す。また、「ｍｏｄ」はモジュロ計算を意味する記号である。
【００７４】
以上に説明した周波数軸シフト処理を導入した本願の周波数マッピング処理について、具体例を用いてさらに詳細に説明する。
【００７５】
図６Ａは、本願の周波数軸シフト処理の一例について、第１の状態を示す図である。図６Ａに示した例では、第１のセンサノードＡ〜第７のセンサノードＧが、縦４列×横４行の合計１６セルに配置されている。第１のセンサノードＡは、縦第０列、横第３行のセルに配置されており、観測値は「１」である。第２のセンサノードＢは、縦第２列、横第３行のセルに配置されており、観測値は「１」である。第３のセンサノードＣは、縦第１列、横第２行のセルに配置されており、観測値は「２」である。第４のセンサノードＤは、縦第０列、横第１行のセルに配置されており、観測値は「２」である。第５のセンサノードＥは、縦第２列、横第１行のセルに配置されており、観測値は「３」である。第６のセンサノードＦは、縦第２列、横第０行のセルに配置されており、観測値は「４」である。第７のセンサノードＧは、縦第３列、横第０行のセルに配置されており、観測値は「３」である。
【００７６】
この例では、１回目の情報収集において、すなわち情報収集回数ｎｇ＝１の場合に、シフト量ｎｓｈｉｆｔは常に０となり、したがって周波数軸シフト処理は行わなかった場合と同じ結果が得られる。各センサノードにおいて、観測値から周波数マッピング処理によって得られる周波数サブキャリア番号は、表２に示すとおりである。表２において、網掛け線で強調した部分は、実際に送信される信号に含まれる周波数成分を示している。
【００７７】
【表２】
2015133676.tif 000006
【００７８】
図６Ａおよび表２に示したように、情報収集回数ｎｇ＝１の場合には、時刻ｔ０において、第１のセンサノードＡは観測値「１」に対応する周波数ｆ１を有する単位信号を送信し、第４のセンサノードＤは観測値「２」に対応する周波数ｆ２を有する単位信号を送信する。時刻ｔ１において、第３のセンサノードＣは観測値「２」に対応する周波数ｆ２を有する単位信号を送信する。時刻ｔ２において、第２のセンサノードＢは観測値「１」に対応する周波数ｆ１を有する単位信号を送信し、第５のセンサノードＥは観測値「３」に対応する周波数ｆ３を有する単位信号を送信し、第６のセンサノードＦは観測値「４」に対応する周波数ｆ４を有する単位信号を送信する。時刻ｔ３において、第７のセンサノードＧは観測値「３」に対応する周波数ｆ３を有する単位信号を送信する。
【００７９】
さらに、時刻ｔ４において、第６のセンサノードＦは観測値「４」に対応する周波数ｆ４を有する単位信号を送信し、第７のセンサノードＧは観測値「３」に対応する周波数ｆ３を有する単位信号を送信する。時刻ｔ５において、第４のセンサノードＤは観測値「２」に対応する周波数ｆ２を有する単位信号を送信し、第５のセンサノードＥは観測値「３」に対応する周波数ｆ３を有する単位信号を送信する。時刻ｔ６において、第３のセンサノードＣは観測値「２」に対応する周波数ｆ２を有する単位信号を送信する。時刻ｔ７において、第１のセンサノードＡは観測値「１」に対応する周波数ｆ１を有する単位信号を送信し、第２のセンサノードＢは観測値「１」に対応する周波数ｆ１を有する単位信号を送信する。
【００８０】
本発明によれば、上記のように、観測情報をサブキャリア周波数に変換し、観測位置情報を送信タイミングに変換して送信を行うことにより、従来技術におけるパケットを用いた送信方法と比べて、きわめて高速な送信が可能になる。これは、センサノード数が多い場合に特に顕著となる。例えば、センサノード数を２５００とすると、従来のＺｉｇＢｅｅに準拠した送信方法の場合、観測情報と観測位置情報を含みうる最小のパケットサイズ（例えば、１２７バイト＝１０１６ビット）、パケット送信速度を２５０キロビット毎秒とし、各センサノードからのパケットの衝突が一切発生しない理想的な環境を想定したとしても、全ノードの情報の送信に１０秒程度要する。一方、本発明の送信方法の場合、１回の送信タイミングを表す１スロットを、一般的な無線ＬＡＮの１０倍程度の余裕を見て４０マイクロ秒とし、１グループに１セル（すなわち、上記α＝１）として、送信タイミングが一切集約されずに各ノードの情報が送信される（すなわち２５００回の送信が行われる）としても、１００ミリ秒程度で済む。
【００８１】
図６Ｂは、本願の周波数軸シフト処理の一例について、第２の状態を示す図である。図６Ｂにおける第１のセンサノードＡ〜第７のセンサノードＧの配置は、図６Ａの場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。図６Ｂは、２回目の情報収集において、すなわち情報収集回数ｎｇ＝２の場合を示している。このとき、シフト量ｎｓｈｉｆｔは、横軸の座標値ｘに応じて算出されて、その結果は表３に示すとおりである。表３において、網掛け線で強調した部分は、実際に送信される信号に含まれる周波数成分を示している。一例として、第２のセンサノードＢでは、横軸座標ｘの値が２であるので、観測値「１」に対応付けられる周波数が、表２に示したｆ１からｆ３に、２サブキャリアだけシフトされている。同様に、第７のセンサノードＧでは、横軸座標ｘの値が３であるので、観測値「３」に対応付けられる周波数が、表２に示したｆ３からｆ１に、−２サブキャリアだけ、すなわちモジュロ５で３サブキャリアだけ、シフトされている。
【００８２】
【表３】
2015133676.tif 000007
【００８３】
図６Ｂおよび表３に示したように、情報収集回数ｎｇ＝２の場合には、時刻ｔ０において、第１のセンサノードＡは観測値「１」に対応する周波数ｆ１を有する単位信号を送信し、第４のセンサノードＤは観測値「２」に対応する周波数ｆ２を有する単位信号を送信する。時刻ｔ１において、第３のセンサノードＣは観測値「２」に対応する周波数ｆ３を有する単位信号を送信する。時刻ｔ２において、第２のセンサノードＢは観測値「１」に対応する周波数ｆ３を有する単位信号を送信し、第５のセンサノードＥは観測値「３」に対応する周波数ｆ５を有する単位信号を送信し、第６のセンサノードＦは観測値「４」に対応する周波数ｆ１を有する単位信号を送信する。時刻ｔ３において、第７のセンサノードＧは観測値「３」に対応する周波数ｆ１を有する単位信号を送信する。
【００８４】
さらに、時刻ｔ４において、第６のセンサノードＦは観測値「４」に対応する周波数ｆ１を有する単位信号を送信し、第７のセンサノードＧは観測値「３」に対応する周波数ｆ１を有する単位信号を送信する。時刻ｔ５において、第４のセンサノードＤは観測値「２」に対応する周波数ｆ２を有する単位信号を送信し、第５のセンサノードＥは観測値「３」に対応する周波数ｆ５を有する単位信号を送信する。時刻ｔ６において、第３のセンサノードＣは観測値「２」に対応する周波数ｆ３を有する単位信号を送信する。時刻ｔ７において、第１のセンサノードＡは観測値「１」に対応する周波数ｆ１を有する単位信号を送信し、第２のセンサノードＢは観測値「１」に対応する周波数ｆ３を有する単位信号を送信する。
【００８５】
図６Ｃは、本願の周波数軸シフト処理の一例について、第３の状態を示す図である。図６Ｃにおける第１のセンサノードＡ〜第７のセンサノードＧの配置は、図６Ａおよび図７Ａの場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。図６Ｃは、３回目の情報収集において、すなわち情報収集回数ｎｇ＝３の場合を示している。このとき、シフト量ｎｓｈｉｆｔは、横軸の座標値ｘに応じて算出されて、その結果は表４に示すとおりである。表４において、網掛け線で強調した部分は、実際に送信される信号に含まれる周波数成分を示している。一例として、第２のセンサノードＢでは、横軸座標ｘの値が２であるので、観測値「１」に対応付けられる周波数が、表２に示したｆ１からｆ５に、４サブキャリアだけシフトされている。同様に、第７のセンサノードＧでは、横軸座標ｘの値が３であるので、観測値「３」に対応付けられる周波数が、表２に示したｆ３からｆ４に、１サブキャリアだけ、すなわちモジュロ５で６サブキャリアだけ、シフトされている。
