(57)【要約】【課題】  通信システムにおいて、ノード間の距離を推定する場合に、誤差を抑制できる手段を提供すること。【解決手段】  位置を認知する複数のノードと、位置を認知しない複数のノードとから構成される通信システムにおいて、位置を認知するノードの位置を用いて、位置を認知しないノードの位置を推定する位置推定方法であって、位置を認知しないノードを経由し、位置を認知しているノード間で第１パケットを送受信するステップと、受信した第１パケットに含まれる第１情報および第２情報から計算した距離関数係数を含んだ第２パケットを、位置を認知しないノードに伝送するステップと、伝送された距離関数係数を用いて、位置を認知しないノードの位置を推定するステップとからなる位置推定方法。【選択図】      図８
2005348418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置を認知する複数のノードと、位置を認知しない複数のノードとから構成される通信システムにおいて、前記位置を認知するノードの位置を用いて、前記位置を認知しないノードの位置を推定する位置推定方法であって、
前記位置を認知しないノードを経由して、前記位置を認知しているノード間で第１パケットを送受信するステップと、
前記位置を認知するノードが、前記受信した第１パケットに含まれる第１情報および第２情報から計算した距離関数係数を含んだ第２パケットを、前記位置を認知しないノードに伝送するステップと、
前記位置を認知しないノードが、前記伝送された距離関数係数を用いて、自身の位置を推定するステップと、
からなることを特徴とする位置推定方法。
【請求項２】
前記通信システムを構成している各ノードは、１ホップに位置する他のノードとの距離を計算し、前記計算された距離を記録していること、
を特徴とする請求項１に記載の位置推定方法。
【請求項３】
前記第１パケットは、前記第１パケットを伝送するノードの位置情報を含むこと、
を特徴とする請求項１に記載の位置推定方法。
【請求項４】
前記第１情報は、パケットが伝送された距離であり、前記第２情報は、ホップカウンタであること、
を特徴とする請求項３に記載の位置推定方法。
【請求項５】
前記第１パケットを中継するノードは、受信した第１パケットを構成している前記第１情報および前記第２情報を更新し、前記更新した第１パケットを伝送すること、
を特徴とする請求項４に記載の位置推定方法。
【請求項６】
前記位置を認知するノードは、少なくとも３つの第１パケットを受信すると、前記距離関数係数を、下記の数式を用いて計算すること、
を特徴とする請求項５に記載の位置推定方法。
【数１】
2005348418.tif 000007
（なお、ｎは３以上の自然数、ｄは位置情報を用いて計算した前記第１パケットを送信したノードと受信したノードとの距離、ｓｄは第１情報、ｈは第２情報、α0，α1およびα2は距離関数係数である）
【請求項７】
前記位置を推定するステップは、
前記位置を認知しないノードが、
少なくとも３つの第２パケットを受信するステップと、
前記受信した第２パケットに含まれる距離関数係数と、前記第２パケットを伝送したノードについて記録された第１情報および第２情報とを用いて、前記第２パケットを伝送したノードとの距離を計算するステップと、
前記第２パケットを伝送したノードの位置と、前記計算した前記第２パケットを伝送したノードとの距離とを用いて前記位置を推定すること、
を特徴とする請求項６に記載の位置推定方法。
【請求項８】
位置を認知する第１ノードと、位置を認知しない第２ノードとから構成される通信システムにおいて、前記第１ノードの位置を用いて前記第２ノードの位置を推定するための位置推定システムであって、
前記第１ノードは、前記第２ノードを経由して受信した第１パケットに含まれる第１情報および第２情報から計算した距離関数係数を含んだ第２パケットを生成し、
前記第２ノードは、受信した前記第２パケットに含まれる距離関数係数を用いて位置を推定すること、
を特徴とする位置推定システム。
【請求項９】
前記通信システムを構成しているノードは、１ホップに位置する他のノードとの距離を計算し、前記計算された距離を格納していること、
を特徴とする請求項８に記載の位置推定システム。
【請求項１０】
前記第１ノードは、自身の位置情報が含まれる第１パケットを伝送すること、
