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JP2009065394A - Sensor network attenuation constant estimation system, node position estimation system, estimation method, and program thereof - Google Patents

Sensor network attenuation constant estimation system, node position estimation system, estimation method, and program thereof Download PDF

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JP2009065394A
JP2009065394A JP2007230822A JP2007230822A JP2009065394A JP 2009065394 A JP2009065394 A JP 2009065394A JP 2007230822 A JP2007230822 A JP 2007230822A JP 2007230822 A JP2007230822 A JP 2007230822A JP 2009065394 A JP2009065394 A JP 2009065394A
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JP
Japan
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node
attenuation constant
function
electric field
target node
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Withdrawn
Application number
JP2007230822A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsushi Ikeue
哲史 井家上
Kazuya Tateishi
和也 立石
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Meiji University
Original Assignee
Meiji University
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Publication date
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Publication of JP2009065394A publication Critical patent/JP2009065394A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system for estimating an attenuation constant α by using reception field intensity information received at a fixed node, and a position estimation system, or the like for estimating a mobile node position by using the system. <P>SOLUTION: The system is provided with a plurality of fixed nodes 20 for receiving a signal from a mobile node 30 within a sensor network area and measuring its reception field intensity P<SB>i</SB>, and a node position estimating device 40 for collecting the measured reception field intensity P<SB>i</SB>to estimate the position of a mobile node 30 on the basis of the reception field intensity P<SB>i</SB>, wherein the node position estimating device 40 comprises: a temporary position specifying means 81 for temporarily specifying a three-dimensional temporary position of the mobile node 30 according to the received field intensity P<SB>i</SB>; a distance function calculating means 82 for calculating a function D of the total amount about distances d<SB>i</SB>to respective fixed nodes 20 on the basis of the temporary position of the mobile node 30; and an attenuation constant operating means 83 for operating and calculating an attenuation constant α of radio wave propagation about positional environment of the mobile node 30 on the basis of the total amount of the received field intensity P<SB>i</SB>and the function D. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、センサネットワーク内におけるターゲットノードの位置を推定するために必要な伝搬環境の減衰定数を推定するための減衰定数推定システム、ノード位置推定システム等に係り、特に、これらと、その推定方法、及びそのプログラムに関する。   The present invention relates to an attenuation constant estimation system, a node position estimation system, and the like for estimating an attenuation constant of a propagation environment necessary for estimating a position of a target node in a sensor network. And the program.

近年、ユビキタス社会へ向けたセンサネットワーク技術が注目を集めている。センサネットワークでは、多量のセンサ機能を備えた小型無線端末(「ノード」と呼ばれる)が分散配置され、自律的にネットワークを形成し、各端末で必要な情報を収集し、その収集した情報を情報処理センターや情報を必要とするクライアントに送ることができる。その応用例は、オフィスでの省エネルギーや医療,福祉,災害,防災,交通など様々である。   In recent years, sensor network technology for ubiquitous society has attracted attention. In a sensor network, small wireless terminals (called “nodes”) equipped with a large amount of sensor functions are distributed in a distributed manner, forming a network autonomously, collecting necessary information at each terminal, and collecting the collected information as information It can be sent to a processing center or a client who needs information. The application examples are various such as energy saving in the office, medical care, welfare, disaster, disaster prevention, and transportation.

ここで、無線LANよりも更に狭い範囲(数〔m〕〜数10〔m〕)で使う無線ネットワークはWPAN(Wireless Personal Area Network)と呼ばれている。ここで、「ジグビー(ZigBee)」(現在、Koninklijke Philips Electronics N.V.の登録商標)は、このWPANの標準規格の1つである(無線通信規格IEEE802.15.4(無線周波数は2.4〔GHz〕))。
この無線端末は、低消費電力と6万を超える無線端末がメッシュ型やツリー型のネットワークを構成し、ジグビールータ(ZigBee Router )がデータを中継することで、直接電波の届かない端末間でも通信が可能な相互通信ネットワークが作れるなど、センサネットワークでの利用普及が期待されている。勿論、ZigBeeだけでなく、例えば、ブルートゥース(Bluetooth )などの各種の技術を使ってセンサネットワークは構築可能である。
Here, a wireless network used in a narrower range (several [m] to several tens [m]) than the wireless LAN is called a WPAN (Wireless Personal Area Network). Here, “ZigBee” (currently a registered trademark of Koninklijke Philips Electronics NV) is one of the standards of this WPAN (wireless communication standard IEEE 802.15.4 (radio frequency is 2.4 [GHz]). ])).
This wireless terminal has low power consumption and more than 60,000 wireless terminals form a mesh or tree type network, and ZigBee Router relays data, allowing communication even between terminals that do not receive radio waves directly It is expected to be widely used in sensor networks. Of course, a sensor network can be constructed using not only ZigBee but also various technologies such as Bluetooth.

このようなセンサネットワークでは、ノードが移動する場合も多く、ノード(無線端末)の位置情報が重要となる場合が多く、これまでにも数々の位置推定に関する研究がなされている。例えば、GPS、赤外線、超音波などを使った位置計測システムがあるが、これらは計測専用のハードウェアが必要であり、省電力化、小型化、低コスト化を目指すセンサノードには不向きである。   In such a sensor network, the node often moves, and the position information of the node (wireless terminal) is often important, and many studies on position estimation have been made so far. For example, there are position measurement systems using GPS, infrared rays, ultrasonic waves, etc., but these require hardware dedicated to measurement, and are not suitable for sensor nodes aiming at power saving, downsizing, and cost reduction. .

一方、電波の受信電界強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)から距離を推定する手法は、簡易に測定可能な受信電界強度を用いるため、新たなハードウェアを必要とせず、センサネットワークに求められる端末の小型化、低コスト化の実現に最適であるといえる。   On the other hand, the method of estimating the distance from the received signal strength indicator (RSSI) of the radio wave uses a received electric field strength that can be easily measured, and therefore does not require new hardware, and is required for a sensor network. It can be said that it is optimal for realizing miniaturization and cost reduction.

ここで、RSSIによる位置推定方法の原理について説明する。本位置推定方法は、受信電界強度pと送受信端末(ノード)間の距離dとの間に、種々の原因によるばらつきを除くと、平均的には次式で表される関係があることに基づくものである。   Here, the principle of the position estimation method based on RSSI will be described. This position estimation method is based on the fact that there is an average relationship between the received electric field strength p and the distance d between the transmitting and receiving terminals (nodes), excluding variations due to various causes, expressed by the following equation. Is.

(数1)
p=Cd−α ………(1)
ここで、αは電波伝播の距離に対する減衰の度合いを表す伝播パラメータで、通常は減衰定数と呼ばれている。この減衰定数αは、屋内等の環境では反射波等の影響もありノードの位置環境によって異なった値をとり、その数値は、一般には2〜4の間で変化するものとして知られている。そして、減衰定数αの値が大きいほど同じ距離でも減衰が激しいことを示している。また、上式(1)の記号Cは、d=1のときの受信電界強度、即ち単位距離での受信電界強度を示しており、送信ノードの送信電力、送信周波数が一定である場合は一定の値となる。
(Equation 1)
p = Cd− α (1)
Here, α is a propagation parameter representing the degree of attenuation with respect to the distance of radio wave propagation, and is usually called an attenuation constant. This attenuation constant α is known to take a different value depending on the position environment of the node due to the influence of reflected waves and the like in an indoor environment, and the value generally varies between 2 and 4. In addition, the larger the value of the attenuation constant α, the stronger the attenuation at the same distance. The symbol C in the above equation (1) indicates the reception electric field strength when d = 1, that is, the reception electric field strength at a unit distance, and is constant when the transmission power and transmission frequency of the transmission node are constant. It becomes the value of.

そこで、ある受信ノードで受信電界強度Pが測定されると、そのノード位置での減衰定数αが予め分かっているとすると、この式(1)に基づいて、受信電界強度Cは一定であるから、距離dが推定できることになる。   Therefore, when the received electric field strength P is measured at a certain receiving node, if the attenuation constant α at the node position is known in advance, the received electric field strength C is constant based on this equation (1). The distance d can be estimated.

このように、受信電界強度(RSSI)を用いた位置推定手法は、ノード位置を推定したい環境において、予め減衰定数αを調査して知っておく必要がある。
そのためには、無線端末での通信時における位置推定のための受信電界強度の測定とは別に、様々な距離や環境に対して事前に受信電界強度を測定し、得られた測定データに近似を施して減衰定数αを予め決定しておく必要がある。この作業は時間と手間がかかり容易ではない。このため、RSSI(受信電界強度)方式のデメリット(欠点)の一つとなっている。
As described above, the position estimation method using the received electric field strength (RSSI) needs to know the attenuation constant α in advance in an environment where the node position is to be estimated.
For this purpose, the received field strength is measured in advance for various distances and environments separately from the measurement of the received field strength for position estimation at the time of communication with a wireless terminal, and the obtained measurement data is approximated. It is necessary to determine the attenuation constant α in advance. This operation is time consuming and laborious and is not easy. For this reason, it is one of the disadvantages (defects) of the RSSI (Receiving Electric Field Strength) method.

そこで、これまでに、伝播環境を事前に調査せず、減衰定数の値を2〜4の間で変化させて無数の位置を推定し、外れ値を除外する方法が提案されている(非特許文献1)。   So far, a method has been proposed in which the propagation environment is not investigated in advance, the value of the attenuation constant is changed between 2 and 4, and an infinite number of positions are estimated and outliers are excluded (non-patent document). Reference 1).

山田他「局所的な減衰定数の違いを考慮した屋内位置推定方法」電子情報通信学会、第2種研究会資料SN2006−38(2006.12)Yamada et al. “Indoor location estimation method considering local attenuation constant differences” IEICE, Type 2 Study Group Document SN 2006-38 (2006.12)

しかしながら、上述した手法のものは、確かに事前の調査は不要であるが、各端末での減衰定数が変化し、全てのパターンで推定を行なうため、膨大な計算量が必要となり、リアルタイム性が問われるアプリケーションには利用し難いという本質的な欠点がある。   However, the method described above certainly does not require prior investigation, but the attenuation constant at each terminal changes and estimation is performed for all patterns, which requires a huge amount of calculation and real-time performance. The questioned application has the inherent disadvantage of being difficult to use.

このように、RSSIを用いた位置推定方法は、位置を推定したい環境において事前に伝播環境(減衰定数α)を調査しなければならないという煩わしさがあり、また、この事前調査を省く上述の提案でも、膨大な計算量となり、リアルタイム性が問われるアプリケーションには利用し難いという問題点を抱えている。   As described above, the position estimation method using RSSI has the trouble of having to investigate the propagation environment (attenuation constant α) in advance in the environment where the position is to be estimated. However, there is a problem that the calculation amount is enormous and it is difficult to use for applications that require real-time performance.

(発明の目的)
本発明は、上記問題に鑑み、事前調査なしに、固定ノードでの受信電界強度の測定データを利用して、減衰定数αを有効に求めるようにした減衰定数推定システム及びその方法、プログラム、さらには、これを利用したノード位置推定システム及びその方法、プログラムを提供することを、その目的とする。
(Object of invention)
In view of the above problems, the present invention provides an attenuation constant estimation system and method, program, and program for effectively obtaining the attenuation constant α by using measurement data of received electric field strength at a fixed node without prior investigation. An object of the present invention is to provide a node position estimation system, method, and program using this.

上記目的を達成するため、本発明にかかるセンサネットワーク用減衰定数推定システムは、センサネットワーク領域内のターゲットノードからの無線信号を受信しその受信電界強度Pを測定する複数の固定ノードと、この測定された前記受信電界強度Pを収集しこれに基づいて前記ターゲットノードの位置を推定するノード位置推定装置とを備え、前記ノード位置推定装置を、前記受信電界強度Pに基づいて前記ターゲットノードの三次元の仮位置を仮特定する仮位置特定手段と、この仮特定されたターゲットノードの仮位置に基づいて各固定ノードとの間の距離dにかかる総和の関数Dを求める距離関数算定手段と、前記受信電界強度Pの総和及び前記算定された関数Dに基づいて当該ターゲットノードの位置環境にかかる電波伝搬の減衰定数αを通信毎に演算し算定する減衰定数演算手段とにより構成としたことを特徴とする。 To achieve the above object, the attenuation constant estimation system sensor network according to the present invention receives a radio signal from the target node of the sensor network region and a plurality of fixed nodes for measuring the received field strength P i, the A node position estimating device that collects the measured received electric field strength P i and estimates the position of the target node based on the collected received electric field strength P i, and the node position estimating device uses the target based on the received electric field strength P i A distance function for temporarily determining a three-dimensional temporary position of a node and a function D of a summation of distances d i between the fixed nodes based on the temporary position of the temporarily specified target node and calculating means, according to the position environment of the target node based on the sum and the calculated been function D of the received signal strength P i Characterized by being configured by a damping constant computing means for calculating calculates the attenuation constant of the wave propagation α for each communication.