【００８６】
【表４】
2015133676.tif 000008
【００８７】
図６Ｃおよび表４に示したように、情報収集回数ｎｇ＝３の場合には、時刻ｔ０において、第１のセンサノードＡは観測値「１」に対応する周波数ｆ１を有する単位信号を送信し、第４のセンサノードＤは観測値「２」に対応する周波数ｆ２を有する単位信号を送信する。時刻ｔ１において、第３のセンサノードＣは観測値「２」に対応する周波数ｆ４を有する単位信号を送信する。時刻ｔ２において、第２のセンサノードＢは観測値「１」に対応する周波数ｆ５を有する単位信号を送信し、第５のセンサノードＥは観測値「３」に対応する周波数ｆ２を有する単位信号を送信し、第６のセンサノードＦは観測値「４」に対応する周波数ｆ３を有する単位信号を送信する。時刻ｔ３において、第７のセンサノードＧは観測値「３」に対応する周波数ｆ４を有する単位信号を送信する。
【００８８】
さらに、時刻ｔ４において、第６のセンサノードＦは観測値「４」に対応する周波数ｆ３を有する単位信号を送信し、第７のセンサノードＧは観測値「３」に対応する周波数ｆ４を有する単位信号を送信する。時刻ｔ５において、第４のセンサノードＤは観測値「２」に対応する周波数ｆ２を有する単位信号を送信し、第５のセンサノードＥは観測値「３」に対応する周波数ｆ２を有する単位信号を送信する。時刻ｔ６において、第３のセンサノードＣは観測値「２」に対応する周波数ｆ４を有する単位信号を送信する。時刻ｔ７において、第１のセンサノードＡは観測値「１」に対応する周波数ｆ１を有する単位信号を送信し、第２のセンサノードＢは観測値「１」に対応する周波数ｆ５を有する単位信号を送信する。
【００８９】
このように、本願発明による周波数軸シフト処理を導入した周波数軸マッピング処理によれば、情報収集回数ｎｇの値を、情報送信要求信号を送信する度に変更することによって、情報収集の各回においてセンサノードでの観測情報が同じであったとしても、異なる受信信号を生成することが可能となる。
【００９０】
第５のステップＳ５で行われる、単位信号の集合体の受信およびその電力検出について詳細に説明する。受信サーバＳは、単位信号を受信する時刻毎に、かつ、サブキャリア周波数毎に、受信した単位信号の電力を検出し、所定の閾値と比較し、有効な単位信号と、無効な単位信号とを選別する。有効と選別された単位信号は、受信サーバＳのデータベース３３３などに格納される。
【００９１】
第６のステップＳ６で行われる共通サブキャリアの判定について、より詳細に説明する。
【００９２】
図７Ａは、図６Ａに示した第１の状態から得られる共通サブキャリアの一例を示す図である。図７Ａは、図６Ａの場合と同様に、縦４列、横４行、合計１６のセルからなる格子を示している。図７Ａに示した１６のセルは、センサノードから送信された観測情報を受信サーバＳが推定するために生成する中間データを示している。
【００９３】
図７Ａに示した１６のセルのうち、一番左、かつ、一番上のセルに注目する。図６Ａに示したとおり、このセルには時刻ｔ０と、時刻ｔ７とが対応している。そして、受信サーバＳは、時刻ｔ０には周波数成分としてｆ１およびｆ２だけを含む単位信号を受信しており、また、時刻ｔ７にはｆ１だけを含む単位信号を受信している。これらの事実から、受信サーバＳの復元回路３７は、両時刻に共通して受信した周波数成分、すなわち共通サブキャリア周波数であるｆ１が、このセルから送信されたと推定する。実際、このセルには第１のセンサノードＡが配置されており、かつ、第１のセンサノードＡは周波数ｆ１に変換された観測値「１」を測定しているので、受信サーバＳの復元回路３７による上記の推定は正しい観測情報に到達している。
【００９４】
次に、図７Ａに示した１６のセルのうち、左から２番目、かつ、上から３番目の、太枠で示したセルに注目する。図６Ａに示したとおり、このセルには時刻ｔ１と、時刻ｔ５とが対応している。そして、受信サーバＳは、時刻ｔ１には周波数成分としてｆ２だけを含む単位信号を受信しており、また、時刻ｔ５にはｆ２およびｆ３だけを含む単位信号を受信している。これらの事実から、受信サーバの復元回路３７は、共通サブキャリア周波数であるｆ２がこのセルから送信されたと推定する。しかし、実際にはこのセルにはセンサノードが配置されておらず、受信サーバＳの復元回路３７は存在しない観測情報を検出してしまっている。
【００９５】
また、図７Ａに示した１６のセルのうち、左から３番目、且つ、一番下のセルに注目する。図６Ａに示したとおり、このセルには時刻ｔ２と、時刻ｔ４とが対応している。そして、受信サーバＳは、時刻ｔ２には周波数成分としてｆ１、ｆ３およびｆ４だけを含む単位信号を受信しており、また、時刻ｔ４にはｆ３およびｆ４だけを含む単位信号を受信している。これらの事実化は、受信サーバＳの復元回路３７は、共通サブキャリア周波数であるｆ３およびｆ４の両方が、このセルから送信されたと推定する。しかし、実際には、このセルには第６のセンサノードＦが配置されており、第６のセンサノードＦは周波数ｆ４に変換された観測値「４」だけを測定している。このように、受信サーバＳの復元回路３７は、部分的に正しく、部分的に誤った観測情報を検出してしまっている。
【００９６】
図７Ａに示した例では、その他、薄い網掛け線で示したセルでは正しい観測情報を検出しており、濃い網掛け線で示したセルでは存在しない観測情報を検出している。第６のステップＳ６の段階では、検出した観測情報の正誤に関係無く、図７Ａに示した共通サブキャリアの情報を、情報収集回数ｎｇ＝１の値に対応付けて、受信サーバＳのデータベース３３３に格納する。
【００９７】
図７Ｂは、図６Ｂに示した第２の状態から得られる共通サブキャリアの一例を示す図である。図７Ｂに示した、情報収集回数ｎｇ＝２の場合も、図７Ａに示した、情報収集回数ｎｇ＝１の場合と同様に、薄い網掛け線で示したセルでは正しい観測情報を検出しており、濃い網掛け線で示したセルでは存在しない観測情報を検出している。ここでも、検出した観測情報の正誤に関係無く、図７Ａに示した共通サブキャリアの情報を、情報収集回数ｎｇ＝２の値に対応付けて、受信サーバＳのデータベース３３３に格納する。
【００９８】
図７Ｃは、図６Ｃに示した第３の状態から得られる共通サブキャリアの一例を示す図である。図７Ｃに示した、情報収集回数ｎｇ＝３の場合も、図７Ａに示した、情報収集回数ｎｇ＝１の場合と同様に、薄い網掛け線で示したセルでは正しい観測情報を検出しており、濃い網掛け線で示したセルでは存在しない観測情報を検出している。ここでも、検出した観測情報の正誤に関係無く、図７Ａに示した共通サブキャリアの情報を、情報収集回数ｎｇ＝３の値に対応付けて、受信サーバＳのデータベース３３３に格納する。
【００９９】
ただし、正しい観測情報を検出たセルの配置が、図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃでほぼ一致しているのに対して、存在しない観測情報を検出したセルとの配置が、図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃではそれぞれ異なる。これは、本願による周波数軸シフト処理による効果である。
【０１００】
