特開 2023-122345 位置推定装置、位置推定システムおよび移動ノード

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023122345

(43)【公開日】2023-09-01

(54)【発明の名称】位置推定装置、位置推定システムおよび移動ノード

(51)【国際特許分類】

   G01S 5/14 20060101AFI20230825BHJP

【ＦＩ】

G01S5/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022026000

(22)【出願日】2022-02-22

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り １．開催日：令和３年９月１６日 ２．電子情報通信学会ソサイエティ大会２０２１（通信講演） ３．予稿発行：令和３年８月３１日 〔刊行物等〕 １．開催日：令和３年１１月１２日 ２．ＡＸＩＥＳ高品質・セキュリティＩＣＴワークショップ２０２１ ３．予稿発行：なし 〔刊行物等〕 １．開催日：令和３年１１月２６日 ２．電子情報通信学会ネットワークシステム研究会２０２１ ３．予稿発行：令和３年１１月１８日

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ

２．ＺＩＧＢＥＥ

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業「接触情報の活用によるミクロ人流データ計測技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】304021831

【氏名又は名称】国立大学法人千葉大学

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100103263

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 康

(74)【代理人】

【識別番号】100118876

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 順生

(72)【発明者】

【氏名】塩田 茂雄

(72)【発明者】

【氏名】白木 詩乃

【テーマコード（参考）】

5J062

【Ｆターム（参考）】

5J062BB05

5J062CC18

5J062FF01

(57)【要約】

【課題】位置推定の精度が高くかつ低コストの位置推定装置、位置推定システムおよび移動ノードを提供する。
【解決手段】本開示の位置推定装置は、移動ノードの位置を推定する位置推定装置である。移動ノードおよび固定ノードの各ノードは、当該ノードに割り当てられた識別子を無線信号に含めてブロードキャストする。位置推定装置は、移動ノードおよび固定ノードの各ノードから、当該ノードによって所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる他のノードの識別子を含む、近接情報を受信する受信部と、近接情報に基づいて、各ノード間の近接関係を特定する近接関係特定部と、各ノード間の近接関係および固定ノードの位置に基づいて、移動ノードの位置を推定する位置推定部とを備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動ノードの位置を推定する位置推定装置であって、
前記移動ノードおよび固定ノードの各ノードは、当該ノードに割り当てられた識別子を無線信号に含めてブロードキャストし、
前記位置推定装置は、
前記移動ノードおよび前記固定ノードの各ノードから、当該ノードによって所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる他のノードの識別子を含む、近接情報を受信する受信部と、
前記近接情報に基づいて、前記各ノード間の近接関係を特定する近接関係特定部と、
前記各ノード間の近接関係および前記固定ノードの位置に基づいて、前記移動ノードの位置を推定する位置推定部と
を備える、位置推定装置。

【請求項2】

前記近接関係特定部は、互いに相手の識別子を受信可能なノードのペアを特定することによって、前記各ノード間の近接関係を特定する、請求項１に記載の位置推定装置。

【請求項3】

前記位置推定部は、前記各ノード間の近接関係に基づいて、各ノード間のホップ数を算出するホップ数算出部を含む、請求項１または２に記載の位置推定装置。

【請求項4】

前記位置推定部は、前記各ノード間のホップ数および前記固定ノードの位置に基づいて、前記各ノード間の実際の距離を推定する距離推定部を含む、請求項３に記載の位置推定装置。

【請求項5】

前記距離推定部は、前記各ノード間のホップ数および前記固定ノードの位置に基づいて、１ホップあたりの平均距離を算出し、該１ホップあたりの平均距離および前記各ノード間のホップ数から、前記各ノード間の実際の距離を推定する、請求項４に記載の位置推定装置。

【請求項6】

前記位置推定部は、１つまたは複数の前記移動ノードの位置を、該移動ノードと前記固定ノードとの間の前記推定された実際の距離に基づいて、多辺測量の手法によって個別に推定する個別位置推定部を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の位置推定装置。

【請求項7】

前記位置推定部は、複数の前記移動ノードの各位置を変数として含む最適化問題を解くことによって、複数の前記移動ノードの各位置を同時に推定する協調位置推定部を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の位置推定装置。