また、上記目的を達成するため、本発明にかかるノード位置推定システムは、センサネットワーク領域内におけるターゲットノードからの無線信号を受信すると共にその受信電界強度Pを測定する前記センサネットワーク領域内に配置された複数の固定ノードと、この各固定ノードで測定された前記受信電界強度Pを収集すると共に当該収集した受信電界強度Pにかかる情報に基づいて前記ターゲットノードのノード位置を推定するノード位置推定装置とを備え、前記ノード位置推定装置を、前記収集した前記受信電界強度Pに基づいて前記ターゲットノードの三次元の仮位置を特定する仮位置特定手段と、前記特定されたターゲットノードの仮位置に基づいて各固定ノードとの間の距離dにかかる対数の総和の関数Dを求める距離関数算定手段と、前記各固定ノードで収集された前記受信電界強度Pの総和および前記算定された関数Dに基づいて当該ターゲットノードの位置環境にかかる電波伝搬の減衰定数αを通信毎に、α=(N×P−ΣP)/〔10×D(xm,ym,zm)〕、(ここで、Pは単位距離における受信電界強度、Nは受信可能な固定ノードの数、xm,ym,zmはターゲットノードの三次元の仮位置)をもって演算し算定する減衰定数演算手段とを備えた構成とし、この推定された減衰定数αに基づいて前記ターゲットノードの位置を通信毎に推定するノード位置演算手段とを設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the node position estimation system according to the present invention, disposed in the sensor network region for measuring the received field strength P i which receives the radio signals from the target node in the sensor network region a plurality of fixed nodes, the nodes to estimate the node location of the target node based on the collected such information to the received field strength P i was with collecting measured the received signal strength P i at the respective fixed node A temporary position specifying means for specifying a three-dimensional temporary position of the target node based on the collected received electric field strength Pi , and the specified target node. seeking function D of the logarithm of the sum according to the distance d i between the fixed node based on the temporary position of A distance function calculating means, the attenuation constant α of such radio wave propagation in the position environment of the target node for each communication based on the sum and the calculated been function D of the received signal strength P i that is collected at each fixed node , Α = (N × P 0 −ΣP i ) / [10 × D (xm, ym, zm)], where P 0 is the received electric field strength at a unit distance, N is the number of fixed nodes that can be received, xm, ym, and zm are each provided with an attenuation constant calculating means for calculating and calculating with the three-dimensional temporary position of the target node), and the position of the target node is determined for each communication based on the estimated attenuation constant α. A node position calculation means for estimation is provided.

更に、上記目的を達成するため、本発明にかかるセンサネットワーク用減衰定数推定方法は、センサネットワーク領域内のターゲットノードからの無線信号を複数の各固定ノードで受信すると共にその受信電界強度Pを測定する第1の工程と、この測定された受信電界強度Pの情報を収集し,これに基づいて前記ターゲットノードの三次元の仮位置を仮特定する第2の工程と、この仮特定されたターゲットノードの仮位置に基づいて各固定ノードとの間の距離dにかかる総和の関数Dを求める第3の工程と、この第2の工程で収集された受信電界強度Pの総和および前記第3の工程で算定される関数Dの内容に基づいて、当該ターゲットノードの位置環境にかかる電波伝搬の減衰定数αを予め特定した演算式に基づいて通信毎に演算し算定する第4の工程とを設けたことを特徴とする。 Furthermore, in order to achieve the above object, a method for estimating an attenuation constant for a sensor network according to the present invention receives a radio signal from a target node in a sensor network area at each of a plurality of fixed nodes and sets the received electric field strength P i thereof. A first step of measuring, a second step of collecting information of the measured received electric field strength P i and temporarily specifying the three-dimensional temporary position of the target node based on the collected information; A third step of obtaining a function D of the sum of distances d i between each fixed node based on the temporary position of the target node, a sum of the received electric field strengths P i collected in the second step, and Based on the contents of the function D calculated in the third step, the attenuation constant α of radio wave propagation applied to the position environment of the target node is calculated for each communication based on an arithmetic expression specified in advance. Characterized in that a fourth step of calculated.

又、上記目的を達成するため、本発明にかかるノード位置推定方法は、センサネットワーク領域内におけるターゲットノードからの無線信号を複数の各固定ノードで受信すると共にその受信電界強度Pを測定する第1の工程と、前記第1の工程で測定される受信電界強度Pにかかる情報を収集すると共に、当該収集された各固定ノードの前記受信電界強度Pに基づいて前記ターゲットノードの三次元の仮位置を仮特定する第2の工程と、前記第2の工程で仮特定されたターゲットノードの仮位置に基づいて各固定ノードとの間の距離dにかかる対数の総和の関数Dの内容を特定する第3の工程と、前記第2の工程で収集された受信電界強度Pの総和および前記第3の工程で算定される関数Dの内容に基づいて、当該ターゲットノードの位置環境にかかる電波伝搬の減衰定数αを、α=(N×P−ΣP)/〔10×D(xm,ym,zm)〕として(ここで、Pは単位距離における受信電界強度、Nは受信可能な固定ノードの数、xm,ym,zmはターゲットノードの三次元の仮位置),これを通信毎に演算し算定する第4の工程と、この推定された減衰定数αに基づいて前記ターゲットノードの位置を通信毎に推定する第5の工程とを設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a node position estimation method according to the present invention is a method of receiving a radio signal from a target node in a sensor network region at each of a plurality of fixed nodes and measuring the received electric field strength P i . 1 and the information on the received electric field strength P i measured in the first step, and the three-dimensional of the target node based on the received electric field strength P i of each of the collected fixed nodes. And a function D of the sum of logarithms over the distance d i between each fixed node based on the provisional position of the target node provisionally identified in the second step. a third step of specifying a content, based on the contents of the function D is calculated by the sum and the third step of the received signal strength P i collected in the second step, the target The alpha decay constants of such radio wave propagation in the position environment over de, α = (N × P 0 -ΣP i) / [10 × D (xm, ym, zm) ] As (where, P 0 is the unit distance Received electric field strength, N is the number of fixed nodes that can be received, xm, ym, zm are the three-dimensional temporary positions of the target nodes), a fourth step of calculating and calculating this for each communication, and this estimated attenuation And a fifth step of estimating the position of the target node for each communication based on a constant α.

又、上記目的を達成するため、本発明にかかるセンサネットワーク用減衰定数推定プログラムは、センサネットワーク領域内のターゲットノードからの無線信号を受信しその受信電界強度Pを測定する複数の固定ノードと、この測定された前記受信電界強度Pを収集しこれに基づいて前記ターゲットノードの位置を推定するノード位置推定装置とを備えたセンサネットワークにあって、前記収集された受信電界強度P及びその総和に基づいて前記ターゲットノードの三次元の仮位置を仮特定するノード位置仮特定機能、この仮特定された前記ターゲットノードの仮位置に基づいて各固定ノードとの間の距離dにかかる総和の関数Dを求める距離関数算定機能、前記受信電界強度Pi の総和及び前記算定された関数Dに基づいて当該ターゲットノードの位置環境にかかる電波伝搬の減衰定数αを予め特定された演算式に基づいて通信毎に演算し算定する減衰定数演算機能、を前記ノード位置推定装置に装備されたコンピュータに実行させるようにしたことを特徴とする。 Further, in order to achieve the above object, the attenuation constant estimation program sensor network according to the present invention receives a radio signal from the target node of the sensor network region and a plurality of fixed nodes for measuring the received field strength P i A sensor network including a node position estimation device that collects the measured received field strength P i and estimates the position of the target node based on the collected received field strength P i, and the collected received field strength P i and A temporary node position specifying function for temporarily specifying a three-dimensional temporary position of the target node based on the sum, and a distance d i between each fixed node based on the temporary position of the temporary target node Based on the distance function calculation function for obtaining the sum function D, the sum of the received electric field strengths Pi, and the calculated function D An attenuation constant calculation function for calculating and calculating an attenuation constant α of radio wave propagation related to the position environment of the target node for each communication based on a previously specified calculation formula is executed by a computer equipped in the node position estimation device. It is characterized by that.

本発明は上述したように構成したので、これによると、減衰定数αの特定に際しては手間と時間のかかる事前調査を行うことなく、ほぼ同等の精度で、通信時に各固定ノードに受信される受信電界強度にかかる情報を利用してその場でリアルタイムに減衰定数αを有効に推定することができ、ひいてはターゲットノードの位置特定を迅速に行うことができるという従来にない優れた効果を奏する。   Since the present invention is configured as described above, according to this, reception that is received by each fixed node at the time of communication with substantially the same accuracy without performing a laborious and time-consuming preliminary investigation when specifying the attenuation constant α. It is possible to effectively estimate the attenuation constant α in real time on the spot using the information related to the electric field strength, and as a result, it is possible to quickly identify the position of the target node.

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本実施形態におけるノード位置推定システム10の概略構成を示す概念図である。このノード位置推定システム10は、分散配置された複数の固定ノード20で構成されるセンサネットワーク1と、そのセンサネットワーク領域内に置かれた移動ノード(ターゲットノード)30と、その移動ノード30の位置を推定するノード位置推定装置40とを備えて構成されている。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a node position estimation system 10 in the present embodiment. The node position estimation system 10 includes a sensor network 1 composed of a plurality of fixed nodes 20 distributed, a mobile node (target node) 30 placed in the sensor network area, and a position of the mobile node 30. And a node position estimation device 40 for estimating.

固定ノード20は、センサ機能と無線通信機能を有し固定位置に分散配置されており、同じくセンサ機能と無線通信機能を有する移動ノード(ターゲットノード)30から発射される電波(パケット)を固定ノード20で受信するときに同時に受信電界強度を測定し、この測定された受信電界強度データをノード位置推定に利用するため、ノード位置推定装置40に送るように構成されている。   The fixed node 20 has a sensor function and a wireless communication function, is distributed in fixed positions, and transmits radio waves (packets) emitted from a mobile node (target node) 30 that also has the sensor function and the wireless communication function. At the same time, the received electric field strength is measured at the time of receiving at 20, and the measured received electric field strength data is sent to the node position estimating device 40 for use in node position estimation.

ノード位置推定装置40は、全体としてセンサネットワーク(固定ノード)からの受信電界強度に基づいて移動ノード位置を推定する機能を備えている。このため、このノード位置推定装置40は、図2に示すように、センサネットワークとの情報転送を制御しノードからの受信電界強度データ等のセンシングデータを取得するインタフェース・モジュール42、前記受信電界強度データに基づき減衰定数αを推定する減衰定数推定モジュール44、及びこの推定された減衰定数αを用いて移動ノード(ターゲットノード)の位置を推定するノード位置推定モジュール46、及び固定ノード位置情報等を蓄積する記憶モジュール48を備えて構成されている。   The node position estimation device 40 has a function of estimating the position of the mobile node based on the received electric field strength from the sensor network (fixed node) as a whole. For this reason, as shown in FIG. 2, the node position estimation device 40 controls the information transfer with the sensor network and acquires sensing data such as received field strength data from the node, and the received field strength. An attenuation constant estimation module 44 that estimates the attenuation constant α based on the data, a node position estimation module 46 that estimates the position of the mobile node (target node) using the estimated attenuation constant α, fixed node position information, etc. A storage module 48 for accumulation is provided.

ここで、この図2では、これら各モジュール42,44,46,48は、ノード位置推定装置40の枠内で一体的に構成されているように表示したが、それぞれを別装置として構成し、相互通信機能を保持して分散配置してもよい。
また、この図2において、センサネットワーク1と、前述したノード位置推定装置40内の各モジュール42,44,48とにより、センサネットワーク用減衰定数推定システムが構成されている。
Here, in FIG. 2, these modules 42, 44, 46, and 48 are displayed as being integrally configured within the frame of the node position estimation device 40, but each is configured as a separate device, The mutual communication function may be retained and distributed.
In FIG. 2, the sensor network 1 and the modules 42, 44, and 48 in the node position estimation device 40 described above constitute a sensor network attenuation constant estimation system.

又、前述したノード位置推定システム10は、センサネットワークの特定の形態や動作等に制約される必要性はない。例えば、受信電界強度データ等を収集・管理する方法についても、各固定ノード20間及び固定ノード20とノード位置推定装置40は相互間でIEEE.802.15.4標準規格に準拠した情報転送能力を有し自律的なセンサネットワークを形成してもよい。或いは、データ管理装置が主体的に各ノードへ働きかけセンシング情報を収集する機能を備えていてもよい。
本実施形態におけるノード位置推定システム10にあって、基本的な内容は、各固定ノードで収集された測定データに基づくデータ処理を基本としており、測定データが前述したノード位置推定装置40で利用され得るように構成した点が重要である。
Further, the node position estimation system 10 described above need not be restricted by a specific form or operation of the sensor network. For example, with respect to a method for collecting and managing received electric field strength data and the like, the IEEE. An autonomous sensor network having information transfer capability conforming to the 802.15.4 standard may be formed. Alternatively, the data management apparatus may be provided with a function of actively acting on each node to collect sensing information.
In the node position estimation system 10 according to the present embodiment, the basic content is based on data processing based on measurement data collected at each fixed node, and the measurement data is used by the node position estimation device 40 described above. The point that it is structured to obtain is important.