第８のステップＳ８で行われる共通サブキャリアの検出確率を算出することについて詳細に説明する。第７のステップＳ７で情報収集回数ｎｇが収集回数閾値Ｎｇに達した際、すなわち、第６のステップＳ６で得られた共通サブキャリアに関する中間データが十分に蓄積された際に、受信サーバＳの復元回路３７は、セルごとに共通サブキャリアが検出された確率を算出する。言い換えれば、情報収集回数ｎｇが収集回数閾値Ｎｇ未満である間は、推定精度を上げるためのトレーニング期間であり、推定動作を開始しない。
【０１０１】
この例では、収集回数閾値Ｎｇの値を３と置く。なお、本願発明者は、縦４００列、横４００行、合計１６万セルの大規模な領域の半分程度にセンサノードをランダムに配置した場合でも、収集回数閾値Ｎｇの値は４程度で実用的な推定結果が得られることを確認した。
【０１０２】
図８は、図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃに示した例による共通サブキャリアの検出確率を示す図である。図８も、縦４列、横４行、合計１６のセルからなる格子を示している。図８に示した１６のセルは、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃに示した１６のセルにそれぞれ対応している。１６のセルのそれぞれについて、受信サーバＳの復元回路３７は、第６のステップＳ６で共通サブキャリアが検出されたか否かについて、データベース３３３に蓄積されたデータを読み取り、検出された確率を算出する。この例では、各セルにおいて共通サブキャリアが検出された確率として、０、１／３、２／３または１の合計４種類のいずれかが算出されている。
【０１０３】
第９のステップＳ９で行われるセルの選択について詳細に説明する。この例では、検出確率閾値を１と置く。すなわち、図８に示した１６のセルのうち、共通サブキャリアが検出された確率が１未満であったセルについては、第６のステップＳ６において正しい観測情報が検出されていないと推定して、今後の復元処理から除外する。図８の場合は、検出確率が１に等しいセルに注目すると、実際に第１のセンサノードＡ〜第７のセンサノードＧが配置されているセルに一致する。また、検出確率が１未満のセルに注目すると、実際にセンサノードが配置されていないセルに一致する。
【０１０４】
ただし、電波環境などの影響により、実際にはセンサノードが配置されているセルでも共通サブキャリアの検出確率が１に達しない場合も十分考えられる。そこで、本願の無線センサネットワークシステムおよび情報一括収集方法を実際に運用する諸条件に合わせて、検出確率閾値を適宜に調節することが望ましい。なお、このような調節を適宜に行うことで、複数のセンサノードＳＮの一部がセルを跨いで移動したり、途中で動作を停止したり、反対に途中から動作を開始した場合に、そのようなイレギュラーなセンサノードから送信された単位信号を、受信サーバＳによる推定処理から除外することも可能となる。
【０１０５】
第１０のステップＳ１０で行われる観測情報の推定について詳細に説明する。この例では、情報収集回数ｎｇ＝収集回数閾値ｎｇ＝３の場合について説明する。第６のステップＳ６で検出してデータベース３３３に蓄積した共通サブキャリア情報のうち、最新のもの、すなわち図７Ｃに示した共通サブキャリア情報に注目する。ここから、第９のステップＳ９で検出確率閾値に届かなかったセルを除外する。
【０１０６】
図９Ａは、図７Ｃに示した共通サブキャリアから、図８に示した検出確率が検出確率閾値に届かなかったセルを除外した状態を示す図である。この例では、左から２列目、かつ、一番下の行のセルと、一番右の列、且つ、上から２番目の行のセルとが除外されていることを、「×」印で示している。
【０１０７】
図９Ｂは、図９Ａから、除外されずに残った共通サブキャリアを抜き出した状態を示す図である。
【０１０８】
その後、除外されずに残ったセルの共通サブキャリア、すなわち実際に存在するセンサノードから送信されたと推定される共通サブキャリアについて、受信サーバＳの復元回路３７は、周波数軸シフト処理の逆変換を行うことで、周波数軸シフト処理を行う前のサブキャリア周波数を算出する。この逆変換は、例えば、以下の逆変換式を用いて行う。
ｎｃｏｍ＝（ｎ’ｃｏｍ−ｎｓｈｉｆｔ）  ｍｏｄ  Ｎｃａｒ
ここで、「ｎｃｏｍ」は逆変換後の共通サブキャリアを示し、「ｎ’ｃｏｍ」は逆変換前の共通サブキャリアを示す。
【０１０９】
図９Ｃは、図９Ｂで抜き出された共通サブキャリアに対して、周波数軸シフト処理の逆変換を行った結果の一例を示す図である。
【０１１０】
最後に、周波数軸シフト処理の逆変換を行った結果として得られる共通サブキャリアに対して、周波数軸マッピング処理の逆変換を行って、周波数軸マッピング処理を行う前の観測情報を推定する。この逆変換は、例えば、以下の逆変換式を用いて行う。
ｋｅｓｔ（ｘ，ｙ）＝Ａ×ｎｃｏｍ−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ここで、「ｋｅｓｔ」は座標（ｘ，ｙ）のセルで測定された観測値を受信サーバＳで推定した値を示し、「Ａ」は観測値の刻み幅を示し、「Ｗ」は観測値の下限から上限までの幅の半値を示し、「Ｋｍｉｄ」は観測値の中央値を示している。なお、刻み幅Ａと、半値Ｗと、中央値Ｋｍｉｄについては、受信サーバＳのデータ３３２と、各センサノードＳＮのデータ１３２とに、予め記憶されている。
【０１１１】
図９Ｄは、図９Ｃに示した共通サブキャリアに対して周波数軸マッピング処理の逆変換を行った結果の一例を示す図である。この例では、受信サーバＳによる推定結果が図６Ｃに示した各セルの観測値に一致していることが確認できる。
【０１１２】
以上に説明したように、本願発明による無線センサネットワークシステムおよびこれを利用した情報一括収集方法は、時間軸マッピングおよび周波数軸マッピングによってセンサノードＳＮから受信サーバＳへの信号送信に必要な時間を大幅に短縮しながら、周波数軸シフトおよび過去の受信信号の蓄積によって推定精度の向上を実現する。
【０１１３】
なお、本願発明による無線センサネットワークシステムおよび情報一括収集方法では、受信サーバＳも、複数のセンサノードＳＮのそれぞれも、使用者に至るまで、複数のセンサノードＳＮの総数も、どのセルにセンサノードＳＮが配置されているのかも、知る必要が無いので、自由度の高い運用が可能であるとも言える。
【０１１４】
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、各セルに高々１つのセンサノードしか配置されていないことを前提に、検出確率が高い共通サブキャリアの選択と、観測情報の推定とを行った。しかし、実際の運用では、同じセルに複数のセンサノードが存在したり、一部のセンサノードがセルを跨いで移動したり、一部のセンサノードが一連の情報収集の途中で受信サーバとの通信が途絶えたり、などの様々なイレギュラーが考えられる。そこで、第１の実施形態で行った各処理に、特許文献２で提案した判定、推定、補間などの各動作を組み合わせることで、さらなる推定精度の向上が可能となる。
【０１１５】
図１０Ａは、複数のセンサノードが送信する複数の単位信号が有する周波数の一例を示す分布図である。本実施形態では、例として縦３列、横３行の合計９セルの領域に複数のセンサノードを配置した場合について説明する。
【０１１６】
本実施形態では、第１の実施形態における第８のステップＳ８と組み合わせて、またはその代わりに、共通するサブキャリア周波数の存在判定を行う。また、本実施形態では、前提条件として、１つのセルＣに配置されたセンサノードＳＮは１個以下で、かつ、受信サーバＳはこの配置を把握していないものとする。