を特徴とする請求項８に記載の位置推定システム。
【請求項１１】
前記第１情報は、パケットが伝送された距離であり、前記第２情報は、ホップカウンタであること、
を特徴とする請求項１０に記載の位置推定システム。
【請求項１２】
前記第１パケットを中継するノードは、受信した第１パケットに含まれる前記第１情報および前記第２情報を更新し、前記更新した第１パケットを伝送すること、
を特徴とする請求項１１に記載の位置推定システム。
【請求項１３】
前記第１ノードは、少なくとも３つのパケットを受信すると、下記の数式を用いて前記距離関数係数を計算すること、
を特徴とする請求項１２に記載の位置推定システム。
【数１】
2005348418.tif 000008
（なお、ｎは３以上の自然数、ｄは位置情報を用いて計算した前記第１パケットを送信したノードと受信したノードとの距離、ｓｄは第１情報、ｈは第２情報、α0，α1およびα2は距離関数係数である）
【請求項１４】
前記第２ノードは、少なくとも３つの第２パケットを受信すると、前記受信した第２パケットに含まれる距離関数係数と、前記第２パケットを伝送したノードについて記録された第１情報および第２情報とを用いて、前記第２パケットを伝送したノードとの距離を計算し、
前記第２パケットを伝送したノードの位置と、前記計算した前記第２パケットを伝送したノードとの距離とを用いて前記位置を推定すること、
を特徴とする請求項１３に記載の位置推定システム。
【請求項１５】
請求項１に記載の位置推定方法を実行させるコンピュータが読み取り可能なコードを記録した記録媒体。
【請求項１６】
ベースノードと、
位置を認知しないノードについて請求項８に記載の位置推定システムを用いて位置を推定し、複数ノードのそれぞれの位置に基づいて、測定した知覚データを、前記ベースノードに伝送する複数のノードを含むこと、
を特徴とするセンサネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置情報を認知する複数のノードと、位置情報を認知しない複数のノードとから構成された通信システムにおいて、位置情報を認知するノードの位置情報を用いて、位置情報を認知しないノードの位置を推定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、通信システムでは、移動端末と基地局との間でデータを送受信する。即ち、移動端末と基地局とは、他のノードを経由せずに直接データを送受信する。一方、アドホック（Ad-hoc）ネットワーク／センサネットワークでは、特定ノードのデータを、ベースノードに伝達する際に、他のノードを経由させることができる。
【０００３】
ここで、図１は、アドホックネットワーク／センサネットワークの一般的な構成例を示す図面である。以下、図１を参照して、アドホックネットワーク／センサネットワークの構造について説明する。図１に示したように、アドホックネットワーク／センサネットワークは、オペレータ、ベースノードおよびセンサフィールドに配置された複数のノードから構成される。
【０００４】
オペレータ１００は、ベースノード１０２に必要なデータを収集するよう要請する。このオペレータ１００が要請する必要なデータには、センサフィールド１０４の温度や周辺環境等に関する情報が含まれている。そして、ベースノード１０２は、オペレータ１００の要請を、センサフィールド１０４に位置しているノードに対して送信し、要請に応じてノードから送信されたデータをオペレータ１００に送信する。
ここで、複数のノードは、ベースノード１０２が要請したデータを収集し、この収集したデータをベースノード１０２に送信する。ベースノード１０２から一定の距離内に位置しているノードは、収集したデータをベースノード１０２に送信する。一方、一定の距離内に位置しないノードは、収集したデータを、ベースノード１０２に直接送信せず、ベースノード１０２に隣接したノードを介して送信する。
【０００５】
前記のように、一定の距離内に位置しないノードが収集したデータの伝送に、ベースノード１０２に隣接するノードを経由する理由としては、データ伝送に伴う電力消費を最小化することが挙げられる。即ち、ベースノード１０２とノードとの間の距離は、ノードがデータを伝送するために消費される電力と比例する。従って、ベースノード１０２から一定の距離内に位置しないノードは、複数のノードを経由して収集されたデータを伝送することにより、データ伝送に伴う電力消費を最小化することができる。以下、他のノードのデータを中継するノードのことを中継ノードと称する。もちろん、中継ノードも自身が収集したデータを他の中継ノードを介して、または、直接ベースノード１０２に伝送する。