次に、上記減衰定数推定システムで推定された減衰定数を使用して前述した移動ノード(ターゲットノード)30の位置推定にかかるノード位置推定システム10について、その動作の概要を説明し、その後に、詳細な説明を行なう。
図3は、本ノード位置推定システム10の概略の動作を示すフローチャートである。
この図3において、先ず、位置推定の対象である移動ノード(ターゲットノード)30から全方位に送信電波(パケット)が送出される(ステップS101、電波送出工程)。このターゲットノード30から全方位に電波送信は、自律的に行なってもよいし、ノード位置推定装置40(特にインタフェース・モジュール42)からの指令に基づいて行なってもよい。
Next, an outline of the operation of the node position estimation system 10 according to the position estimation of the mobile node (target node) 30 described above using the attenuation constant estimated by the attenuation constant estimation system will be described. Detailed explanation will be given.
FIG. 3 is a flowchart showing a schematic operation of the node position estimation system 10.
In FIG. 3, first, transmission radio waves (packets) are transmitted in all directions from a mobile node (target node) 30 that is a position estimation target (step S101, radio wave transmission step). The radio wave transmission from the target node 30 in all directions may be performed autonomously or based on a command from the node position estimation device 40 (particularly, the interface module 42).

このターゲットノード30からの送信電波(パケット)は、各固定ノード20のセンサで受信され、同時にこのとき受信電界強度も測定される(ステップS102、電界強度測定工程、第1の工程)。そして、この測定データは、直接又は固定ノード20を介して、情報処理装置40へ転送される(ステップS103、データ転送工程)。   The transmission radio wave (packet) from the target node 30 is received by the sensor of each fixed node 20, and at the same time, the received electric field strength is measured (step S102, electric field strength measuring step, first step). The measurement data is transferred to the information processing apparatus 40 directly or via the fixed node 20 (step S103, data transfer process).

ノード位置推定装置40では、集められた各固定ノード20からの受信電界強度Pの測定データに基づいて、先ず、減衰定数推定モジュール44において、減衰定数αの推定が行われる(ステップS104、減衰定数推定工程)。この場合、本実施形態では、この推定の精度向上を意図して、更に、逐次近似の手法を利用する手法も採用している(詳細は後述する)。この場合、ターゲットノード30からの電波の送信と各固定ノード20での電波の受信、電界強度の測定、電界強度測定データの転送、減衰定数の推定が繰り返し行われる。そして、この繰り返し過程は、例えば一定回数を繰り返したと判断されると終了する。 In the node position estimation device 40, first, the attenuation constant α is estimated by the attenuation constant estimation module 44 based on the collected measurement data of the received electric field strength P i from each fixed node 20 (step S104, attenuation). Constant estimation step). In this case, in the present embodiment, a method using a successive approximation method is also employed in order to improve the accuracy of the estimation (details will be described later). In this case, transmission of radio waves from the target node 30 and reception of radio waves at each fixed node 20, measurement of electric field strength, transfer of electric field strength measurement data, and estimation of attenuation constant are repeated. Then, this repeating process ends when it is determined that a certain number of times has been repeated, for example.

この減衰定数推定工程が終了すると、位置推定モジュール(ノード位置推定手段)46では、減衰定数αを用いて、第i番目の固定ノードでの受信電力Pの測定値にばらつきがなければ、式(1):P=Cd −α より、定数Cが既知であるから、ターゲットノードと第i番目の固定ノード間の距離dが原理的に求まる。
これにより、各固定ノードからターゲットノードまでの距離dを用いて(最低3つ)、幾何学的関係からターゲットノード位置が決定できる。一方、実際の場では、受信電力pの測定値にばらつきがあり、求めた距離dにもばらつきが入ってしまう。そのための工夫として受信電力Pの平均値を求めて、距離dを求めるといった方法もあるが、ここでは、後述するように、一般によく知られた「確率密度関数を用いた推定」(最尤推定法)をターゲットノード位置の推定に使用している。
When the attenuation constant estimation process is completed, the location estimation module (node position estimating means) 46, using an attenuation constant alpha, if there is no variation in the measured values of the received power P i at the i-th fixed node, wherein (1): Since P i = Cd i −α , since the constant C is known, the distance d i between the target node and the i-th fixed node is obtained in principle.
Thus, the target node position can be determined from the geometric relationship using the distances d i from each fixed node to the target node (at least three). On the other hand, in the actual field, the measured value of the received power p i varies, and the obtained distance d i also varies. For this purpose, there is a method of obtaining the average value of the received power P i and obtaining the distance d i , but here, as will be described later, generally known “estimation using a probability density function” (maximum Likelihood estimation method) is used to estimate the target node position.

次に、本発明の基本的部分である減衰定数αを推定する減衰定数推定モジュール44の構成と、その動作(減衰定数推定工程:ステップS104)について説明する。
ここで、その動作の内容を明確化するため、最初に、本減衰定数推定方法の原理を説明する。
Next, the configuration and operation (attenuation constant estimation step: step S104) of the attenuation constant estimation module 44 for estimating the attenuation constant α, which is a basic part of the present invention, will be described.
Here, in order to clarify the contents of the operation, first, the principle of the present attenuation constant estimation method will be described.

この減衰定数推定方法は、通信毎に、各固定ノード20における受信電界強度の測定データPのみを用いて減衰定数αを推定することを特徴としている。 The decay constant estimation method, for each communication, is characterized by estimating the attenuation constant α by using only the measurement data P i of the reception field strength at each fixed node 20.

この受信電界強度は、ばらつきを無視した平均値では、式(1)で示したように、減衰定数αと距離dから一意的に決定されるという性質を有しているが(Cは送信電力が同じであれば一定である)、実際には受信電界強度は、受信点での雑音やフェージングなどによる影響のため「ばらつき」がある。   This received electric field strength has a property that it is uniquely determined from the attenuation constant α and the distance d as shown in the equation (1) in the average value ignoring variation (C is the transmission power). In fact, the received electric field strength has “variation” due to the influence of noise or fading at the reception point.

そのため、本減衰定数推定方法は、「ばらつき」を含んだこれら測定データPを、多数の固定ノード及び異時刻における測定データに基づいて統計的に処理することによって誤差の少ない減衰定数αを推定するものである。
なお、受信電界強度Pのばらつきは一般に正規分布をしていると言われているが、本方法はこの分布の形には直接依存しておらず、より一般的な分布にも適用可能である。
Therefore, the damping constant estimation method, these measured data P i containing a "variation", estimates less attenuation constant α of errors by statistical processing based on the measurement data in a large number of fixed nodes and different time To do.
Note that variations in the received field strength P i is commonly said to be a normal distribution, but the method is not dependent directly on the shape of the distribution, it can also be applied to a more general distribution is there.

ここで、今後の取り扱いの便宜のため、本減衰定数推定方法及び位置推定方法の基本式である式(1)を、対数表示に変えたものを次式(2)に示す。   Here, for the convenience of future handling, the following equation (2) is obtained by replacing the equation (1), which is the basic equation of the present attenuation constant estimation method and position estimation method, with a logarithmic display.

(数2)
=P−10αlog10+ε …………………(2)
この式(2)は、前述した式(1)の両辺の対数(デシベル表示にするため、底10の常用対数をとり10倍する)を取り、電波を受信したN個の各固定ノード(i番目)での受信電界強度をP[デシベル表示:dBm ]とし、単位距離での電界強度P[デシベル表示:dBm ]、減衰定数α、移動ノードからi番目の固定位置ノード(位置座標は(x,y,z)とする)までの距離dを、
= [(x−x+(y−y+(z−z1/2
とし、理論値からのばらつきをεとしたものである。
(Equation 2)
P i = P 0 -10αlog 10 d i + ε i ..................... (2)
This equation (2) takes the logarithm of both sides of the above-described equation (1) (the common logarithm of the base 10 is multiplied by 10 for decibel display), and each of the N fixed nodes (i The received field intensity at the second) is P i [decibel display: dBm], the electric field intensity P 0 [decibel display: dBm] at the unit distance, the attenuation constant α, the i-th fixed position node from the mobile node (position coordinates are The distance d i to (x i , y i , z i ))
d i = [(x−x i ) 2 + (y−y i ) 2 + (z−z i ) 2 ] 1/2
The variation from the theoretical value is ε i .

尚、単位距離での電界強度P[デシベル表示:dBm]の理論値は、次のフリスの伝達公式より、以下の関係を利用して求めることもできる。 The theoretical value of the electric field intensity P 0 [decibel display: dBm] at a unit distance can also be obtained from the following Friis transmission formula using the following relationship.

[dBm]=Pt+Gt+Gr−PLd=1 (フリスの伝達公式)

ここで、Ptは送信電力[dBm]、Gtは送信アンテナ利得[dBm]、Grは受信アンテナ利得[dBm]である。また、PLd=1 は、単位距離[1m]におけるパスロス[dBm]を表しており、距離d、電波の波長λとして,一般にPL=10log10(4πd/λ)と表されるものに、d=1と置いて得られるものである。
P 0 [dBm] = Pt + Gt + Gr−PL d = 1 (Fris's transmission formula)

Here, Pt is transmission power [dBm], Gt is transmission antenna gain [dBm], and Gr is reception antenna gain [dBm]. PL d = 1 represents a path loss [dBm] at a unit distance [1 m], and the distance d and the wavelength λ of the radio wave are generally expressed as PL = 10 log 10 (4πd / λ) 2 . It is obtained by setting d = 1.

次に、上式(2)の総和、すなわち、移動ノードからの電波が一定の受信電界強度レベル以上で受信されたN個の固定位置ノードからの受信電界強度Pの総和を作ると、次式(3)のように表される。 Then, the sum of the equation (2), i.e., when making the sum of the received signal strength P i from N fixed location node received radio waves at a constant received signal strength level or higher from the mobile node, the next It is expressed as equation (3).

(数3)
ΣP=ΣP−10αΣlog10+Σε ……………(3)

ここで、理論値からのばらつきの総和Σεは、総和の数Nが大きくなるとそれ以外の各項と比べて、確率理論における大数の法則(中央極限定理)により相対的に無視できるようになる。そのため、Pは一定値で既知であり、受信電界強度Pの総和も測定データから分かるのでΣlog10が分かると、式(3)から減衰定数αが求まることになる。
(Equation 3)
ΣP i = ΣP 0 −10αΣlog 10 d i + Σε i (3)

Here, the total sum Σε i of variations from the theoretical value can be relatively ignored by the law of large numbers (central limit theorem) in probability theory, as the number N of the sum increases, compared to the other terms. Become. Therefore, P 0 is the known constant value, the Σlog 10 d i is found because even seen from the measured data the sum of the received signal strength P i, so that the α decay constants from equation (3) is obtained.

即ち、Σlog10=D(x,y,z)
と表示すると、この距離関数D(x,y,z)は、固定ノードの位置(x,y,z)が予め分かっているとすると、距離dは、
= [(x−x+(y−y+(z−z1/2 であるから、ターゲットノードの本来の三次元で特定される位置(x,y,z)のみの関数となり、(3)式から減衰定数αは次式のように表されることになる。
ここで、関数D=距離関数D(x,y,z)であり、ここでは、前述した関数Dを具体的に距離関数D(x,y,z)と表わして一般化する。
That is, Σlog 10 d i = D (x, y, z)
When the distance function D (x, y, z) is assumed to be known in advance, the distance d i is given by assuming that the position (x i , y i , z i ) of the fixed node is known in advance.
Since d i = [(x−x i ) 2 + (y−y i ) 2 + (z−z i ) 2 ] 1/2 , the position (x, y, z) only, and the attenuation constant α is expressed by the following equation from equation (3).
Here, function D = distance function D (x, y, z), and here, the above-mentioned function D is specifically expressed as a distance function D (x, y, z) and generalized.

(数4)
α=(N×P−ΣP)/(10×D(x,y,z)) …………(4)

ここで、上式(4)の分子の値は、理論値N×Pから実測値の和ΣPを引いたものであり既知である。したがって、分母のD(x,y,z)が分かると、(4)式から減衰定数αが求まることになる。
(Equation 4)
α = (N × P 0 −ΣP i ) / (10 × D (x, y, z)) (4)

Here, the value of the numerator in the above formula (4) is known by subtracting the sum ΣP i of measured values from the theoretical value N × P 0 . Therefore, if the denominator D (x, y, z) is known, the attenuation constant α can be obtained from the equation (4).