【０１１７】
図１０Ｂは、図１０Ａの例に基づいて行った、共通するサブキャリア周波数の存在判定の結果を示す判定図である。図１０Ｂの判定図は、図１０Ａの分布図と同じ９つのセルＣを表しており、横軸に時刻ｔ０〜ｔ２が、縦軸に時刻ｔ３〜ｔ５が、それぞれ割り当てられている。
【０１１８】
図１０Ｂの、時刻ｔ０と、時刻ｔ５とが交差するセルＣに注目する。受信サーバＳのＣＰＵ３２は、受信結果をまとめた表５を参照し、時刻ｔ０と、時刻ｔ５とで共通するサブキャリア周波数を検索する。共通するサブキャリア周波数は、第１のサブキャリア周波数ｆ１と、第２のサブキャリア周波数ｆ２とであるので、この結果が図１０Ｂの、時刻ｔ０と、時刻ｔ５とが交差するセルＣに対応付けられて、受信サーバＳのメモリ３３に記録される。
【０１１９】
同様に、時刻ｔ１と、時刻ｔ５とが交差するセルＣに対応して、共通するサブキャリア周波数ｆ２およびｆ３が記録される。時刻ｔ２と、時刻ｔ５とが交差するセルＣに対応して、共通するサブキャリア周波数ｆ３が記録される。時刻ｔ０と、時刻ｔ４とが交差するセルＣに対応して、共通するサブキャリア周波数ｆ２が記録される。時刻ｔ１と、時刻ｔ４とが交差するセルＣに対応して、共通するサブキャリア周波数ｆ２およびｆ３が記録される。時刻ｔ２と、時刻ｔ４とが交差するセルＣに対応して、共通するサブキャリア周波数ｆ３が記録される。時刻ｔ１と、時刻ｔ３とが交差するセルＣに対応して、共通するサブキャリア周波数ｆ４が記録される。時刻ｔ２と、時刻ｔ３とが交差するセルＣに対応して、共通するサブキャリア周波数ｆ５が記録される。なお、時刻ｔ０と、時刻ｔ３とが交差するセルＣには共通するサブキャリア周波数が無いので、その記録は空白のままとなる。
【０１２０】
図１０Ｃは、受信信号からの判定結果を示す図１０Ｂのうち、送信信号の分布を示す図１０Ａとの差異を示す比較図である。図１０Ｃでは、実際の分布とは判定結果が異なる４つのセルＣを、不確定領域ＵＺとして示している。ここで、不確定領域ＵＺは、時刻ｔ０および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣと、時刻ｔ１および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣと、時刻ｔ１および時刻ｔ４の組み合わせに対応するセルＣと、時刻ｔ２および時刻ｔ４の組み合わせに対応するセルＣとを含んでいる。
【０１２１】
本実施形態では、それぞれのセルＣについて、判定結果であるサブキャリア周波数を観測情報に逆変換し、複数のサブキャリア周波数が候補として挙がっている場合は逆変換値の平均値を算出して、観測情報の推定値とする。この演算は、以下の式で一般化される。
【数３】
2015133676.tif 000009
ここで、ｘ’は対象となるセルＣの横方向の座標を表し、ｙ’は対象となるセルＣの縦方向の座標を表し、ｋｅｓｔは座標ｘ’，ｙ’の対象となるセルＣにおける観測情報の推定値を表し、Ｎは対象となるセルＣで候補として挙がっているサブキャリア周波数の総数を表し、Ｎｉｃｏｍはｉ番目の候補となるサブキャリア周波数を表す。
【０１２２】
この式を図１０Ｂに当てはめると、以下のような推定結果が得られる。
ｋｅｓｔ（ｔ０，ｔ３）＝不明
ｋｅｓｔ（ｔ０，ｔ４）＝Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ０，ｔ５）＝（１／２）｛（Ａｆ１−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）＋（Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）｝
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ３）＝Ａｆ４−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ４）＝（１／２）｛（Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）＋（Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）｝
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ５）＝（１／２）｛（Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）＋（Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）｝
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ３）＝Ａｆ５−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ４）＝Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ５）＝Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
【０１２３】
このとき、推定値が不明のまま残ったセルＣについては、周囲のセルＣの推定値に基づく補間を行っても良い。
【０１２４】
より具体的には、推定値が不明であるセルＣに隣接するセルＣのうち、推定値が確定しているセルＣを検出して、これらのセルＣにおける推定値の平均値を演算して、不明な推定値を補間しても良い。その一連の手順の一例を、以下に示す。
手順１：隣接セルのうち、１つ以外のセルの観測情報が推定されているセルの観測情報を補間する。観測情報を補間したいセルに隣接するセルの推定観測情報の平均値を、そのセルの観測情報とする。
手順２：隣接セルのうち、１つ以外のセルの観測情報が推定されているセルが無くなるまで、手順１を繰り返す。
手順３：隣接セルのうち、１つでも推定観測情報が決定しているセルの観測情報を補間する。観測情報を補間したいセルに隣接するセルの推定観測情報の平均値を、そのセルの観測情報とする。
手順４：全セルの観測情報が補間されるまで、手順１〜３を繰り返す。
以上の補間方法を、便宜的に、第１の補間方法と呼ぶ。
【０１２５】
または、逆距離加重法を用いた補間を行っても良い。逆距離加重法とは、推定値が不明なセルＣから、推定値が確定しているセルＣまでの距離を求め、この距離の逆数で推定値に重み付けを行い、その加重平均値で不明な推定値を補間する手法である。この計算は、例えば以下の式で表すことが出来る。
【数４】
2015133676.tif 000010
ここで、ｋ’は補間対象セルの推定値を示し、ｋ’ｉは推定値が確定しているｉ番目のセルの推定値を示し、ｗｉはｉ番目の推定値に対応する重みを示す。
【０１２６】
この重みｗｉは、例えば以下の式で表すことが出来る。
【数５】
2015133676.tif 000011
ここで、ｄｉは推定値が確定しているｉ番目のセルから補間対象セルまでの距離を示し、Ｄは逆距離加重乗数を示す。
【０１２７】
このとき、推定値が不明なセルＣに隣接するセルＣのみならず、より離れたセルＣをも含めても構わない。また、距離の逆数を演算する際に用いる逆距離加重定数Ｄは、１のみならず、例えば２など他の数値を、理論的・経験的・実験的に予め得られた観測属性の分布特性（空間相関等）に応じて適宜に選んでも構わない。以上の補間方法を、便宜的に、第２の補間方法と呼ぶ。
【０１２８】
本実施形態による復元方法を用いた無線センサネットワーク通信方法では、センサノードＳＮが送信した情報とは異なる推定値が得られる場合があっても、この推定値と、実際の値との差はある程度の精度が保たれることが期待される。また、復元の途中で得られる判定結果が正解とは異なっていたとしても、その後の平均値算出によって、誤差は小さくなることが期待される。この復元方法は、観測対象の分布に空間相関がある場合に特に有効となる。