【０００６】
前記のように、センサネットワークを構成しているノードが、ベースノード１０２にデータの伝送を行うためには、センサネットワークを構成しているノード間の位置情報を把握しなければならない。この把握した位置情報を用いて、データをベースノード１０２に直接伝送するか、または他のノードを経由して伝送するかを判断する。
【０００７】
一般に、センサネットワークを構成しているノードは、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて自身の位置を把握し、把握した位置情報を交換する。しかし、ＧＰＳのコストは高いため、センサネットワークを構成しているすべてのノードがＧＰＳを備えることはできない。従って、センサネットワークを構成している一部のノードのみがＧＰＳを備え、残りのノードはＧＰＳを備えるノードの位置情報を用いる。即ち、ＧＰＳを備えるノードから相対的な位置を把握することでＧＰＳを備えていないノードは自己位置を推定する。以下、ＧＰＳを備えないノードでの位置推定の方法について説明する。
【０００８】
ここで、図２は、センサネットワークを構成しているノードの例を示した図面である。図２において、Ａ１ないしＡ３は、ＧＰＳを備えているノードであり、Ｕ１ないしＵ１２はＧＰＳを備えないノードである。従って、Ａ１なしいＡ３は、ＧＰＳを用いて自身の位置を把握できる。しかし、Ｕ１ないしＵ１２は、ＧＰＳを備えていないので自己位置を把握できない。従来、ＧＰＳを備えていないノードは、距離合計（Sum-dist）方式とホップ分割（DV-hop）方式とを用いて自己位置を推定することができる。
【０００９】
隣接した各ノード間の距離は、送受信電力の大きさを用いて測定される。即ち、送受信電力の大きさは距離に応じて異なる。一般に、送受信を行うノード間の距離が遠いほど送受信電力も比例して増加する。よって、各ノード間の距離が測定できる。
ここで、例として、Ａ２とＵ１との距離は、‘６’であり、Ｕ１とＵ５との距離は、‘４’であり、Ｕ５とＡ１との距離は、‘５’であると測定されたと仮定する。また、Ｕ１とＵ６の距離が、‘６’、Ｕ６とＡ３との距離が、‘５’であると測定されたと仮定する。
【００１０】
前記の仮定のもとで、距離合計方式を用いた場合の隣接しないノード間の距離を調べる方法について説明する。Ａ１ないしＡ３に対するＵ１の相対的な距離は、次のように計算される。Ｕ１とＵ５との距離‘４’と、Ｕ５とＡ１との距離‘５’との和から、Ａ１とＵ１との距離は‘９’となる。Ａ２とＵ１との距離は、前記の仮定により、‘６’である。Ｕ１とＵ６との距離‘６’、およびＵ６とＡ３との距離‘５’の和から、Ａ３とＵ１との距離は、‘１１’となる。
【００１１】
次に、分割ホップ方式では、ノード間のホップ数と、平均のホップ間の距離とを用いてノード間距離を求める。ここで、Ａ１とＡ２とは、ＧＰＳを用いて自己位置を測定している。さらに、位置情報を用いてＡ１とＡ２との距離が把握できる。一例として、Ａ１とＡ２との距離を‘１２’であると仮定する。Ａ１とＡ２のホップ数は‘３’であるため、ホップ当りの距離は‘４’となる。ホップは、１つの伝送単位を意味する。従って、Ａ１とＡ２とは、Ａ１とＵ５、Ｕ５とＵ１、Ｕ１とＡ２から構成された３つの伝送単位を有する。
これにより、Ａ１とＵ１とは２つのホップを有するので、その距離は‘８’になる。さらに、Ａ２とＵ１は１つのホップを有するので距離は‘４’であり、Ｕ１とＡ３とは２つのホップを有するので距離は‘８’になる。
【００１２】