しかし、D(x,y,z)は、移動ノード位置(x,y,z)と各固定ノードとの距離dの対数の総和を表す距離関数D(x,y,z)は、「=Σlog10」であり、本ノード位置推定システム10で、最終的に推定されるべき移動ノード(ターゲットノード)30の位置が関係している。このため、このままでは、D(x,y,z)の値は定まらない。 However, D (x, y, z) is a distance function D (x, y, z) representing the sum of logarithms of the distance d i between the mobile node position (x, y, z) and each fixed node. = Σlog 10 d i ”, and the position of the mobile node (target node) 30 to be finally estimated in the node position estimation system 10 is related. For this reason, the value of D (x, y, z) is not determined as it is.

そこで、本減衰定数推定方法では、本来減衰定数αを推定した後にそれを使って特定可能な移動ノードの位置(x,y,z)を、予め暫定的に仮定するという手法を採用している。   Therefore, in this attenuation constant estimation method, a method is employed in which the position (x, y, z) of the mobile node that can be specified using the attenuation constant α after being estimated is provisionally assumed in advance. .

具体的な方法の一つは、受信電界強度が最も大きな固定ノードがあった場合には、その移動ノード位置は、その固定ノード位置(xm、ym、zm)にあると仮定するものである。これは、他の固定ノード20に比べて受信電界強度が最も大きな固定ノード20に最も近い位置にその移動ノード位置があると仮定し、更に、移動ノード位置はその固定ノード位置(xm、ym、zm)に重なっていると決定していることになる。この方法により、未知の移動ノード位置が(xm、ym、zm)に確定するので、距離関数D(xm,ym,zm)を算定することができる。   One specific method assumes that when there is a fixed node having the highest received electric field strength, the mobile node position is at the fixed node position (xm, ym, zm). This is based on the assumption that the mobile node position is at a position closest to the fixed node 20 having the highest received electric field strength compared to the other fixed nodes 20, and the mobile node position is the fixed node position (xm, ym, zm). By this method, since the unknown mobile node position is fixed at (xm, ym, zm), the distance function D (xm, ym, zm) can be calculated.

又、他の方法として、受信電界強度の強い順に2乃至4個程度の固定ノードを選択し、それら固定ノード位置とそれらの電界強度の比から、およその位置を決定してもよい。   As another method, about 2 to 4 fixed nodes may be selected in descending order of the received electric field strength, and the approximate position may be determined from the ratio between the fixed node position and the electric field strength.

ここで、距離関数D(x,y,z)の値の変化の様子を示す一例を図4に示す。
この図4は、固定ノードが等間隔(例えば2〔m〕)のメッシュ状(4×4状態)に配置されているセンサネットワーク1の場合の関数D(x,y,z)の様子を示す。
この図4に示すように、距離関数D(x,y,z)はセンサネットワーク1の中央部ではその値の変化率は小さく、周辺部に行くにつれ変化率は大きくなっている。そのため、距離関数D(x,y,z)は、センサネットワーク1の中央部付近では、移動ノード30の位置(x,y,z)が多少変化してもその値はほとんど変化がない。換言すると、センサネットワークの中央部付近では、移動ノードの位置(x,y,z)を正確に知らなくても、距離関数D(x,y,z)の値はそれほど大きく違うことはないので、比較的正確に減衰定数αが求まることになる。
Here, an example showing how the value of the distance function D (x, y, z) changes is shown in FIG.
FIG. 4 shows the state of the function D (x, y, z) in the case of the sensor network 1 in which the fixed nodes are arranged in a mesh shape (4 × 4 state) at equal intervals (for example, 2 [m]). .
As shown in FIG. 4, the distance function D (x, y, z) has a small rate of change in the central portion of the sensor network 1 and increases as it goes to the peripheral portion. Therefore, the distance function D (x, y, z) has almost no change in the vicinity of the central portion of the sensor network 1 even if the position (x, y, z) of the mobile node 30 slightly changes. In other words, the value of the distance function D (x, y, z) is not so different near the center of the sensor network without knowing the position (x, y, z) of the mobile node accurately. Therefore, the attenuation constant α can be obtained relatively accurately.

また、センサネットワーク1の中心部から離れると関数D(x,y,z)の変化率は次第に大きくなるが(図4参照)、例えば2〔m〕四方の限られた領域内では距離関数D(x,y,z)の値の変化はそれほど大きいものではない。何れにしても、仮位置が決まれば、式(4)に基づいて減衰定数αが求まる。   In addition, the rate of change of the function D (x, y, z) gradually increases as it moves away from the center of the sensor network 1 (see FIG. 4). For example, the distance function D within a limited area of 2 [m] square. The change in the value of (x, y, z) is not so great. In any case, once the temporary position is determined, the attenuation constant α is obtained based on the equation (4).

このようにして、受信電界強度のみから求まった減衰定数αは、受信電界強度のばらつきと関数D(x,y,z)の値が暫定的なため、さらに逐次近似方法によって精度を上げる工夫をしている。   In this way, the attenuation constant α obtained only from the received electric field strength is tentatively increased in accuracy by the successive approximation method because the variation in the received electric field strength and the value of the function D (x, y, z) are provisional. is doing.

次に、上に説明した原理に基づく減衰定数推定モジュール44の基本構成について説明する。図5は、この減衰定数推定モジュール44のブロック図を示すものである。   Next, a basic configuration of the attenuation constant estimation module 44 based on the principle described above will be described. FIG. 5 shows a block diagram of the attenuation constant estimation module 44.

この図5において、減衰定数推定モジュール44は、前置されたインタフェース・モジュール42から、各固定ノード20で測定されたターゲットノード30からの受信電界強度Pを受け入れ、この受信電界強度Pの情報からノード位置を仮特定するノード位置仮特定手段81と、この仮特定されたノード仮位置(xm、ym、zm)から距離関数D(xm,ym,zm)=Σlog10を算定する距離関数算定手段82と、ここで算定された距離関数D(xm,ym,zm)とさらに受信電界強度P等を用いて上式(4)に基づいて減衰定数αを算定する減衰定数演算手段83と、この算定された減衰定数αと過去に求めた減衰定数α−1とに基づいてαに修正を加える逐次近似手段84とを備えて構成されている。 In FIG. 5, the attenuation constant estimation module 44 receives the received electric field strength P i from the target node 30 measured at each fixed node 20 from the front interface module 42, and the received electric field strength P i a node position provisional identifying means 81 for temporarily identifying the node position from the information, the temporary identified node temporary position (xm, ym, zm) from the distance function D (xm, ym, zm) = Σlog calculating the 10 d i Attenuation constant calculation for calculating the attenuation constant α based on the above equation (4) using the distance function calculating means 82, the distance function D (xm, ym, zm) calculated here, and the received electric field strength P i. A means 83 and a successive approximation means 84 for correcting α based on the calculated attenuation constant α and the previously determined attenuation constant α −1 are provided.

なお、本減衰定数推定モジュール44は、各固定ノードでの受信電界強度の測定を繰り返し、上述の各手段81、82、83、84を繰り返し用いて減衰定数を求める逐次近似手法をとっているが、これを含め全体としてノード位置推定装置40の制御部(図示しない)の制御を受けている。   The attenuation constant estimation module 44 employs a successive approximation method that repeatedly measures the received electric field strength at each fixed node and repeatedly obtains the attenuation constant by using the above-described means 81, 82, 83, and 84. Including this, the control is performed by a control unit (not shown) of the node position estimation device 40 as a whole.

ノード位置仮特定手段81は、ここでは、ターゲットノードからの無線信号を各固定ノード20で受信したときの受信電界強度Pとを比較し、この内の最も受信電界強度の強い固定ノード20を特定し、その固定ノード20の位置(xm、ym、zm)を抽出する最大強度ノード抽出機能を備えている。又、このノード位置仮特定手段81は、この抽出された固定ノード20の位置(xm、ym、zm)を前記ターゲットノードの三次元の仮位置として仮特定するターゲットノード位置仮特定機能を備えている。ここにターゲットノード30の位置があると仮特定する。即ち、ターゲットノード30の仮位置を(xm、ym、zm)と特定する。尚、各固定ノード20の位置データは、本ノード位置推定装置40の記憶モジュール48に予め格納されている。 Here, the temporary node position specifying means 81 compares the received electric field strength P i when each fixed node 20 receives a radio signal from the target node, and determines the fixed node 20 having the strongest received electric field strength among them. A maximum strength node extraction function is provided that identifies and extracts the position (xm, ym, zm) of the fixed node 20. The node position temporary specifying means 81 has a target node position temporary specifying function for temporarily specifying the extracted position (xm, ym, zm) of the fixed node 20 as a three-dimensional temporary position of the target node. Yes. Here, the position of the target node 30 is provisionally specified. That is, the temporary position of the target node 30 is specified as (xm, ym, zm). Note that the position data of each fixed node 20 is stored in advance in the storage module 48 of the node position estimation apparatus 40.

距離関数算定手段82は、距離関数D(xm,ym,zm)=Σlog10を算定する。
ここで、記号dはターゲットノード30の仮位置(xm、ym、zm)とi番目の固定ノード位置との距離を表し、
= [(xm−x+(ym−y+(zm−z] 1/2
である。予め記憶されている固定ノード位置情報から、仮位置(xm、ym、zm)及びi番目の固定ノード位置(x,y,z)を求め、それを用いて距離関数D(xm,ym,zm)=Σlog10をその都度、直接算定する。
これは、距離関数D(xm,ym,zm)を予め計算しておいてテーブルにしておくための記憶領域が不足するような場合に有効な方法である。
Metric calculating means 82, the distance function D (xm, ym, zm) = Σlog calculating the 10 d i.
Here, the symbol d i represents the distance between the temporary position (xm, ym, zm) of the target node 30 and the i-th fixed node position,
d i = [(xm−x i ) 2 + (ym−y i ) 2 + (zm−z i ) 2 ] 1/2
It is. The temporary position (xm, ym, zm) and the i-th fixed node position (x i , y i , z i ) are determined from the fixed node position information stored in advance, and the distance function D (xm, ym, zm) = Σlog each time the 10 d i, calculates directly.
This is an effective method when the storage function for calculating the distance function D (xm, ym, zm) in advance and making it a table is insufficient.

減衰定数演算手段83は、前記各固定ノード20で収集された受信電界強度Pの総和および前記算定された距離関数Dに基づいて当該ターゲットノードの位置環境にかかる電波伝搬の減衰定数αを通信毎に、α=f〔ΣP,D〕、をもって演算し算定する機能を備えている。
換言すると、この減衰定数演算手段83は、既に分かっている受信電界強度Pと距離関数D(xm,ym,zm)を用いて,減衰定数αを、次式、
α=f〔ΣP,D〕
=(N×P−ΣP)/(10×D(xm,ym,zm))
に基づいて演算する。
ここで、分子のNは受信可能な固定ノードの数であり、Pは既に述べたフリスの伝達式で決まる単位距離での受信電界強度であり、共に既知であるからN×Pも計算でき、減衰定数αが演算により求まる。
Damping constant computing means 83, the sum and the calculated communication the attenuation constant α of the distance function D wave propagation in accordance with the position environment of the target node based on the received signal strength P i that is collected at each fixed node 20 Each has a function of calculating and calculating with α = f [ΣP i , D].
In other words, the attenuation constant calculating means 83 uses the received electric field strength P i and the distance function D (xm, ym, zm) that are already known, and calculates the attenuation constant α by the following equation:
α = f [ΣP i , D]
= (N × P 0 −ΣP i ) / (10 × D (xm, ym, zm))
Calculate based on
Here, N in the numerator is the number of fixed nodes that can be received, and P 0 is the received electric field intensity at a unit distance determined by the Friis transfer equation already described. Since both are known, N × P 0 is also calculated. The attenuation constant α can be obtained by calculation.

ここで、前述したノード位置推定装置は、受信電界強度Pの測定およびこれに対応した減衰定数αの推定演算を経時的にn回繰り返し実行するn回繰り返し実行する機能を備えている。このノード位置推定装置は、更に、n回目に推定演算した減衰定数をαとして、n−1回目の減衰定数をαn−1 、R(0<R≦1)を学習率として予め装備したメモリに記憶された次式、α=αn−1 +R(α−αn−1 )、を用いて当該減衰定数αを逐次近似して演算する減衰定数近似演算機能(逐次近似手段84)を備えている。
そして、この場合、前述したノード位置演算手段は、前記減衰定数近似演算機能(逐次近似手段84)によって近似された減衰定数をαを前記減衰定数をαに代えて用いるように構成されている。
即ち、逐次近似手段84は、n回目に算出された減衰定数αとその一つ前に算出された減衰定数αn−1 の差分をとり、その差分に学習率R(0<R≦1)を掛けた修正項を作り、その修正項を減衰定数αn−1 に加えて新たな減衰定数αを算定している。式で表すと、「α=αn−1 +R(α−αn−1 )」となる。
Here, the above-described node position estimation device has a function of repeatedly executing n times of measurement of the received electric field strength P i and the corresponding calculation of the attenuation constant α corresponding to the measurement. This node position estimation apparatus is further equipped in advance with the nth attenuation constant estimated as α n , the n−1th attenuation constant as α n−1 , and R (0 <R ≦ 1) as a learning rate. Attenuation constant approximation calculation function (sequential approximation means) for calculating the attenuation constant α n by successive approximation using the following equation stored in the memory: α n = α n-1 + R (α nn-1 ) 84).
In this case, the node position calculation means described above is configured to use the attenuation constant approximated by the attenuation constant approximation calculation function (sequential approximation means 84) instead of α n and the attenuation constant α. .
That is, the successive approximation means 84 takes the difference between the attenuation constant α n calculated for the nth time and the attenuation constant α n−1 calculated immediately before, and the learning rate R (0 <R ≦ 1) is taken as the difference. ), And a new attenuation constant α n is calculated by adding the correction term to the attenuation constant α n−1 . When expressed by an equation, “α n = α n−1 + R (α n −α n−1 )” is obtained.