【請求項8】

無線信号を送受信可能な移動ノードと、
無線信号を送受信可能な固定ノードと、
位置推定装置と
を備え、
前記移動ノードおよび前記固定ノードの各ノードは、
当該ノードに割り当てられた識別子を含む無線信号をブロードキャストするブロードキャスト部と、
他のノードによってブロードキャストされた無線信号を受信する第１の受信部と、
前記第１の受信部によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる前記他のノードの識別子を含む、近接情報を作成する作成部と、
前記近接情報を前記位置推定装置に送信する送信部と
を含み、
前記位置推定装置は、
前記移動ノードおよび前記固定ノードから前記近接情報を受信する第２の受信部と、
前記近接情報に基づいて、各ノード間の近接関係を特定する近接関係特定部と、
前記各ノード間の近接関係および前記固定ノードの位置に基づいて、前記移動ノードの位置を推定する位置推定部と
を含む、位置推定システム。

【請求項9】

無線信号を送受信可能な移動ノードであって、
前記移動ノードに割り当てられた識別子を含む無線信号をブロードキャストするブロードキャスト部と、
他のノードによってブロードキャストされた無線信号を受信する第１の受信部と、
前記第１の受信部によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる前記他のノードの識別子を含む、近接情報を作成する作成部と、
前記近接情報を前記他のノードに送信する送信部と、
前記他のノードから前記近接情報を受信する第２の受信部と、
前記近接情報に基づいて、各ノード間の近接関係を特定する近接関係特定部と、
前記各ノード間の近接関係および固定ノードの位置に基づいて、前記移動ノードの位置を推定する位置推定部と
を備える、移動ノード。

【請求項10】

無線信号を送受信可能な移動ノードであって、
固定ノードから前記移動ノードまでのホップ数および前記固定ノードの位置を格納する記憶部と、
前記記憶部に格納されている前記固定ノードから前記移動ノードまでのホップ数および前記固定ノードの位置をブロードキャストするブロードキャスト部と、
他のノードによってブロードキャストされた無線信号を受信する受信部と、
前記受信部によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる、前記固定ノードから前記他のノードまでのホップ数および前記固定ノードの位置のいずれかまたは両方に基づいて、前記固定ノードから前記移動ノードまでのホップ数および前記固定ノードの位置を前記記憶部に追加する追加部と、
前記記憶部に格納されている前記固定ノードから前記移動ノードまでのホップ数および前記固定ノードの位置に基づいて、前記移動ノードの位置を推定する位置推定部と
を備える、移動ノード。

【請求項11】

前記位置推定部は、前記固定ノードから前記移動ノードまでのホップ数および前記固定ノードの位置に基づいて、前記固定ノードから前記移動ノードまでの実際の距離を推定する距離推定部を含む、請求項１０に記載の移動ノード。

【請求項12】

前記位置推定部は、前記移動ノードの位置を、前記固定ノードから前記移動ノードまでの前記推定された実際の距離および前記固定ノードの位置に基づいて、多辺測量の手法によって推定する、個別位置推定部をさらに含む、請求項１１に記載の移動ノード。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、位置推定装置、位置推定システムおよび移動ノードに関する。

【背景技術】

【0002】

ＧＰＳの電波が届きにくい屋内における位置推定の方法として、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）等の無線通信技術を利用する方法が各種提案されている。

【0003】

非特許文献１には、屋内に無線信号を送信する複数の信号源（ビーコン）を設置し、無線信号の受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）に基づいて各信号源からの距離を推定し、推定された距離を用いて位置推定を行う方法が記載されている。

【0004】

しかしながら、ＲＳＳＩと信号源からの距離との関係は、電波伝播環境に依存して変化する。そのため、現実には、ＲＳＳＩに基づいて信号源からの距離を正確に推定することは困難であり、不正確な距離を用いて推定される位置も同様に不正確となる。また、ＲＳＳＩに基づいて推定される距離の誤差は、信号源からの距離に比例して増大する。そのため、位置推定の精度を向上させるためには、多数の信号源を密に設置しなければならず高コストとなる。