【０１２９】
（第３の実施形態）
本実施形態では、本発明の第２の実施形態よりもさらに精度の高い復元を行える場合について説明する。ここでは、前提条件として、本発明の第２の実施形態の場合と同様に観測対象に空間相関があり、さらに、受信サーバＳが全てのセンサノードＳＮの配置を予め把握しているものとする。
【０１３０】
本実施形態では、受信サーバＳがセンサノードＳＮの配置を全て把握しているので、本発明の第１の実施形態において時刻ｔ２および時刻ｔ４に対応するセルＣのようにセンサノードＳＮが配置されていない場合には、その観測情報を「不明」と正しく判定することが可能となる。
【０１３１】
その後は、本発明の第１の実施形態の場合と同様の推定方法を行い、すなわち、同じセルＣにサブキャリア周波数の候補が複数ある場合にはそれぞれの逆変換値を平均する。
【０１３２】
本実施形態による推定方法を図１０Ｂに当てはめると、以下のような推定結果が得られる。
ｋｅｓｔ（ｔ０，ｔ３）＝不明
ｋｅｓｔ（ｔ０，ｔ４）＝Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ０，ｔ５）＝（１／２）｛（Ａｆ１−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）＋（Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）｝
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ３）＝Ａｆ４−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ４）＝（１／２）｛（Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）＋（Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）｝
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ５）＝（１／２）｛（Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）＋（Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）｝
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ３）＝Ａｆ５−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ４）＝不明
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ５）＝Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
【０１３３】
本実施形態による復元方法を用いた無線センサネットワーク通信方法でも、本発明の第１の実施形態の場合と同様の効果が得られる。すなわち、センサノードＳＮが送信した情報とは異なる推定値が得られる場合があっても、この推定値と、実際の値との差はある程度の精度が保たれることが期待される。この復元方法は、観測対象の分布に空間相関がある場合に特に有効となる。
【０１３４】
（第４の実施形態）
本実施形態では、本発明の第２の実施形態よりもさらに精度の高い復元を行える場合について説明する。ここでは、前提条件として、本発明の第２の実施形態の場合と同様に、観測対象に空間相関があり、さらに、各セルＣに最大でも１つまでのセンサノードＳＮしか配置されていないことが保証されているものとする。
【０１３５】
本実施形態による復元方法では、本発明の第２の実施形態で行った複数候補の平均化の前段階として、サブキャリア周波数の候補が１つだけあるセルＣのサブキャリア周波数をこの候補で確定する。確定された候補は、その後の平均化の対象から除外するものとする。この工程は、確定可能な候補が無くなるまで繰り返すことが望ましい。
【０１３６】
本実施形態による復元方法を、具体例を用いてより詳細に説明する。ここでまず、複数のセンサノードＳＮによって単位信号が図１０Ａに示したとおりに送信され、また、受信サーバＳによって単位信号は表５に示したとおりに受信された場合を考える。
【０１３７】
【表５】
2015133676.tif 000012
【０１３８】
次に、表５を参照して、サブキャリア周波数の候補が１つだけであるセルＣを検索する。表５の例では、時刻ｔ０および時刻ｔ４の組み合わせに対応するセルＣの候補が、第２のサブキャリア周波数ｆ２だけとなっている。同様に、時刻ｔ１および時刻ｔ３の組み合わせに対応するセルＣの候補が、第４のサブキャリア周波数ｆ４だけとなっている。時刻ｔ２および時刻ｔ３の組み合わせに対応するセルＣの候補が、第５のサブキャリア周波数ｆ５だけとなっている。時刻ｔ２および時刻ｔ４の組み合わせに対応するセルＣの候補が、第３のサブキャリア周波数ｆ３だけとなっている。時刻ｔ２および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣの候補が、第３のサブキャリア周波数ｆ３だけとなっている。これらの単独候補を、それぞれのセルＣにおける観測情報の推定値として確定する。
【０１３９】
確定された推定値は、次の方程式による逆変換で得られる。
【数６】
2015133676.tif 000013
【０１４０】
その結果、５つのセルＣについて観測情報の推定値が次のように確定する。
ｋｅｓｔ（ｔ０，ｔ４）＝Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ３）＝Ａｆ４−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ３）＝Ａｆ５−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ４）＝Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ５）＝Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
【０１４１】
次に、確定された単独候補に関わるデータを、表５から削除する。その結果、表６が得られる。
【表６】
2015133676.tif 000014
表６において、表５から削除されたデータは「０」で上書きしているが、これはあくまでも一例であって、本発明を限定するものではない。
【０１４２】
次に、表６を参照して、サブキャリア周波数の候補が１つだけであるセルＣの検索を繰り返す。今回は、時刻ｔ０および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣの候補が、第１のサブキャリア周波数ｆ１だけとなっている。同様に、時刻ｔ１および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣの候補が、第２のサブキャリア周波数ｆ２だけとなっている。
【０１４３】
図１１Ａは、本発明の第４の実施形態による復元方法を説明する具体例における２度目の検索で該当したセルＣと、その共通するサブキャリア周波数との組み合わせを示す図である。これらの単独候補を、それぞれのセルＣにおける観測情報の推定値として確定する。
【０１４４】
確定された推定値は、上記の方程式で逆変換されて、次のように算出される。