前述したノード位置仮特定手段81は、更に、前記各固定ノードで測定された受信電界強度Pの内の最大強度若しくはもれに近い固定ノードが複数有る場合に当該複数の固定ノードを特定してその位置を抽出する複数ノード抽出機能と、複数ノード抽出機能によって抽出された固定ノード位置と対応する前記複数の受信電界強度Pとに基づいて前記ターゲットノードの三次元の仮位置を仮特定するターゲットノード位置仮特定機能とを備えている。
即ち、前述したノード位置仮特定手段81は、本実施形態では、例えば、受信電界強度に大きな差がない固定ノードが複数ある場合には、それら複数の固定ノード位置とそこでの受信電界強度とを用いてターゲットノードの仮位置を決定する機能を合わせ備えている。
Above-mentioned node position provisional identifying means 81 further fixed node to identify the plurality of fixed nodes when a plurality there near the maximized strength or leakage of the received signal strength P i measured at each fixed node a plurality nodes extracting function for extracting the position Te, tentatively identify the temporary position of the three-dimensional of the target node based on said plurality of received signal strength P i corresponding to the fixed node position extracted by the plurality of nodes extractors And a target node position provisional specifying function.
That is, in the present embodiment, for example, when there are a plurality of fixed nodes that do not have a large difference in received electric field strength, the node position temporary specifying unit 81 described above calculates the plurality of fixed node positions and the received electric field strength there. And a function for determining the temporary position of the target node.

また、本距離関数算定手段82の別の構成として、ターゲットノード(x,y,z)と第i番目の固定ノード間の距離dの対数の総和の距離関数D(x、y,z)を、
式「D(x、y,z)=Σlog10
で予め計算して求めたものを距離関数テーブルに記憶させておき、ターゲットノードの仮位置(xm、ym、zm)から、距離関数テーブルを検索して距離関数D(xm,ym,zm)を求めるよう構成してもよい。
As another configuration of the distance function calculating means 82, a distance function D (x, y, z) of the sum of logarithms of the distance d i between the target node (x, y, z) and the i-th fixed node. The
Formula “D (x, y, z) = Σlog 10 d i
Is stored in the distance function table in advance, and the distance function table is searched from the temporary position (xm, ym, zm) of the target node to obtain the distance function D (xm, ym, zm). You may comprise so that it may require | require.

また、距離関数算定手段82は、予め距離関数D(x、y,z)を、D(x,y,z)=Σlog10に基づいて算定しておき、これを、例えば記憶モジュール48に距離関数テーブルとして記憶させておき、ターゲットノードの仮位置(xm、ym、zm)が特定されると、この距離関数テーブルを検索することにより関数D(xm,ym,zm)を求めるように構成してもよい。毎回、距離関数D(x、y,z)を計算しないで済み、距離関数D(x、y,z)を求める速度が速くなるというメリットがある。 Further, the distance function calculating means 82 calculates the distance function D (x, y, z) in advance based on D (x, y, z) = Σlog 10 d i , for example, the storage module 48. Is stored as a distance function table, and when the temporary position (xm, ym, zm) of the target node is specified, the function D (xm, ym, zm) is obtained by searching the distance function table. It may be configured. There is an advantage that the distance function D (x, y, z) need not be calculated every time, and the speed for obtaining the distance function D (x, y, z) is increased.

また、本逐次近似手段84は、より少ない繰り返し回数で理論値に近い減衰定数αの値を出すために、様々な手法をとることが可能である。例えば、上述した式「α=αn−1 +R(α−αn−1 )」において、学習率Rを一定にしないで可変にしてもよい。
即ち、減衰定数αの推定演算に際して使用する前記学習率Rについては、繰り返し数nに依存して変化する構成としてもよい。
The successive approximation means 84 can take various methods in order to obtain the value of the attenuation constant α close to the theoretical value with a smaller number of iterations. For example, in the above-described expression “α n = α n−1 + R (α n −α n−1 )”, the learning rate R may be varied without being constant.
That is, the learning rate R used for the calculation of the attenuation constant α n may be changed depending on the number of repetitions n.

その方法の一つとして、繰り返し回数の始めのうちは学習率R(0<R≦1)を比較的1 に近い値にしておき、途中からより小さな値に切替えるという手法が可能である。
即ち、減衰定数αの推定演算に際して使用する前記学習率Rを、前記繰り返し数nが特定の数MまではRaとすると共に、それ以降はRb(Ra>Rb)とするという手法である。これによって、目的とする減衰定数αに至るまでの追従速度が速くなり、かつ安定した動作が期待できる。
As one of the methods, a method can be used in which the learning rate R (0 <R ≦ 1) is set to a value relatively close to 1 at the beginning of the number of repetitions, and is changed to a smaller value from the middle.
That is, the learning rate R used for the estimation calculation of the attenuation constant α n is Ra until the repetition number n reaches a specific number M, and thereafter Rb (Ra> Rb). As a result, the follow-up speed up to the target attenuation constant α n is increased, and stable operation can be expected.

更に、同様の効果をねらって、学習率Rを繰り返し回数の始めは比較的1に近い値にしておき、徐々に学習率Rを小さくしていき、途中からは一定の小さな値に固定するという手法を使うこともできる。即ち、減衰定数αの推定演算に際して使用する前記学習率Rを、繰り返し数nが特定の数Mまでは一定値aからnに比例して減少すると共に、前記繰り返し数nが特定の数M以降は一定値bとするという手法である。 Furthermore, aiming at the same effect, the learning rate R is set to a value relatively close to 1 at the beginning of the number of repetitions, the learning rate R is gradually reduced, and is fixed to a constant small value from the middle. Techniques can also be used. That is, the learning rate R used for the calculation of the attenuation constant α n is decreased in proportion to a constant value a to n until the repetition number n reaches a specific number M, and the repetition number n is a specific number M. Thereafter, it is a method of setting a constant value b.

また、前述したノード位置推定装置は、前述したように、受信電界強度Pの測定およびこれに対応した減衰定数αの推定演算を経時的にn回繰り返し実行するn回繰り返し実行する機能を有する。そして、このノード位置推定装置は、このn回目に推定演算した減衰定数をα、n−1回目の減衰定数をαn−1 とし、r(Σr=1)を学習率として予め装備したメモリに記憶された次式、
α=rα+rαn−1 +rαn−2 +・・・+rαn−m
を用いて逐次近似して演算する減衰定数近似演算機能(逐次近似手段84)を備えている。そして、前述したノード位置推定モジュール(ノード位置演算手段)46が、前記減衰定数近似演算機能(逐次近似手段84)によって近似された減衰定数をαを前記減衰定数をαに代えて用いるようにしてもよい。
即ち、上述した逐次近似手段84では、n回目の逐次近似における減衰定数の値αと一つ前の減衰定数の値αn−1 の2つを使っているが、例えば過去のm個の減衰定数「α−1,α−2、・・・、α−m」にそれぞれ学習率「r,r,・・・,r(ただし、Σr=1、i=0,1,・・・,m)」を乗算して総和をとった次式、
α=rα+rαn−1 +rαn−2 +・・・+rαn−m で、逐次近似していく手法をとることもできる。これにより、より滑らかで安定した動作が期待できる。
The node position estimation device described above, as described above, has a function of repeatedly executing n times repeatedly executing over time n times the measurement and estimation calculation of α the attenuation constant which corresponds to the received signal strength P i . The node position estimation apparatus is preliminarily equipped with the learning constant as α n , the attenuation constant estimated at the nth time as α n-1 , the α n−1 attenuation constant as the learning rate, and r i (Σr i = 1). The following formula stored in the memory
α n = r 0 α n + r 1 α n−1 + r 2 α n−2 +... + r m α n−m
Is provided with an attenuation constant approximation calculation function (sequential approximation means 84) for calculating by successive approximation using. The node position estimation module (node position calculation means) 46 described above uses the attenuation constant approximated by the attenuation constant approximation calculation function (sequential approximation means 84) instead of α n and the attenuation constant as α. May be.
That is, in the successive approximation means 84 described above, two values of the attenuation constant value α n and the previous attenuation constant value α n−1 in the nth successive approximation are used. attenuation constant "α -1, α -2, ···, α -m " respectively learning rate "r 1, r 2, ···, r m ( although, Σr i = 1, i = 0,1, .., M) "and taking the sum,
α n = r 0 α n + r 1 α n−1 + r 2 α n−2 +... + r m α n−m It is also possible to take a method of successive approximation. Thereby, a smoother and more stable operation can be expected.

次に、この減衰定数推定モジュール44の動作を図6に基づいて説明する。図6はこの減衰定数推定方法のフローチャート図である。   Next, the operation of the attenuation constant estimation module 44 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart of this attenuation constant estimation method.

この図6に示すフローチャートは、センサネットワーク領域内のターゲットノード30から全方位に送信電波(パケット)が送出され、それを各固定ノード20で受信し受信電界強度が測定される電界強度測定工程(第1の工程)が完了した後の工程を示す。   In the flowchart shown in FIG. 6, a transmission radio wave (packet) is transmitted from the target node 30 in the sensor network area in all directions, received by each fixed node 20, and the received electric field strength is measured ( The process after 1st process) is completed is shown.

先ず、各固定ノードからノード位置推定装置40へのデータ転送によって、受信電界強度データPが収集される(ステップS401、データ収集工程)。 First, the received electric field strength data Pi is collected by data transfer from each fixed node to the node position estimation device 40 (step S401, data collection step).

次に、収集された受信電界強度データPに基づいて、ターゲットノードの仮位置を特定する(ステップS402、仮位置決定工程、第2の工程)。ここでは、最も単純に、最も強い受信電界強度データを示した固定ノード位置にターゲットノードがあると仮定し、記憶モジュール48の固定ノード位置テーブルを検索することによってその位置(xm,ym,zm)を得る。 Then, based on the collected received signal strength data P i, to identify the temporary position of the target node (step S402, temporary position determination step, a second step). Here, it is assumed that the target node is located at a fixed node position indicating the strongest received electric field strength data, and the position (xm, ym, zm) is searched by searching the fixed node position table of the storage module 48. Get.

特定されたターゲットノードの仮位置(xm,ym,zm)に対応する距離関数D(xm,ym,zm)の値を求める(ステップS403、距離関数値算定工程、第3の工程)。ここでは、式[D(xm,ym,zm)=Σlog10]に基づいてその都度計算する。 The value of the distance function D (xm, ym, zm) corresponding to the specified temporary position (xm, ym, zm) of the target node is obtained (step S403, distance function value calculation step, third step). Here, the calculation is performed each time based on the formula [D (xm, ym, zm) = Σlog 10 d i ].

次に、得られた距離関数D(xm,ym,zm)、受信電界強度Pを用いて、減衰定数αを次式、
α=f〔ΣP,D〕=(N×P−ΣP)/(10×D(xm,ym,zm))
に基づいて演算する(ステップS404、減衰定数α算出工程、第4の工程)。ここで、分子のNは受信可能な固定ノードの数であり、Pは既に述べたフリスの伝達式で決まる単位距離での受信電界強度であり、共に既知であるからN×Pも計算でき、減衰定数αが演算により求まる。
Then, the distance function obtained D (xm, ym, zm) , using a received signal strength P i, the following equation the attenuation constant alpha,
α = f [ΣP i , D] = (N × P 0 −ΣP i ) / (10 × D (xm, ym, zm))
(Step S404, attenuation constant α calculation step, fourth step). Here, N in the numerator is the number of fixed nodes that can be received, and P 0 is the received electric field intensity at a unit distance determined by the Friis transfer equation already described. Since both are known, N × P 0 is also calculated. The attenuation constant α can be obtained by calculation.

算出された減衰定数αと一つ前に算出された減衰定数α−1の差分をとり、その差分に学習率Rを掛けた修正項を作り、その修正項を減衰定数αに加えて新たな減衰定数αとする(ステップS405、減衰定数逐次近似工程)。 The difference between the calculated attenuation constant α and the previously calculated attenuation constant α −1 is taken, a corrected term is created by multiplying the difference by the learning rate R, and the corrected term is added to the attenuation constant α to create a new one. The attenuation constant α is set (step S405, attenuation constant successive approximation step).