【0005】

また、非特許文献１には、屋内の領域を複数区画に分割し、区画ごとにＲＳＳＩを事前計測しておき、事前計測されたＲＳＳＩの中から現在のＲＳＳＩに最も近いものを選択することによって位置推定を行う方法（フィンガープリント法）が記載されている。しかしながら、フィンガープリント法においても、位置推定の精度を向上させるためには、多数の信号源を設置しなければならず同様に高コストとなる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】F. Zafari, A. Gkelias, K.K. Leung, "A Survey of Indoor Localization Systems and Technologies," IEEE Communications Surveys & Tutorials, Vol. 21, No. 3, pp. 2568-2599, 2019.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本開示は、上記のような課題を解決するためのものであり、位置推定を高精度に行う位置推定装置、位置推定システムおよび移動ノードを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、本開示に係る位置推定装置は、移動ノードの位置を推定する位置推定装置であって、移動ノードおよび固定ノードの各ノードは、当該ノードに割り当てられた識別子を無線信号に含めてブロードキャストし、位置推定装置は、移動ノードおよび固定ノードの各ノードから、当該ノードによって所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる他のノードの識別子を含む、近接情報を受信する受信部と、近接情報に基づいて、各ノード間の近接関係を特定する近接関係特定部と、各ノード間の近接関係および固定ノードの位置に基づいて、移動ノードの位置を推定する位置推定部とを備える。

【0009】

また、本開示に係る位置推定システムは、無線信号を送受信可能な移動ノードと、無線信号を送受信可能な固定ノードと、位置推定装置とを備え、移動ノードおよび固定ノードの各ノードは、当該ノードに割り当てられた識別子を含む無線信号をブロードキャストするブロードキャスト部と、他のノードによってブロードキャストされた無線信号を受信する第１の受信部と、第１の受信部によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる他のノードの識別子を含む、近接情報を作成する作成部と、近接情報を位置推定装置に送信する送信部とを含み、位置推定装置は、移動ノードおよび固定ノードから近接情報を受信する第２の受信部と、近接情報に基づいて、各ノード間の近接関係を特定する近接関係特定部と、各ノード間の近接関係および固定ノードの位置に基づいて、移動ノードの位置を推定する位置推定部とを含む。

【0010】

また、本開示に係る移動ノードは、無線信号を送受信可能な移動ノードであって、移動ノードに割り当てられた識別子を含む無線信号をブロードキャストするブロードキャスト部と、他のノードによってブロードキャストされた無線信号を受信する第１の受信部と、第１の受信部によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる他のノードの識別子を含む、近接情報を作成する作成部と、近接情報を他のノードに送信する送信部と、他のノードから近接情報を受信する第２の受信部と、近接情報に基づいて、各ノード間の近接関係を特定する近接関係特定部と、各ノード間の近接関係および固定ノードの位置に基づいて、移動ノードの位置を推定する位置推定部とを備える。

【0011】

また、本開示に係る別の移動ノードは、無線信号を送受信可能な移動ノードであって、固定ノードから移動ノードまでのホップ数および固定ノードの位置を格納する記憶部と、記憶部に格納されている固定ノードから移動ノードまでのホップ数および固定ノードの位置をブロードキャストするブロードキャスト部と、他のノードによってブロードキャストされた無線信号を受信する受信部と、受信部によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上の受信信号強度で受信される無線信号に含まれる、固定ノードから他のノードまでのホップ数および固定ノードの位置のいずれかまたは両方に基づいて、固定ノードから移動ノードまでのホップ数および固定ノードの位置を記憶部に追加する追加部と、記憶部に格納されている固定ノードから移動ノードまでのホップ数および固定ノードの位置に基づいて、移動ノードの位置を推定する位置推定部とを備える。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１に係る位置推定システムの構成を示す図である。

【図2】移動ノードによって送信される近接情報の一例を示す図である。

【図3】移動ノードの機能的な構成を示すブロック図である。

【図4】位置推定サーバの機能的な構成を示すブロック図である。

【図5】移動ノードおよびアンカーノードによって実行される処理の詳細を説明するフローチャートである。

【図6】移動ノードおよびアンカーノードが作成する各近接情報の一例を示す図である。

【図7】位置推定サーバによって実行される処理の詳細を説明するフローチャートである。

【図8A】各ノードの近接関係を表現する無向グラフの一例を示す図である。

【図8B】図８Ａの無向グラフの行列表現を示す図である。

【図9】ホップ数の距離行列の一例を示す図である。

【図10】１ホップあたりの平均距離の算出方法を示す図である。

【図11】推定距離行列の一例を示す図である。

【図12】実施の形態２に係る位置推定システムの構成を示す図である。

【図13】移動ノードの記憶部に格納される自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の一例を示す図である。

【図14】移動ノードの機能的な構成を示すブロック図である。

【図15】移動ノードによって実行される処理の詳細を説明するフローチャートである。

【図16】移動ノードによって実行される処理の過程を示す図である。

【図17】移動ノードによって実行される処理の過程を示す図である。

【図18】移動ノードによって実行される処理の過程を示す図である。

【図19】移動ノードによって実行される処理の過程を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下では、図面を参照しながら、本開示の実施の形態について説明する。図面において同一又は対応する要素には同じ参照符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