ｋｅｓｔ（ｔ０，ｔ５）＝Ａｆ１−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ５）＝Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
【０１４５】
次に、確定された単独候補に関わるデータを表６から削除すると、時刻ｔ１の列と、サブキャリア周波数ｆ３の行との交差点にデータが１つ残るだけとなる。このデータは、さらなる検索を繰り返すには不十分であるので、推定値の確定はこれ以上行わない。図１１Ｂは、本発明の第４の実施形態を説明する具体例における３度目の検索で該当するセルＣが無い状態を示す図である。
【０１４６】
この時点で、時刻ｔ１および時刻ｔ４の組み合わせに対応するセルＣについては、推定値が確定されていない。そこで、このセルＣについては、本発明の第１の実施形態の場合と同様の方法で平均値を求める。
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ４）＝（１／２）｛（Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）＋（Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）｝
【０１４７】
この例では、時刻ｔ０および時刻ｔ３の組み合わせに対応するセルＣの推定値が得られない。そこで、このセルＣについては周囲のセルの推定値を用いて第１または第２の補間方法を、第１の実施形態の場合と同様に行っても良い。
【０１４８】
本実施形態による復元方法を用いた無線センサネットワーク通信方法でも、本発明の第１の実施形態の場合と同様の効果が得られる。すなわち、センサノードＳＮが送信した情報とは異なる推定値が得られる場合があっても、この推定値と、実際の値との差はある程度の精度が保たれることが期待される。この復元方法は、観測対象の分布に空間相関があり、かつ、各セルＣに最大でも１つまでのセンサノードＳＮしか配置されていないことが保証されている場合に特に有効となる。
【０１４９】
（第５の実施形態）
本実施形態では、本発明の第４の実施形態よりもさらに精度の高い復元を行える場合について説明する。ここで、前提条件として、本発明の第４の実施形態の場合と同様に、観測対象に空間相関があり、さらに、各セルＣに最大でも１つまでのセンサノードＳＮしか配置されていないことが保証されているものとする。
【０１５０】
本実施形態による復元方法では、各セルＣのサブキャリア周波数の候補のうち、グループ内で単独であるものを検索し、これをそのセルＣにおける観測情報の推定値として確定する。この復元方法について、図を参照して詳細に説明する。
【０１５１】
図１２Ａは、本発明の第５の実施形態による復元方法を説明するための具体例における、送信単位信号が有するサブキャリア周波数の分布図である。図１２Ａの例と、図１０Ａに示した例とでは、以下の点が異なる。すなわち、図１２Ａの例では、時刻ｔ２および時刻ｔ３の組み合わせに対応するセルＣから送信される単位信号が有するサブキャリア周波数が、第５のサブキャリア周波数ｆ５ではなく、第４のサブキャリア周波数ｆ４となっている。図１２Ａのその他のセルＣについては、図１０Ａの場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【０１５２】
本実施形態による復元方法では、まず、図１２Ａに示した単位信号の分布に基づいて、本発明の第１の実施形態の場合と同様に、共通するサブキャリア周波数の存在判定を行うと、表７が得られる。
【表７】
2015133676.tif 000015
表７と、表５とでは、以下の点が異なる。すなわち、表５にあった第５のサブキャリア周波数ｆ５に対応する単位信号の存在判定が表７には無く、また、表５には無かった、時刻ｔ２の列と、第４のサブキャリア周波数ｆ４の行との交点における単位信号の存在判定が、表７にはある。表７の、その他の部分は、表５の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【０１５３】
図１２Ｂは、本発明の第５の実施形態による復元方法を説明する具体例において、図１２Ａの例に基づいて行った、共通するサブキャリア周波数の存在判定の結果を示す判定図である。図１２Ｂの判定図と、図１０Ｂの判定図とでは、以下の点が異なる。すなわち、時刻ｔ２および時刻ｔ３の組み合わせに対応するセルＣの共通するサブキャリア周波数が、図１２Ｂでは第４のサブキャリア周波数ｆ４である。図１２Ｂの、他のセルＣについては、図１０Ｂの場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【０１５４】
次に、各セルＣのサブキャリア周波数の候補のうち、グループ内で単独であるものを検索する。表７を検索した結果、第１のサブキャリア周波数ｆ１が、時刻ｔ０および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣだけに登場することが分かる。そこで、このセルＣのサブキャリア周波数を第１のサブキャリア周波数ｆ１と判定し、逆変換式によってこのセルＣの観測情報を推定する。
ｋｅｓｔ（ｔ０，ｔ５）＝Ａｆ１−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
【０１５５】
また、表７から、第１のサブキャリア周波数ｆ１に関わるデータを削除する。この状態を、表８に表す。
【表８】
2015133676.tif 000016
【０１５６】
その後は、本発明の第３の実施形態と同様に復元を行う。すなわち、サブキャリア周波数の候補が１つだけあるセルＣのサブキャリア周波数をこの候補で確定する。確定された候補は、その後の平均化の対象から除外するものとする。この工程は、確定可能な候補が無くなるまで繰り返す。
【０１５７】
図１２Ｃは、本発明の第４の実施形態による復元方法を説明する具体例において、表８に対応する状態におけるセルＣと、その共通するサブキャリア周波数との組み合わせを示す図である。図１２Ｃは、図１２Ｂに以下の変更を加えたものに等しい。すなわち、時刻ｔ０および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣの候補であるサブキャリア周波数を削除する。図１２Ｃのその他のセルＣについては、図１２Ｂの場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【０１５８】
表８を参照して、サブキャリア周波数の候補が１つだけであるセルＣを検索すると、５つのセルＣが該当するので、これらセルＣに逆変換式を用い、観測情報が次のように推定される。
ｋｅｓｔ（ｔ０，ｔ４）＝Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ３）＝Ａｆ４−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ３）＝Ａｆ４−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ４）＝Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ５）＝Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
【０１５９】
次に、推定された単独候補に関わるデータを表８から削除すると、表９が得られる。
【表９】
2015133676.tif 000017
【０１６０】