以上の各工程を繰り返し行なう。予め決めておいた繰り返し回数が行なわれたか判断して(ステップS406、判断工程)、終了する。終了時の減衰定数が、推定しようとした最終的な減衰定数αである。以上で、本減衰定数推定モジュール44における動作は終了する。
次に、ここで得られた減衰定数αを用いて、既にノード位置推定装置40の動作概要で述べたように、ノード位置推定モジュール46(図2)が、第5の工程としてのノード位置推定工程(図3のステップS105、ノード位置推定工程)を実行する。
ここで、一例として本実施形態で用いている最尤法(さいゆうほう)による位置推定について説明する。
最尤法では、位置条件付の確率密度関数を最大にするような位置条件を求めて位置を推定する。
即ち、ある固定ノードiの受信電力のM回の測定値P=[P,P,・・・,P] のばらつきが、平均受信電力を中心に正規分布するとき、ターゲットノードからの距離dにおける固定ノードi で得られるPiの確率密度関数p(Pi|d)は、次式で表せる。

p(Pd)
=〔1/(2π)1/2 σ〕〕exp〔−(P[dBm]-10Log10(Cd−α))/2σ
ただし、σは測定値のばらつきの度合いを表し屋内では4〔dB〕前後である。
ここで、位置算出は2次元平面で考えるとして、p(Pi|d)を、p(Pi|x、 y)と置き換える。
ただし、d= [(x−x)+(y−y)]1/2 の関係があり、センサフィールドを細かいグリッドに分け、式(1) を用いてあらゆる座標(x、 y)での p(Pi |x 、 y)を算出する。位置推定に用いる固定ノードがN個ある場合、全ての固定ノードにおける受信電力の結合確率密度関数は、
p(P |x,y)
= p(P,P,・・・,Pn |x,y)
=(1/(2π)1/2 σ)exp〔−Σ(P[dBm]-10Log10 (C d−a))/2σ
で表され、この関数を最大とする座標(x、 y)を最終的なターゲットノード位置推定座標とするのである。
The above steps are repeated. It is determined whether a predetermined number of repetitions has been performed (step S406, determination step), and the process ends. The attenuation constant at the end is the final attenuation constant α to be estimated. Thus, the operation in the present attenuation constant estimation module 44 ends.
Next, using the attenuation constant α obtained here, the node position estimation module 46 (FIG. 2) performs the node position estimation as the fifth step, as already described in the operation outline of the node position estimation device 40. A process (step S105 of FIG. 3, a node position estimation process) is performed.
Here, as an example, position estimation by the maximum likelihood method used in the present embodiment will be described.
In the maximum likelihood method, the position is estimated by obtaining a position condition that maximizes the probability density function with the position condition.
That is, when the variation of the measured value P = [P 1 , P 2 ,..., P M ] of the received power of a certain fixed node i is normally distributed around the average received power, The probability density function p (Pi | d) of Pi obtained at the fixed node i at the distance d can be expressed by the following equation.

p (P i d)
= [1 / (2π) 1/2 σ]] exp [− (P i [dBm] −10 Log 10 (Cd −α )) 2 / 2σ 2 ]
However, (sigma) represents the degree of dispersion | variation in a measured value, and is about 4 [dB] indoors.
Here, assuming that the position calculation is performed on a two-dimensional plane, p (Pi | d) is replaced with p (Pi | x, y).
However, there is a relationship of d = [(x i −x) 2 + (y i −y) 2 ] 1/2 , the sensor field is divided into fine grids, and any coordinates (x, y ) To calculate p (Pi | x, y). When there are N fixed nodes used for position estimation, the combined probability density function of received power in all fixed nodes is
p (P | x, y)
= P (P 1 , P 2 , ..., Pn | x, y)
= (1 / (2π) 1/2 σ) N exp [−Σ (P i [dBm] −10 Log 10 (C d −a )) 2 / 2σ 2 ]
The coordinates (x, y) that maximize this function are used as the final target node position estimation coordinates.

尚、上述の説明では、ステップS402の移動ノードの仮位置決定工程では、最も受信電界強度の強い固定ノード位置にあると仮定する方法をとったが、別の方法として、例えば、受信電界強度に大きな差がない固定ノードが複数ある場合には、それら複数の固定ノード位置とそこでの受信電界強度を用いてターゲットノードの仮位置を決定するように構成してもよい。   In the above description, in the temporary position determination step of the mobile node in step S402, the method is assumed to be at the fixed node position with the strongest received electric field strength. However, as another method, for example, the received electric field strength is changed. When there are a plurality of fixed nodes that do not have a large difference, the temporary position of the target node may be determined using the plurality of fixed node positions and the received electric field intensity there.

また、ステップS403の距離関数値算定工程は、別の方法として、ここでは、D(xm,ym,zm)を予めテーブルにして準備しておき、そのテーブルを参照することで迅速に値を算定してもよい。   In addition, the distance function value calculation step of step S403 is, as another method, here, D (xm, ym, zm) is prepared in advance as a table, and the value is quickly calculated by referring to the table. May be.

また、本減衰定数逐次近似工程には、種々の異なった手法を採用することが可能である。例えば、上記学習率R(0<R≦1)を一定にしないで可変にしてもよい。その方法の一つとして、逐次近似工程の始めのうちは比較的1に近い値にしておき、途中からより小さな値に切替えるという手法がある。これによって、目的とする減衰定数に至るまでの追従速度が速くなり、かつ安定した動作が期待できる。   In addition, various different methods can be employed for the attenuation constant successive approximation process. For example, the learning rate R (0 <R ≦ 1) may be variable without being constant. As one of the methods, there is a method of setting a value relatively close to 1 at the beginning of the successive approximation process and switching to a smaller value from the middle. As a result, the follow-up speed to the target attenuation constant is increased, and stable operation can be expected.

更に、同様の効果をねらって、上記学習率Rを逐次近似工程の始めは比較的大きな値にしておき、徐々に上記学習率Rを小さくしていき、途中からは小さな値に固定するという手法を使うこともできる。   Further, in order to achieve the same effect, the learning rate R is set to a relatively large value at the beginning of the successive approximation process, the learning rate R is gradually reduced, and is fixed to a small value from the middle. Can also be used.

また、上述の減衰定数逐次近似工程では、現在の減衰定数の値αと一つ前の減衰定数の値α−1の2つを使っているが、例えば過去のm個の減衰定数「α−1,α−2、・・・、α−m」にそれぞれ学習率「r,r,・・・,r(ただし、Σr=1、i=0,1,・・・,m)」を乗算して総和をとったもの[α=rα+rαn−1 +rαn−2 +・・・+rαn−m ]で逐次近似していく手法をとってもよい。これにより、より滑らかで安定した動作が期待できる。 In the above-described attenuation constant successive approximation step, the current attenuation constant value α and the previous attenuation constant value α −1 are used. For example, the past m attenuation constants “α ” are used. 1 , α −2 ,..., Α −m ”and learning rates“ r 1 , r 2 ,..., R m (where Σr i = 1, i = 0, 1,..., M ) "And taking the sum [α n = r 0 α n + r 1 α n-1 + r 2 α n-2 +... + R m α n−m ] It may be taken. Thereby, a smoother and more stable operation can be expected.

ここで、本実施形態では、上述した第1の工程(電界強度測定工程)、第2の工程(仮位置決定工程)、第3の工程(距離関数値算定工程)、第4の工程(減衰定数α算出工程)までを備えた減衰定数推定方法をセンサネットワーク用減衰定数推定方法とする。また、この推定方法に、さらに、上述の減衰定数逐次近似工程および第5の工程(ノード位置推定工程)が備わった方法をノード位置推定方法とする。   Here, in the present embodiment, the first step (electric field strength measurement step), the second step (temporary position determination step), the third step (distance function value calculation step), and the fourth step (attenuation) described above. The attenuation constant estimation method including the constant α calculation step) is referred to as a sensor network attenuation constant estimation method. Further, a method in which this estimation method further includes the above-described attenuation constant successive approximation step and the fifth step (node position estimation step) is referred to as a node position estimation method.

また、上記のデータ収集工程、ノード仮位置決定工程、関数値算定工程、減衰定数α算出工程、減衰定数逐次近似工程、及び判断工程については、その各処理内容をプログラム化し、コンピュータに実行させるように構成してもよい。ここで、本実施形態実施形態では、このプログラムをセンサネットワーク用減衰定数推定プログラムとする。又、このプログラムを実行するコンピュータとしては、図7に示すように、システム全体の動作を制御するCPU90、このCPU90の制御動作に必要なプログラムおよび必要な情報を記憶したメモリ91、センサネットワーク用の入出力インタフェース92、外部からの入力装置93、外部に対する出力装置94等を備えた情報処理装置(例えばパソコン)を用いることができる。この図7で、符号90Aは接続バスを示す。   In addition, regarding the data collection step, the node temporary position determination step, the function value calculation step, the attenuation constant α calculation step, the attenuation constant successive approximation step, and the determination step, each processing content is programmed and executed by a computer. You may comprise. Here, in the present embodiment, this program is the attenuation constant estimation program for sensor network. As shown in FIG. 7, the computer that executes this program includes a CPU 90 that controls the operation of the entire system, a memory 91 that stores a program and necessary information necessary for the control operation of the CPU 90, and a sensor network. An information processing device (for example, a personal computer) including an input / output interface 92, an external input device 93, an external output device 94, and the like can be used. In FIG. 7, reference numeral 90A denotes a connection bus.

更に、上記各工程の処理内容にノード位置推定工程(第5の工程)に対応する処理内容を付加したものをプログラム化し、同様にコンピュータに実行させるように構成してもよい。このプログラムを、本実施形態ではノード位置推定プログラムとする。   Furthermore, it may be configured such that the processing content corresponding to the node position estimation step (fifth step) is added to the processing content of each of the above steps to be programmed and similarly executed by the computer. In this embodiment, this program is a node position estimation program.

(シミュレーションによる本減衰定数推定方法の評価)
次に、本発明に係る減衰定数推定方法を計算機シミュレーションによって評価した結果について図に基づいて説明する。
(Evaluation of this damping constant estimation method by simulation)
Next, the results of evaluating the attenuation constant estimation method according to the present invention by computer simulation will be described with reference to the drawings.

まず、シミュレーションに使用した方式諸元について述べる。センサフィールドは8m×8m、固定ノードは16個(4×4)で、床から2.8〔m〕の高さに格子状に配置され(図8参照)、ターゲットノードは床から1mの高さでランダムに配置され、受信電界強度の測定値の誤差は分散値σ=30とする正規分布を仮定している。これらを含めより詳細な諸元を図9に示す。また、逐次近似における学習率Rは固定として、以下の3つの条件、
条件I:学習率R=1 (更新なし)
条件II:学習率R=0.1
条件III:学習率R=0.01
のもとで行なったシミュレーション結果を、図10に示す。
First, the system specifications used for the simulation are described. The sensor field is 8 m x 8 m, the fixed nodes are 16 (4 x 4), arranged in a grid at a height of 2.8 m from the floor (see Fig. 8), and the target node is 1 m high from the floor Now, it is assumed that the distribution of the measured value of the received electric field strength is a normal distribution with a variance value σ 2 = 30. Detailed specifications including these are shown in FIG. In addition, the learning rate R in the successive approximation is fixed, and the following three conditions:
Condition I: Learning rate R = 1 (no update)
Condition II: Learning rate R = 0.1
Condition III: Learning rate R = 0.01
FIG. 10 shows the result of the simulation performed under the above.

この図10より、学習率R=1(更新なし)の測定に対し, 更新ありの更新プログラムを用いることによって理論値付近に結果が集まり、測定回ごとの大きな誤差が抑制されていることがわかる。また、学習率Rが小さくなるにつれて、推定結果のばらつきは目立たなくなる。
しかしながら、図10からもわかるように、学習率Rが極端に小さくなると, 試行回数が多くなれば理論値付近にいずれ収束するが、測定結果の初期値に大きな誤差が含まれていた場合には収束までかなりの試行回数を必要とし、収束速度は初期値に大きく依存することがわかる。
From FIG. 10, it can be seen that, for the measurement with the learning rate R = 1 (no update), by using the update program with update, results are gathered near the theoretical value, and a large error for each measurement time is suppressed. . Further, as the learning rate R becomes smaller, variations in estimation results become less noticeable.
However, as can be seen from FIG. 10, when the learning rate R becomes extremely small, if the number of trials increases, it will eventually converge near the theoretical value, but if the initial value of the measurement result contains a large error, It can be seen that a considerable number of trials are required until convergence, and the convergence speed greatly depends on the initial value.

また, 逆に学習率Rが大きいと、初期値に大きな誤差を含んでいた場合には、すぐに次の試行で修正されるが、試行回数を重ねても理論値付近でのまとまった収束を見せないという不都合が生じる場合がある。   On the other hand, if the learning rate R is large, if the initial value contains a large error, it will be corrected immediately in the next trial. There is a case that inconvenience of not showing.