しかし、前記の２つの方式は、簡単な方式で相対的な距離を測定することができるという長所を有しているものの、測定された距離が正確ではないという問題を抱えている。即ち、距離の合計方式は、単にノード間の距離を合算しているだけであって、ノード間の配置を考慮していない。また、分割ホップ方式は、実際にはホップ間の距離は異なるということを考慮していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は前記した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、位置を認知する複数のノードと、位置を認知しない複数のノードとから構成される通信システムにおいて、ノード間の距離を推定する場合に、誤差（エラー確率）を抑制できる手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するために本発明は、位置を認知する複数のノードと、位置を認知しない複数のノードとから構成される通信システムにおいて、位置を認知するノードの位置を用いて、位置を認知しないノードの位置を推定する位置推定方法であって、位置を認知しないノードを経由し、位置を認知しているノード間で第１パケットを送受信するステップと、受信した第１パケットに含まれる第１情報および第２情報から計算した距離関数係数を含んだ第２パケットを、位置を認知しないノードに伝送するステップと、伝送された距離関数係数を用いて、位置を認知しないノードの位置を推定するステップとからなることを特徴とする位置推定方法を提供する。
【００１５】
また、前記の目的を達成するために本発明は、位置を認知する第１ノードと、位置を認知しない第２ノードから構成され、第１ノードの位置を用いて第２ノードの位置を推定するための位置推定システムであって、第１ノードは、第２ノードを経由して受信した第１パケットに含まれる第１情報および第２情報から計算した距離関数係数を含んだ第２パケットを生成して伝送し、第２ノードは、伝送された第２パケットに含まれる距離関数係数を用いて位置を推定することを特徴とする位置推定システムを提案する。
【００１６】
また、前記の位置推定方法を実行させるコンピュータが読み取り可能なコードを記録した記録媒体を提案する。
さらに、ベースノードと、位置推定システムを用いて、複数ノードのそれぞれの位置に基づいて、測定した知覚データを、ベースノードに伝送する複数のノードとから構成される、センサネットワークを提案する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、隣接するノード間の距離およびホップカウンタの情報を用いることで、ノード間距離を推定するときに生じる誤差を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付した図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態を詳述する。
【００１９】
図３は、本実施の形態に係るノードの構成例を示したブロック図である。図３に示すように、ノードは、制御部３００、センサ３０２、送信部３０６、受信部３０８、測定部３１０、および格納部３０４から主に構成される。なお、図３に示した構成は、本実施の形態に必要とされる構成のみを示したものである。また、ノードを構成する、これらの機能部は、専用のハードウェアまたは、ノードに搭載されるＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリを有するコンピュータに、専用のコードを実行させることで具現される。
【００２０】
センサ３０２は、制御部３００の制御命令に応じてセンサフィールドの知覚データを収集する。一例として、制御部３００から、センサフィールドの温度測定の指示を受信すると、センサ３０２は、センサフィールドの温度を測定して制御部３００に伝送する。センサ３０２は、制御命令を受信した場合にのみ、または、設定された時間間隔で、収集した情報を制御部３００に伝送する。
【００２１】
送信部３０６は、制御部３００の制御命令に応じて収集した情報を隣接するノード、またはベースノードに伝送する。また、送信部３０６は、制御部３００の制御命令に応じて隣接するノードとの距離測定のために信号を伝送する。この信号は、送信電力に関する情報を含んでいる。
受信部３０８は、センサフィールドに関する情報が含まれた信号を受信する。また、受信部３０８は、距離測定のための情報が含まれた信号を受信する。受信部３０８は受信した信号を制御部３００と測定部３１０に伝送する。
測定部３１０は、制御部３００の制御命令に応じて、受信部３０８から伝送された信号の受信電力を測定する。そして、測定部３１０は、受信電力を測定した結果を制御部３００に伝送する。
【００２２】