表９に示したように、残るデータは、時刻ｔ１の列および第２のサブキャリア周波数ｆ２の行の交点と、時刻ｔ５の列および第２のサブキャリア周波数ｆ２の行の交点と、時刻ｔ１の列および第３のサブキャリア周波数ｆ３の行の交点との、合計３つだけである。この中から、サブキャリア周波数の候補が１つだけであるセルＣを再度検索すると、時刻ｔ１および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣが見つかるので、その観測情報を逆変換式で推定する。
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ５）＝Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
図１２Ｄは、本発明の第４の実施形態による復元方法を説明する具体例における２度目の検索で該当したセルＣと、その単独候補となるサブキャリア周波数との組み合わせを示す図である。
【０１６１】
次に、推定された単独候補に関わるデータを表９から削除するが、これ以降は本発明の第３の実施形態で説明したとおりであるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【０１６２】
本実施形態による復元方法を用いた無線センサネットワーク通信方法でも、本発明の第３の実施形態の場合と同様の効果が得られる。すなわち、センサノードＳＮが送信した情報とは異なる推定値が得られる場合があっても、この推定値と、実際の値との差はある程度の精度が保たれることが期待される。この復元方法は、観測対象の分布に空間相関があり、かつ、各セルＣに最大でも１つまでのセンサノードＳＮしか配置されていないことが保証されている場合に特に有効となる。
【０１６３】
（第６の実施形態）
本実施形態では、１つのセルＣに複数のセンサノードＳＮが存在する場合の復元方法について、具体例を用いて説明する。ここでは、前提条件として、観測対象の空間相関は低くても良いが、受信サーバＳはセンサノードＳＮの配置を予め把握しているものとする。
【０１６４】
図１３Ａは、本発明の第６の実施形態による復元方法を説明するための具体例における、センサノードＳＮの配置と、各センサノードＳＮが送信する単位信号が有するサブキャリア周波数とを示す分布図である。図１３Ａに示した例の、センサノードＳＮの配置と、各センサノードＳＮが送信する単位信号が有するサブキャリア周波数とは、以下のとおりである。時刻ｔ０および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣには、第１のサブキャリア周波数ｆ１を有する単位信号を送信するセンサノードＳＮと、第２のサブキャリア周波数ｆ２を有する単位信号を送信するセンサノードＳＮとが配置されている。時刻ｔ１および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣには、第２のサブキャリア周波数ｆ２を有する単位信号を送信するセンサノードＳＮと、第３のサブキャリア周波数ｆ３を有する単位信号を送信するセンサノードＳＮとが配置されている。時刻ｔ２および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣには、第３のサブキャリア周波数ｆ３を有する単位信号を送信するセンサノードＳＮが配置されている。時刻ｔ０および時刻ｔ４の組み合わせに対応するセルＣには、第２のサブキャリア周波数ｆ２を有する単位信号を送信するセンサノードＳＮが配置されている。時刻ｔ１および時刻ｔ４の組み合わせに対応するセルＣには、第３のサブキャリア周波数ｆ３を有する単位信号を送信するセンサノードＳＮと、第４のサブキャリア周波数ｆ４を有する単位信号を送信するセンサノードＳＮとが配置されている。時刻ｔ２および時刻ｔ４の組み合わせに対応するセルＣには、センサノードＳＮが配置されていない。時刻ｔ０および時刻ｔ３の組み合わせに対応するセルＣには、第３のサブキャリア周波数ｆ３を有する単位信号を送信するセンサノードＳＮが配置されている。時刻ｔ１および時刻ｔ３の組み合わせに対応するセルＣには、第４のサブキャリア周波数ｆ４を有する単位信号を送信するセンサノードＳＮが配置されている。時刻ｔ２および時刻ｔ４の組み合わせに対応するセルＣには、第４のサブキャリア周波数ｆ４を有する単位信号を送信するセンサノードＳＮと、第５のサブキャリア周波数ｆ５を有する単位信号を送信するセンサノードＳＮとが配置されている。
【０１６５】
センサノードＳＮが、図１３Ａに示されたとおりに単位信号を送信すると、受信サーバＳはこれらの単位信号を表１０に示すとおりに受信する。
【表１０】
2015133676.tif 000018
すなわち、時刻ｔ０には第１、第２および第３のサブキャリア周波数ｆ１、ｆ２およびｆ３を有する単位信号が受信される。同様に、時刻ｔ１には第２、第３および第４のサブキャリア周波数ｆ２、ｆ３およびｆ４を有する単位信号が受信される。時刻ｔ２には第３、第４および第５のサブキャリア周波数ｆ３、ｆ４およびｆ５を有する単位信号が受信される。時刻ｔ３には第３、第４および第５のサブキャリア周波数ｆ３、ｆ４およびｆ５を有する単位信号が受信される。時刻ｔ４には第２、第３および第４のサブキャリア周波数ｆ２、ｆ３およびｆ４を有する単位信号が受信される。時刻ｔ５には第１、第２および第３のサブキャリア周波数ｆ１、ｆ２およびｆ３を有する単位信号が受信される。
【０１６６】
次に、表１０を参照して、セルＣごとに共通するサブキャリア周波数を検索すると、図１３Ｂが得られる。図１３Ｂは、本発明の第６の実施形態による復元方法を説明するための具体例において、共通するサブキャリア周波数の存在判定の結果を示す判定図である。
【０１６７】
図１３Ｂに得られた判定結果は、以下のとおりである。すなわち、時刻ｔ０および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣには、サブキャリア周波数の候補として、第１、第２および第３のサブキャリア周波数ｆ１、ｆ２およびｆ３がある。同様に、時刻ｔ１および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣには、サブキャリア周波数の候補として、第２および第３のサブキャリア周波数ｆ２およびｆ３がある。時刻ｔ２および時刻ｔ５の組み合わせに対応するセルＣには、サブキャリア周波数の候補として、第３のサブキャリア周波数ｆ３がある。時刻ｔ０および時刻ｔ４の組み合わせに対応するセルＣには、サブキャリア周波数の候補として、第２および第３のサブキャリア周波数ｆ２およびｆ３がある。時刻ｔ１および時刻ｔ４の組み合わせに対応するセルＣには、サブキャリア周波数の候補として、第２、第３および第４のサブキャリア周波数ｆ２、ｆ３およびｆ４がある。時刻ｔ２および時刻ｔ４の組み合わせに対応するセルＣには、サブキャリア周波数の候補として、第３および第４のサブキャリア周波数ｆ３およびｆ４がある。時刻ｔ０および時刻ｔ３の組み合わせに対応するセルＣには、サブキャリア周波数の候補として、第３のサブキャリア周波数ｆ３がある。時刻ｔ１および時刻ｔ３の組み合わせに対応するセルＣには、サブキャリア周波数の候補として、第３および第４のサブキャリア周波数ｆ３およびｆ４がある。時刻ｔ２および時刻ｔ３の組み合わせに対応するセルＣには、サブキャリア周波数の候補として、第３、第４および第５のサブキャリア周波数ｆ３、ｆ４およびｆ５がある。
【０１６８】
ここで、時刻ｔ２および時刻ｔ４の組み合わせに対応するセルＣには、実際にはセンサノードＳＮが配置されておらず、このことを受信サーバＳは予め把握している。したがって、本実施形態では、受信サーバＳはこのセルＣを推定範囲外領域ＮＺに設定する。図１３Ｃは、本発明の第５の実施形態による推定方法を説明するための具体例において、推定範囲外領域ＮＺの設定結果を示す図である。