【0014】

（実施の形態１）
図１は、本開示の実施の形態１に係る位置推定システム１００の構成を示す図である。図１には、屋内の監視領域Ｓが示されている。監視領域Ｓを有する施設の具体例としては、製造業の施設（製造現場、倉庫、オフィス等）、病院、大規模商業施設、および公共施設（駅、空港、市庁舎等）などが挙げられる。

【0015】

監視領域Ｓには、無線信号を送受信可能な無線通信装置である３つの固定ノード（アンカーノード）Ａ～Ｃが設置されている。アンカーノードＡ～Ｃの２次元平面上の各位置（Ｘ座標とＹ座標）は既知である。アンカーノードＡ～Ｃの設置方法は、特に限定されるものではないが、監視領域Ｓの床面上に設置されてもよいし、壁面または天井面に取り付けられてもよい。アンカーノードＡ～Ｃには、各アンカーノードを一意に識別可能な固有の識別子ＩＤ＿Ａ～ＩＤ＿Ｃがそれぞれ割り当てられている。なお、アンカーノードの数は３つに限定されるものではなく、３つ以上であればよい。アンカーノードの数が３つ以上である理由は、後述する多辺測量の手法を用いる際に、位置が既知の信号源が３つ以上必要であるためである。

【0016】

アンカーノードＡ～Ｃは、専用の無線通信機器またはＩｏＴ（Internet of Things）機器等であってもよい。また、アンカーノードＡ～Ｃの無線通信方式は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＢＬＥ、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）、ＺｉｇＢｅｅ、またはＵＷＢ（Ultra Wide Band）等であってもよい。

【0017】

また、監視領域Ｓには、無線信号を送受信可能な無線通信装置である移動ノード１～６を携帯する６人の人間が存在している。移動ノード１～６の２次元平面上の各位置（Ｘ座標とＹ座標）は、移動ノード１～６を携帯する各人が監視領域Ｓ内を動き回るとそれに伴って変化する。移動ノード１～６には、各移動ノードを一意に識別可能な固有の識別子ＩＤ＿１～ＩＤ＿６がそれぞれ割り当てられている。なお、移動ノードの数は６つに限定されるものではなく、１つ以上であればよい。

【0018】

移動ノード１～６は、専用のウェアラブル端末またはＩｏＴ機器等であってもよいし、携帯電話、スマートフォン、タブレット、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、またはパーソナルコンピュータ等の無線通信機能を有する携帯可能なデバイスであってもよい。また、移動ノード１～６の無線通信方式は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＢＬＥ、ＺｉｇＢｅｅ、またはＵＷＢ等であってもよい。

【0019】

移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃは、自ノードの識別子を含む無線信号を所定の送信電力で周囲に常時ブロードキャストしている。また、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃは、他ノードによってブロードキャストされた無線信号のうち、自ノードによって所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信される無線信号に含まれる識別子を取得する。

【0020】

移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃは、自ノードによって所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信される無線信号に含まれる他ノードの識別子を含む「近接情報」を、所定の第１の周期で位置推定サーバ２０に送信する。なお、近接情報に含まれる他ノードの識別子として、自ノードによって所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信される識別子のみが含まれるということは、自ノードの比較的近傍に存在する他ノードの識別子のみが含まれるということを意味している。

【0021】

図２は、移動ノード１によって送信される近接情報の一例を示す図である。近接情報の１番目の識別子は、自ノードの識別子である。したがって、図２の例では、移動ノード１の識別子であるＩＤ＿１が格納されている。ただし、位置推定サーバ２０が近接情報の送信元ノードを他の手段、例えば無線信号に含まれるヘッダ情報等を参照することによって特定可能である場合には、自ノードの識別子は省略されてもよい。近接情報の２番目以降の識別子は、自ノードによって所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信される他ノードの識別子、すなわち自ノードの比較的近傍に存在する他ノードの識別子である。図２の例では、移動ノード３の識別子であるＩＤ＿３と、移動ノード５の識別子であるＩＤ＿５と、アンカーノードＣの識別子であるＩＤ＿Ｃとが格納されている。

【0022】

位置推定サーバ２０は、監視領域Ｓの近くに設置されており、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃから所定の第１の周期で送信される近接情報を受信する。位置推定サーバ２０は、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃから近接情報が受信されると、当該近接情報および位置が既知であるアンカーノードＡ～Ｃの各位置に基づいて、移動ノード１～６の２次元平面上の各位置を推定する。なお、位置推定サーバ２０の設置場所は監視領域Ｓの近くではなく、監視領域Ｓ内であってもよい。