制御部３００は、受信部３０８から伝送された信号に含まれる送信電力に関する情報と、測定部３１０から伝達された受信電力の測定結果との比を計算する。格納部３０４は送信電力に対する受信電力の比と、距離との関係を示したテーブルを格納している。下記の表１は、格納部３０４で格納しているテーブルの例を示している。
【表１】
2005348418.tif 000003
【００２３】
制御部３００は、格納部３０４に格納されている情報と、計算した送信電力に対する受信電力の比を用いることで信号を伝送したノードとの距離を算出することができる。
【００２４】
図３は、自己位置を認知できないノードの装置構成について示したものであり、自己位置を、ＧＰＳを用いて受信するノードについては、図３に示した構成以外に、ＧＰＳから伝送された信号を受信する装置が含まれる。
図４は、図２のアドホックネットワークを構成しているノード間距離を測定した例を示している。以下、図４に示した距離の情報を用いて、一定の範囲に位置しているノードとの距離を測定する過程について説明する。
【００２５】
ここで、図５および図８は、隣接ノードとの距離が測定されたノードにおいて行われる動作を説明するフローチャートである。
【００２６】
図５は、本実施の形態に係る自己位置を認知しているノードで実行される動作の手順を示している。図４に示したアドホックネットワークにおいて、自己の位置を認知するノードは、Ａ１ないしＡ３である。図４では、自己の位置を認知できるノードが３つである場合を示したが、以下、自己の位置を認知できるノードが４つである場合について説明する。
【００２７】
ステップＳ５００で、ノードは第１パケットを伝送する。ここで、図６は、第１パケットのフレーム構造を示した図である。図６に示すように、第１パケットのフレームは、識別子、位置情報、第１情報および第２情報を含んで構成される。識別子は、第１パケットを伝送するノードの識別子であり、位置情報には、ノードの位置に関する情報が含まれている。前記のように、このノードは、自己位置を認知することができる。一般に、位置情報は、２次元で表される。位置情報を送受信することによって、ノードは、他のノードの位置情報を取得することができる。
【００２８】
第１情報は、第１パケットが伝送される距離の和である。第１情報は、初期値として‘０’に設定される。また、第２情報は、ホップカウンタであり、これも初期値として‘０’に設定される。
ステップＳ５０２において、ノードは、他のノードから第１パケットを受信する。ステップＳ５０４において、ノードは、受信した第１パケットが少なくとも３つであるかを判定する。判定の結果、受信した第１パケットが３つ以上であれば、ステップＳ５０６に移動し、受信した第１パケットが３つ以上でなければ、ステップＳ５０２に戻る。
ステップＳ５０６において、ノードは、受信した第１パケットを用いて距離関数係数（Distance Function Coefficient）を計算する。距離関数係数は、第１パケットのフレームを構成している第１情報と第２情報とを用いて計算することができる。ここで、下記の数式（１）は距離関数を示す数式である。
【００２９】
【数２】
2005348418.tif 000004
【００３０】
数式（１）において、ｓｄは、第１情報であり、ｈは、第２情報である。また、α0，α1およびα2は距離関数係数である。また、次に示す数式（２）は、前記の数式（１）を、行列を用いて表現したものである。
【００３１】
【数３】
2005348418.tif 000005
【００３２】
数式（２）において、ｎは３以上の自然数である。また、α0，α1およびα2は、受信した第１パケットに含まれる位置情報および自身の位置情報を用いて求めることができる。即ち、認知している２つの位置情報に基づいてノード間の距離を計算する。従って、受信した、少なくとも３つの第１パケットを用いることで、距離関数係数を計算することができる。
次に示す表２は、受信した第１パケットに含まれる情報と、前記の手順により計算した第１パケットを伝送したノードとの距離を示している。
【００３３】
【表２】
2005348418.tif 000006
【００３４】
表２に示した情報を用いて、距離関数係数を計算すると、α0＝０．５，α1＝０．２５，α2＝０．５となる。
【００３５】
ステップＳ５０８において、ノードは、第２パケットを伝送する。ここで、図７は、第２パケットのフレームの構造を示す図面である。図７に示すように、第２パケットのフレームは、識別子と距離関数係数とを含んで構成される。ここで、識別子は、第２パケットを伝送するノードの識別子である。