そのため、この改善方法として、次の条件IVのように、試行回数nに依存して学習率Rを可変にした。
条件IV:学習率R=0.1−0.001×(n−1) R≧0.01
:学習率R=0.01 R<0.01
この学習率Rは、条件IIの値から、試行回数を重ねるごとに条件IIIのパラメータに徐々に近付き、やがて条件IIIと等しくなるように設定されている。この学習率を用いてシミュレーションを行い条件I〜IIIと比較した結果を図11に示す。学習率Rを可変にすることによって、試行回数20の時点において平均誤差0.1を下回り、更新なしの条件Iと比べると約80パーセント改善されていることがわかる。また, 収束速度も速く、さらに試行回数を重ねると条件IIIと同等の誤差まで収束することが分かる。
Therefore, as an improvement method, the learning rate R is made variable depending on the number of trials n as in the following condition IV.
Condition IV: Learning rate R = 0.1−0.001 × (n−1) R ≧ 0.01
: Learning rate R = 0.01 R <0.01
The learning rate R is set so as to gradually approach the parameter of the condition III and eventually become equal to the condition III from the value of the condition II as the number of trials is repeated. FIG. 11 shows the result of simulation using this learning rate and comparison with conditions I to III. It can be seen that by making the learning rate R variable, the average error is less than 0.1 at the time of 20 trials, which is an improvement of about 80% compared to the condition I without update. Also, it can be seen that the convergence speed is fast, and if the number of trials is repeated, it converges to the same error as in condition III.

以上のシミュレーション結果から、本実施形態に係る減衰定数推定方法は、逐次近似方法と組合せ、その学習率を適正に選択することにより、実用的な時間内で有意な減衰定数を推定でき、位置推定にも使えることが確認された。   From the above simulation results, the attenuation constant estimation method according to the present embodiment can be estimated with a significant attenuation constant within a practical time by combining with the successive approximation method and appropriately selecting the learning rate. It was confirmed that it can also be used.

このように、上述した実施形態にあっては、前述した関連技術で開示した場合の手法、即ち、手間と時間のかかる事前調査・測定をした場合とほぼ同等の精度で、通信の度毎にその場でリアルタイムに減衰定数αを決定でき、ひいてはノード位置特定が可能になり、センサネットワークの利便性、応用範囲の拡大に効果がある。   In this way, in the above-described embodiment, the method disclosed in the related art described above, that is, with the same accuracy as the case of prior investigation / measurement that takes time and effort, is performed for each communication. The attenuation constant α can be determined on the spot in real time, and the node position can be specified, which is effective for the convenience of the sensor network and the expansion of the application range.

本発明は減衰定数αの特定に際して、手間と時間のかかる事前調査を行うことなく、ほぼ同等の精度で、通信の度にその場でリアルタイムに減衰定数αを推定でき、ひいては位置特定が可能になる。このため、センサネットワークの利便性が大幅に改善され、利用範囲の著しい拡大が期待できる。   In the present invention, the attenuation constant α can be estimated in real time on the spot for each communication with almost the same accuracy without performing a time-consuming and time-consuming preliminary investigation, and thus the position can be specified. Become. For this reason, the convenience of the sensor network is greatly improved, and the use range can be expected to be significantly expanded.

本発明の一実施形態に係る位置推定システムの構成ブロック図である。1 is a configuration block diagram of a position estimation system according to an embodiment of the present invention. 図1 に開示したノード位置推定装置のモジュール構成図である。FIG. 2 is a module configuration diagram of the node position estimation device disclosed in FIG. 1; 図1 に開示した位置推定システムの動作フローチャートの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an operation flowchart of the position estimation system disclosed in FIG. 関数D(x,y,z)の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the function D (x, y, z). 図2 に開示した減衰定数推定モジュールの構成ブロック図である。FIG. 3 is a configuration block diagram of an attenuation constant estimation module disclosed in FIG. 2. 図5に開示した減衰定数推定モジュールに係る減衰定数推定動作のフローチャート図である。FIG. 6 is a flowchart of an attenuation constant estimation operation according to the attenuation constant estimation module disclosed in FIG. 5. センサネットワーク用減衰定数推定プログラム等がその上で動作する情報処理装置を表すハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram showing the information processing apparatus on which the attenuation constant estimation program for sensor networks etc. operate | move. 図6に開示した減衰定数推定方法の計算機シミュレーションに用いたセンサフィールド内の固定ノードを示す図で、図8(A)は配置図、図8(B)は配置条件等を示す配置諸元である。FIGS. 8A and 8B are diagrams showing fixed nodes in the sensor field used in the computer simulation of the attenuation constant estimation method disclosed in FIG. 6. FIG. 8A is a layout diagram, and FIG. is there. 図6に開示した減衰定数推定方法の計算機シミュレーションに用いた諸元を示す一覧表である。FIG. 7 is a list showing specifications used in computer simulation of the attenuation constant estimation method disclosed in FIG. 6. 図6に開示した減衰定数推定方法の計算機シミュレーションにおける学習率Rをパラメータとした減衰定数推定値のシミュレーション結果を示す。FIG. 6 shows a simulation result of the attenuation constant estimation value using the learning rate R as a parameter in the computer simulation of the attenuation constant estimation method disclosed in FIG. 図6に開示した減衰定数推定方法の計算機シミュレーションにおける学習率Rの違いによる収束速度の違いを表したシミュレーション結果である。7 is a simulation result showing a difference in convergence speed due to a difference in learning rate R in a computer simulation of the attenuation constant estimation method disclosed in FIG. 6.

符号の説明Explanation of symbols

1 センサネットワーク
10 ノード位置推定システム
20 固定ノード(固定位置センサ)
30 移動ノード(ターゲットノード、位置推定対象ノード)
40 ノード位置推定装置
42 インタフェース・モジュール
44 減衰定数推定モジュール
46 ノード位置推定モジュール(ノード位置演算手段)
48 記憶モジュール
81 ノード位置仮特定手段(仮位置特定機能)
82 距離関数算定手段
83 減衰定数演算手段
84 逐次近似手段
1 sensor network 10 node position estimation system 20 fixed node (fixed position sensor)
30 Mobile node (target node, position estimation target node)
40 Node position estimation device 42 Interface module 44 Attenuation constant estimation module 46 Node position estimation module (node position calculation means)
48 storage module 81 node position temporary specifying means (temporary position specifying function)
82 Distance function calculating means 83 Attenuation constant calculating means 84 Successive approximation means

Claims (18)