【０１６９】
本実施形態では、次に、推定範囲外領域ＮＺを除外して、配置されたセンサノードＳＮの数と、共通するサブキャリア周波数の数とが一致しているセルＣを検索する。この検索で当てはまったセルＣについては、配置されたセンサノードＳＮによる観測情報を、共通するサブキャリア周波数の逆変換値の平均値と推定する。この例では、以下の推定値が得られる。
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ５）＝（１／２）｛（Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）＋（Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）｝
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ５）＝Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ０，ｔ３）＝Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
【０１７０】
本実施形態では、次に、推定値が得られたセルＣをさらに除外して、かつ、除外されたセルＣに対応するサブキャリア周波数の候補を残るセルＣから除外する。図１３Ｄは、本発明の第６の実施形態による復元方法を説明するための具体例において、１度目の検索で推定値が得られたセルＣに関わるデータを削除した状態を示す図である。この状態から、上記と同じ検索および推定を再度実行すると、以下の推定値が追加で得られる。
ｋｅｓｔ（ｔ０，ｔ４）＝Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ３）＝Ａｆ４−Ｗ＋Ｋｍｉｄ
ｋｅｓｔ（ｔ２，ｔ３）＝（１／２）｛（Ａｆ４−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）＋（Ａｆ５−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）｝
【０１７１】
本実施形態では、再度、推定値が得られたセルＣをさらに除外して、かつ、除外されたセルＣに対応するサブキャリア周波数の候補を残るセルＣから除外する。しかし、今回は、配置されたセンサノードＳＮの数と、共通するサブキャリア周波数の数とが一致するセルＣがもはや存在しない。そこで、以降は本発明の第３または第４の実施形態の場合と同様に、最初の判定時に存在していたサブキャリア周波数の候補から逆変換値の平均化を行う。
【０１７２】
図１３Ｅは、本発明の第６の実施形態による復元方法を説明するための具体例において、配置されたセンサノードＳＮの数と、共通するサブキャリア周波数の数とが一致するセルＣがもはや存在しない状態を示す図である。最初の判定時に存在していたサブキャリア周波数の候補から逆変換値の平均化を実行することで、以下の推定値が得られる。
ｋｅｓｔ（ｔ０，ｔ５）＝（１／３）｛（Ａｆ１−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）＋（Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）＋（Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）｝
ｋｅｓｔ（ｔ１，ｔ４）＝（１／３）｛（Ａｆ２−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）＋（Ａｆ３−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）＋（Ａｆ４−Ｗ＋Ｋｍｉｄ）｝
【０１７３】
本実施形態による復元方法を用いた無線センサネットワーク通信方法では、以下のような効果が得られる。すなわち、観測対象の分布に空間相関が低くても、受信サーバＳはセンサノードＳＮの配置を予め把握しているなら、推定値と、実際の値との差はある程度の精度が保たれることが期待される。
【０１７４】
以上、本発明の無線センサネットワークシステムと、このシステムを用いる通信方法について説明した。受信サーバＳが行う復元方法については、第１〜第６の実施形態として複数の手法を説明したが、これらの手法が、技術的に矛盾しない範囲において自由に組み合わせることが可能であることは言うまでもない。例えば、推定値が得られなかったセルについては、第２の実施形態として説明した第１または第２の補間方法を、どの実施形態でも併用することが望ましい。
【符号の説明】
【０１７５】
１１  バス
１２  ＣＰＵ
１３  メモリ
１３１  プログラム
１３２  データ
１４  送受信回路
１５  アンテナ
１６  センサ
１７  位置情報取得回路
１８  時間軸マッピング回路
１９  周波数軸マッピング回路
１９１  周波数軸シフト回路
３１  バス
３２  ＣＰＵ
３３  メモリ
３３１  プログラム
３３２  データ
３３３  データベース
３４  送受信回路
３５  アンテナ
３６  出力回路
３７  復元回路
Ｃ  セル
Ｇ、Ｇ１〜Ｇ１６  セルグループ
ＮＺ  推定範囲外領域
Ｓ  受信サーバ
ＳＮ、ＳＮ１〜ＳＮ５  センサノード（送信端末）
ＴＳ０  信号
ＴＳ１〜ＴＳ３  単位信号
ＵＺ  不確定領域
【図１】
2015133676.tif 000019
【図２Ａ】
2015133676.tif 000020
【図２Ｂ】
2015133676.tif 000021
【図２Ｃ】
2015133676.tif 000022
【図３】
2015133676.tif 000023
【図４】
2015133676.tif 000024
【図５Ａ】
2015133676.tif 000025
【図５Ｂ】
2015133676.tif 000026
【図６Ａ】
2015133676.tif 000027
【図６Ｂ】
2015133676.tif 000028
【図６Ｃ】
2015133676.tif 000029
【図７Ａ】
2015133676.tif 000030
【図７Ｂ】
2015133676.tif 000031
【図７Ｃ】
2015133676.tif 000032
【図８】
2015133676.tif 000033
【図９Ａ】
2015133676.tif 000034
【図９Ｂ】
2015133676.tif 000035
【図９Ｃ】
2015133676.tif 000036
【図９Ｄ】
2015133676.tif 000037
【図１０Ａ】
2015133676.tif 000038
【図１０Ｂ】
2015133676.tif 000039
【図１０Ｃ】
2015133676.tif 000040
【図１１Ａ】
2015133676.tif 000041
【図１１Ｂ】
2015133676.tif 000042
【図１２Ａ】
2015133676.tif 000043
【図１２Ｂ】
2015133676.tif 000044
【図１２Ｃ】
2015133676.tif 000045
【図１２Ｄ】
2015133676.tif 000046
【図１３Ａ】
2015133676.tif 000047
【図１３Ｂ】
2015133676.tif 000048
【図１３Ｃ】
2015133676.tif 000049
【図１３Ｄ】
2015133676.tif 000050
【図１３Ｅ】
2015133676.tif 000051