【００３６】
図８は、自身の位置情報を認知しないノードで行われる動作を説明するフローチャートである。図８を参照して、自身の位置情報を認知しないノードで行われる動作について説明する。
【００３７】
ステップＳ８００において、ノードは、第１パケットを受信する。ステップＳ８０２において、ノードは、受信した第１パケットを更新する。ここで更新される情報は、第１情報および第２情報である。第１情報は、第１パケットを送受信するノード間の距離であるため、第１パケットを伝送したノードと当該ノードとの距離を加算する。即ち、受信した第１パケットの第１情報が、‘３’であり、前記パケットを伝送したノードと受信したノードとの距離が、‘４’であれば、第１情報は、‘７’に更新される。
第２情報は、ホップカウンタであるため、ノードは、受信した第２情報に‘１’を加算する。即ち、受信した第１パケットの第２情報が、‘１’であれば、このノードにおいて第２情報は、‘２’に更新される。そして、ノードは、更新した第１パケットを記録する。ステップＳ８０４において、ノードは、更新した第１パケットを伝送する。
【００３８】
ステップＳ８０６において、ノードは、第２パケットを受信する。ステップＳ８０８において、ノードは、受信した第２パケットを用いて位置を推定する。即ち、ノードは受信した第２パケットに含まれる距離関数係数と、記録されている第１情報と第２情報とを用いて、第２パケットを伝送したノードとの距離を計算する。この距離の計算は、前記の数式（１）に基づいて計算される。即ち、伝送された距離関数係数が、α0＝０．５，α1＝０．２５，α2＝０．５、第１情報が‘９’、第２情報が‘２’である場合、第２パケットを伝送したノードとの距離は、‘５.５’であることが計算される。
少なくとも３つの第２パケットを受信すると、ノードは、第２パケットを伝送したノードとの距離を計算することによって、自己位置を推定できる。即ち、自身の位置を認知している少なくとも３つのノードとの距離と計算することによって、自身の位置が推定できるのである。
【００３９】
このように構成された本実施の形態に係る位置推定システムは、例えば、センサフィールド内の温度や周辺環境等に関する情報である知覚データを収集するセンサネットワークに適用することもできる。
また、本実施の形態の位置推定方法は、位置情報を認知するノードおよび位置情報を認知しないノードの動作を実行させるコンピュータが読み取り可能なコードとして具現することができ、このコードは、コンピュータのメモリや、ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に記録することができる。
【００４０】
以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前記の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】アドホック／センサネットワークの一般的な構成を示した図面である。
【図２】アドホック／センサネットワークを構成しているノードを示した図面である。
【図３】ノードの構成を示したブロック図である。
【図４】アドホック／センサネットワークを構成しているノード間の距離を示した図面である。
【図５】自己位置を認知しているノードで行われる動作を示したフローチャートである。
【図６】第１パケットの構造を示した図面である。
【図７】第２パケットの構造を示した図面である。
【図８】自己位置を認知していないノードで行われる動作を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
３００  制御部
３０２  センサ
３０４  格納部
３０６  送信部
３０８  受信部
３１０  測定部
【図１】
2005348418.tif 000009
【図２】
2005348418.tif 000010
【図３】
2005348418.tif 000011
【図４】
2005348418.tif 000012
【図５】
2005348418.tif 000013
【図６】
2005348418.tif 000014
【図７】
2005348418.tif 000015
【図８】
2005348418.tif 000016