センサネットワーク領域内のターゲットノードからの無線信号を受信しその受信電界強度Pを測定する複数の固定ノードと、この測定された前記受信電界強度Pを収集しこれに基づいて前記ターゲットノードの位置を推定するノード位置推定装置とを備え、
前記ノード位置推定装置を、
前記受信電界強度Pに基づいて前記ターゲットノードの三次元の仮位置を仮特定する仮位置特定手段と、この仮特定されたターゲットノードの仮位置に基づいて各固定ノードとの間の距離dにかかる総和の関数Dを求める距離関数算定手段と、前記受信電界強度Pの総和及び前記算定された関数Dに基づいて当該ターゲットノードの位置環境にかかる電波伝搬の減衰定数αを通信毎に演算し算定する減衰定数演算手段とにより構成としたことを特徴とするセンサネットワーク用減衰定数推定システム。
A plurality of fixed nodes for measuring the received radio signal the reception field strength P i from the target node of the sensor network region, of the target node based collects the said measured received signal strength P i to A node position estimation device for estimating the position;
The node position estimation device;
A distance d between temporary position specifying means for temporarily specifying the three-dimensional temporary position of the target node based on the received electric field strength P i and each fixed node based on the temporary position of the temporarily specified target node a distance function calculating means for obtaining the function D of the sum according to i, the received signal strength P i sum and the calculated by function radio propagation attenuation constant α of each communication relating to the position environment of the target node based on the D of An attenuation constant estimation system for a sensor network, characterized by comprising an attenuation constant calculation means for calculating and calculating the above.
センサネットワーク領域内におけるターゲットノードからの無線信号を受信すると共にその受信電界強度Pを測定する前記センサネットワーク領域内に配置された複数の固定ノードと、この各固定ノードで測定された前記受信電界強度Pを収集すると共に当該収集した受信電界強度Pにかかる情報に基づいて前記ターゲットノードのノード位置を推定するノード位置推定装置とを備え、
前記ノード位置推定装置を、前記収集した前記受信電界強度Pに基づいて前記ターゲットノードの三次元の仮位置を仮特定する仮位置特定手段と、この仮特定されたターゲットノードの仮位置に基づいて各固定ノードとの間の距離dにかかる対数の総和の関数Dを求める距離関数算定手段と、前記各固定ノードで収集された前記受信電界強度Pの総和および前記算定された関数Dに基づいて当該ターゲットノードの位置環境にかかる電波伝搬の減衰定数αを通信毎に、α=f〔ΣP,D〕、をもって演算し算定する減衰定数演算手段とを備えた構成とし、
この推定された減衰定数αに基づいて前記ターゲットノードの位置を通信毎に推定するノード位置演算手段とを設けたことを特徴とするノード位置推定システム。
A plurality of fixed nodes arranged in the sensor network area for receiving a radio signal from a target node in the sensor network area and measuring the received electric field strength P i , and the received electric field measured at each fixed node and a node position estimation device for estimating a node position of the target node based on the collected such information to the received field strength P i was with collecting strength P i,
Based on the temporary position specifying means for temporarily specifying the three-dimensional temporary position of the target node based on the collected received electric field strength P i, and the temporary position of the temporarily specified target node. Distance function calculating means for obtaining a logarithmic sum function D of distances d i between the fixed nodes, the sum of the received electric field strengths P i collected at the fixed nodes, and the calculated function D And an attenuation constant calculating means for calculating and calculating the attenuation constant α of the radio wave propagation according to the position environment of the target node for each communication with α = f [ΣP i , D] for each communication,
A node position estimation system comprising node position calculation means for estimating the position of the target node for each communication based on the estimated attenuation constant α.
前記請求項2に記載のノード位置推定システムにおいて、
前記減衰定数演算手段における減衰定数αの上式、α=f〔P,D〕を、α=(N×P−ΣP)/〔10×D(xm,ym,zm)〕、
ここで、Pは単位距離における受信電界強度、
Nは受信可能な固定ノードの数、
xm,ym,zmはターゲットノードの三次元の仮位置、
としたことを特徴とするノード位置推定システム。
In the node position estimation system according to claim 2,
The above expression of the attenuation constant α in the attenuation constant calculating means, α = f [P i , D] is expressed as α = (N × P 0 −ΣP i ) / [10 × D (xm, ym, zm)],
Here, P 0 is the received electric field intensity at a unit distance,
N is the number of fixed nodes that can be received,
xm, ym, zm are the 3D temporary positions of the target node,
A node position estimation system characterized by that.
前記請求項2又は3に記載のノード位置推定システムにおいて、
前記ノード位置推定装置が備えている前記仮位置特定手段を、前記各固定ノードで測定された前記無線信号の受信電界強度Pの内の最大強度の固定ノードを特定しその位置を抽出する最大強度ノード抽出機能と、この最大強度ノード抽出機能により抽出された固定ノード位置を前記ターゲットノードの三次元の仮位置として仮特定するターゲット位置仮特定機能とにより構成したことを特徴とするノード位置推定システム。
In the node position estimation system according to claim 2 or 3,
Up to the temporary position specifying means the node position estimating apparatus includes, extracting the identified its position fixed node of the maximum intensity of the received electric field strength P i of the radio signal measured at each fixed node Node position estimation comprising: an intensity node extracting function; and a target position temporary specifying function that temporarily specifies a fixed node position extracted by the maximum intensity node extracting function as a three-dimensional temporary position of the target node. system.
前記請求項2又は3に記載のノード位置推定システムにおいて、
前記ノード位置推定装置が備えている前記仮位置特定手段を、前記各固定ノードで測定された前記無線信号の受信電界強度Pi の内の最大強度若しくはこれに近い固定ノードが複数ある場合に当該複数の固定ノードを特定しその位置を抽出する複数ノード抽出機能と、この複数ノード抽出機能により抽出された固定ノード位置と対応する前記複数の受信電界強度とに基づいて前記ターゲットノードの三次元の仮位置を仮特定するターゲット位置仮特定機能とにより構成したことを特徴とするノード位置推定システム。
In the node position estimation system according to claim 2 or 3,
The provisional position specifying means provided in the node position estimation device may include a plurality of fixed nodes when there are a plurality of fixed nodes close to or the maximum intensity of the received electric field intensity Pi of the radio signal measured at each fixed node. A three-dimensional provisional node of the target node based on a plurality of node extraction functions for identifying a fixed node and extracting the position thereof, and the plurality of received electric field strengths corresponding to the fixed node positions extracted by the multiple node extraction function. A node position estimation system comprising a temporary target position specifying function for temporarily specifying a position.
前記請求項2,3,4又は5に記載のノード位置推定システムにおいて、
前記距離関数算定手段は、前記関数Dにかかる数値を前記仮特定されたターゲットノードの三次元の仮位置に基づいてD(xm,ym,zm)=Σlog10dにより演算し予め準備したメモリテーブルに予め記憶すると共に、このメモリテーブルに記憶されたDを検索によって特定する機能を備えていることを特徴としたノード位置推定システム。
In the node position estimation system according to claim 2, 3, 4, or 5,
The distance function calculating means calculates a numerical value relating to the function D based on a three-dimensional temporary position of the temporarily specified target node by D (xm, ym, zm) = Σlog10d i in a memory table prepared in advance. A node position estimation system having a function of storing D in advance and specifying D stored in the memory table by searching.
前記請求項2,3,4又は5に記載のノード位置推定システムにおいて、
前記距離関数算定手段は、前記関数Dにかかる数値を、前記仮特定されたターゲットノードの三次元の仮位置に基づいて、D(xm,ym,zm)=Σlog10dにより演算し、通信毎にリアルタイムで算定し特定する機能を備えていることを特徴とするノード位置推定システム。
In the node position estimation system according to claim 2, 3, 4, or 5,
The distance function calculating means calculates a numerical value related to the function D by D (xm, ym, zm) = Σlog10d i based on a three-dimensional temporary position of the temporarily specified target node, for each communication. A node position estimation system having a function for calculating and identifying in real time.
前記請求項2乃至7の何れか一つに記載のノード位置推定システムにおいて、
前記ノード位置推定装置を、
前記受信電界強度Pの測定およびこれに対応した減衰定数αの推定演算を経時的にn回繰り返し実行するn回繰り返し実行する機能と、
n回目に推定演算した減衰定数をαとして、n−1回目の減衰定数をαn−1 、R(0<R≦1)を学習率として予め装備したメモリに記憶された次式、
α=αn−1 +R(α−αn−1 )、を用いて当該減衰定数αを逐次近似して演算する減衰定数近似演算機能とを備えた構成とし、
前記ノード位置演算手段を、前記減衰定数近似演算機能によって近似された減衰定数をαを前記減衰定数をαに代えて用いるように構成したことを特徴とするノード位置推定システム。
The node position estimation system according to any one of claims 2 to 7,
The node position estimation device;
A function of repeatedly performing the measurement of the received electric field strength P i and the estimation calculation of the attenuation constant α corresponding thereto repeatedly n times over time;
The estimation calculation damping constant n th as alpha n, n-1 th the attenuation constant α n-1, R (0 <R ≦ 1) equation stored in advance equipped with memory as a learning rate,
α n = α n−1 + R (α n −α n−1 ), and a configuration including an attenuation constant approximation calculation function that sequentially calculates and calculates the attenuation constant α n ,
A node position estimation system, wherein the node position calculation means is configured to use an attenuation constant approximated by the attenuation constant approximation calculation function in place of α n and the attenuation constant as α.
前記請求項8に記載のノード位置推定システムにおいて、
前記減衰定数αの推定演算に際して使用する前記学習率Rを、前記繰り返し数nに依存して変化する構成としたことを特徴とするノード位置推定システム。
The node position estimation system according to claim 8, wherein
A node position estimation system characterized in that the learning rate R used for the calculation of the attenuation constant α n varies depending on the number of repetitions n.
前記請求項8に記載のノード位置推定システムにおいて、
前記減衰定数αの推定演算に際して使用する前記学習率Rを、前記繰り返し数nが特定の数MまではRaとすると共に、それ以降はRb(Ra>Rb)としたことを特徴とするノード位置推定システム。
The node position estimation system according to claim 8, wherein
The learning rate R used for the calculation of the attenuation constant α n is Ra until the repetition number n reaches a specific number M, and thereafter Rb (Ra> Rb). Position estimation system.
前記請求項9又は10に記載のノード位置推定システムにおいて、
前記減衰定数αの推定演算に際して使用する前記学習率Rを、前記繰り返し数nが特定の数Mまでは一定値aからnに比例して減少すると共に、前記繰り返し数nが特定の数M以降は一定値bとすることを特徴としたノード位置推定システム。
In the node position estimation system according to claim 9 or 10,
The learning rate R used for the calculation of the attenuation constant α n is decreased in proportion to a constant value a to n until the repetition number n reaches a specific number M, and the repetition number n is a specific number M. A node position estimation system characterized by a constant value b thereafter.
前記請求項2乃至8の何れか一つに記載のノード位置推定システムにおいて、
前記ノード位置推定装置が、
前記受信電界強度Pの測定およびこれに対応した減衰定数αの推定演算を経時的にn回繰り返し実行するn回繰り返し実行する機能を有すると共に、
n回目に推定演算した減衰定数をα、n−1回目の減衰定数をαn−1とし、r(Σr=1)を学習率として予め装備したメモリに記憶された次式、
α=rα+rαn−1 +rαn−2 +・・・+rαn−m
を用いて逐次近似して演算する減衰定数近似演算機能を備え、
前記ノード位置演算手段が、前記減衰定数近似演算機能によって近似された減衰定数をαを前記減衰定数をαに代えて用いるように構成したことを特徴とするノード位置推定システム。
The node position estimation system according to any one of claims 2 to 8,
The node position estimation device comprises:
A function of repeatedly performing the measurement of the received electric field strength P i and the estimation calculation of the attenuation constant α corresponding thereto repeatedly n times over time;
The following equation stored in a memory equipped in advance as a learning rate, where α n is the attenuation constant estimated for the nth time, α n-1 is the n− 1th attenuation constant, and r i (Σr i = 1) is:
α n = r 0 α n + r 1 α n−1 + r 2 α n−2 +... + r m α n−m
It has a decay constant approximation calculation function that performs successive approximation using
A node position estimation system, wherein the node position calculation means is configured to use an attenuation constant approximated by the attenuation constant approximation calculation function by using α n instead of the attenuation constant α.
前記請求項2乃至12の何れか一つに記載の何れか一つに記載のノード位置推定システムにおいて、
前記ノード位置演算手段を、前記推定演算された減衰定数αと前記各固定ノードでの受信電界強度Pとに基づいて最尤法により前記ターゲットノード位置を推定演算する構成としたことを特徴とするノード位置推定システム。
In the node position estimation system according to any one of claims 2 to 12,
The node position calculation means is configured to estimate and calculate the target node position by a maximum likelihood method based on the estimated and calculated attenuation constant α and the received electric field strength P i at each fixed node. Node location estimation system.
センサネットワーク領域内のターゲットノードからの無線信号を複数の各固定ノードで受信すると共にその受信電界強度Pを測定する第1の工程と、
この測定された受信電界強度Pの情報を収集し、これに基づいて前記ターゲットノードの三次元の仮位置を仮特定する第2の工程と、
この仮特定されたターゲットノードの仮位置に基づいて各固定ノードとの間の距離diにかかる総和の関数Dを求める第3の工程と、
この第2の工程で収集された受信電界強度Pの総和および前記第3の工程で算定される関数Dの内容に基づいて、当該ターゲットノードの位置環境にかかる電波伝搬の減衰定数αを予め特定した演算式に基づいて通信毎に演算し算定する第4の工程とを設けたことを特徴とするセンサネットワーク用減衰定数推定方法。
A first step of receiving a radio signal from a target node in a sensor network area at each of a plurality of fixed nodes and measuring the received electric field strength P i ;
Collecting information of the measured received signal strength P i, a second step of temporarily identifying a temporary position of the three-dimensional of the target node based on this,
A third step of obtaining a summation function D for the distance di between each fixed node based on the provisional position of the provisionally identified target node;
Based on the contents of the function D is calculated by the sum and the third step of the reception field strength P i that is collected in this second step, pre-attenuation constant of such radio wave propagation in the position environment of the target node α And a fourth step of calculating and calculating for each communication based on the specified arithmetic expression.
センサネットワーク領域内におけるターゲットノードからの無線信号を複数の各固定ノードで受信すると共にその受信電界強度Pを測定する第1の工程と、
前記第1の工程で測定される受信電界強度Pにかかる情報を収集すると共に、当該収集された各固定ノードの前記受信電界強度Pに基づいて前記ターゲットノードの三次元の仮位置を仮特定する第2の工程と、
前記第2の工程で仮特定されたターゲットノードの仮位置に基づいて各固定ノードとの間の距離diにかかる対数の総和の関数Dの内容を特定する第3の工程と、
前記第2の工程で収集された受信電界強度Pの総和および前記第3の工程で算定される関数Dの内容に基づいて、当該ターゲットノードの位置環境にかかる電波伝搬の減衰定数αを、α=f〔ΣP,D〕より通信毎に演算し算定する第4の工程と,
この推定された減衰定数αに基づいて前記ターゲットノードの位置を通信毎に推定する第5の工程を設けたことを特徴とするノード位置推定方法。
A first step of receiving a radio signal from a target node in a sensor network area at each of a plurality of fixed nodes and measuring the received electric field strength P i ;
Information related to the received electric field strength P i measured in the first step is collected, and the three-dimensional temporary position of the target node is temporarily calculated based on the collected received electric field strength P i of each fixed node. A second step to identify;
A third step of specifying the content of a logarithmic summation function D for the distance di between each fixed node based on the temporary position of the target node temporarily specified in the second step;
Based on the sum of the received electric field strengths P i collected in the second step and the contents of the function D calculated in the third step, the attenuation constant α of radio wave propagation over the position environment of the target node is a fourth step of calculating and calculating for each communication from α = f [ΣP i , D];
A node position estimation method comprising a fifth step of estimating the position of the target node for each communication based on the estimated attenuation constant α.
センサネットワーク領域内のターゲットノードからの無線信号を受信しその受信電界強度Pを測定する複数の固定ノードと、この測定された前記受信電界強度Pを収集しこれに基づいて前記ターゲットノードの位置を推定するノード位置推定装置とを備えたセンサネットワークにあって、
前記収集された受信電界強度P及びその総和に基づいて前記ターゲットノードの三次元の仮位置を仮特定するノード位置仮特定機能、
この仮特定された前記ターゲットノードの仮位置に基づいて各固定ノードとの間の距離dにかかる総和の関数Dを求める距離関数算定機能、
前記受信電界強度Pの総和及び前記算定された関数Dに基づいて当該ターゲットノードの位置環境にかかる電波伝搬の減衰定数αを予め特定された演算式に基づいて通信毎に演算し算定する減衰定数演算機能、
を前記ノード位置推定装置に装備されたコンピュータに実行させるようにしたことを特徴とするセンサネットワーク用減衰定数推定プログラム。
A plurality of fixed nodes for measuring the received radio signal the reception field strength P i from the target node of the sensor network region, of the target node based collects the said measured received signal strength P i to In a sensor network comprising a node position estimation device for estimating a position,
A node position provisional specification function for provisionally specifying a three-dimensional provisional position of the target node based on the collected received electric field strength Pi and the sum thereof;
A distance function calculation function for obtaining a function D of the sum of the distances d i between the fixed nodes based on the provisionally specified temporary positions of the target nodes;
Attenuation computed for each communication to calculate on the basis of the radio wave propagation prespecified computing equation the attenuation constant α of according to the position environment of the target node based on the sum and the calculated been function D of the received signal strength P i Constant operation function,
Is executed by a computer equipped in the node position estimation apparatus. A damping constant estimation program for a sensor network.
前記請求項16に記載のセンサネットワーク用減衰定数推定プログラムにおいて、
前記減衰定数αの予め特定された演算式を、
α=(N×P−ΣP)/(10×D)、
ここで、Pは単位距離における受信電界強度、
Nは受信可能な固定ノードの数、
xm,ym,zmはターゲットノードの三次元の仮位置、
としたことを特徴とするセンサネットワーク用減衰定数推定プログラム。
In the sensor network attenuation constant estimation program according to claim 16,
An arithmetic expression specified in advance for the attenuation constant α is:
α = (N × P 0 −ΣP i ) / (10 × D),
Here, P 0 is the received electric field intensity at a unit distance,
N is the number of fixed nodes that can be received,
xm, ym, zm are the 3D temporary positions of the target node,
An attenuation constant estimation program for a sensor network.
前記請求項16又は17に記載のセンサネットワーク用減衰定数推定プログラムにより推定演算される減衰定数αと前記各固定ノードでの受信電界強度Pとに基づいて最尤法により前記ターゲットノード位置を推定演算するノード位置演算機能を設け、これを前記コンピュータに実行させるようにしたことを特徴とするノード位置推定プログラム。 The target node position is estimated by a maximum likelihood method based on the attenuation constant α estimated by the attenuation constant estimation program for sensor network according to claim 16 and the received electric field strength P i at each of the fixed nodes. A node position estimation program comprising a node position calculation function for calculation and causing the computer to execute the function.
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