【0023】

図３は、移動ノード１の機能的な構成を示すブロック図である。なお、移動ノード２～６およびアンカーノードＡ～Ｃの機能的な構成も同様である。移動ノード１は、ブロードキャスト部１１と、受信部１２と、作成部１３と、送信部１４と、無線通信インターフェース１５とを備えている。ただし、図３に示される構成は機能的な構成であり、ハードウェア構成はこれとは異なっていてもよい。

【0024】

ブロードキャスト部１１は、自ノードの識別子であるＩＤ＿１を含む無線信号を、無線通信インターフェース１５を介して所定の送信電力で周囲にブロードキャストする。受信部１２は、他ノードによってブロードキャストされた無線信号を、無線通信インターフェース１５を介して受信する。作成部１３は、受信部１２によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信される無線信号に含まれる他ノードの識別子を取得し、当該他ノードの識別子を含む近接情報を作成する。送信部１４は、作成部１３によって作成された近接情報を、無線通信インターフェース１５を介して位置推定サーバ２０に送信する。なお、アンカーノードＡ～Ｃについては、図示しない有線通信インターフェースをさらに備え、作成部１３によって作成された近接情報を有線通信によって位置推定サーバ２０に送信してもよい。

【0025】

図４は、位置推定サーバ２０の機能的な構成を示すブロック図である。位置推定サーバ２０は、無線通信インターフェース２１と、受信部２２と、近接関係特定部２３と、位置推定部２４と、表示部２５とを備えている。ただし、図４に示される構成は機能的な構成であり、ハードウェア構成はこれとは異なっていてもよい。また、位置推定サーバ２０の各機能は、物理的に分離された複数の構成に分散して実装されてもよい。

【0026】

受信部２２は、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃから、無線通信インターフェース２１を介して、近接情報を受信する。上述したように、近接情報には、自ノードによって所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信される無線信号に含まれる他ノードの識別子が含まれている。なお、アンカーノードＡ～Ｃが有線通信インターフェースを備える場合には、位置推定サーバ２０も図示しない有線通信インターフェースを備え、アンカーノードＡ～Ｃから近接情報を有線通信によって受信してもよい。

【0027】

近接関係特定部２３は、近接情報に基づいて、各ノード間の近接関係を表現する無向グラフを作成する。位置推定部２４は、各ノード間の近接関係を表現する無向グラフおよび位置が既知であるアンカーノードＡ～Ｃの各位置に基づいて、移動ノード１～６の各位置を推定する。

【0028】

位置推定部２４は、ホップ数算出部２４ａと、距離推定部２４ｂと、位置記憶部２４ｃと、個別位置推定部２４ｄと、協調位置推定部２４ｅとを含んでいる。ホップ数算出部２４ａは、各ノード間の近接関係を表現する無向グラフに基づいて、各ノード間のホップ数を算出する。距離推定部２４ｂは、各ノード間のホップ数および位置が既知であるアンカーノードＡ～Ｃの各位置に基づいて、各ノード間の実際の距離を推定する。本実施の形態１では、距離推定部２４ｂによって推定された距離を「推定距離」と称することにする。位置記憶部２４ｃは、アンカーノードＡ～Ｃの各位置を予め記憶している。個別位置推定部２４ｄは、移動ノード１～６の各位置を、当該移動ノードとアンカーノードＡ～Ｃとの間の推定距離に基づいて、多辺測量の手法によって個別に推定する。協調位置推定部２４ｅは、移動ノード１～６の各位置を変数として含む最適化問題を、個別位置推定部２４ｄによって推定された移動ノード１～６の各位置を初期推定位置として用いて解くことによって、移動ノード１～６の各位置を同時に推定する。表示部２５は、例えば液晶ディスプレイパネルによって構成されており、協調位置推定部２４ｅによって推定された移動ノード１～６の各位置を表示する。

【0029】

次に、本実施の形態１に係る位置推定システム１００における、移動ノード１～６の各位置を推定する処理について説明する。移動ノード１～６の各位置を推定する処理は、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃによって実行される処理と、これに対応して位置推定サーバ２０によって実行される処理とに分かれている。

【0030】

図５は、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃによって実行される処理の詳細を説明するフローチャートである。

【0031】

ステップＳ１０１において、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃの各ブロードキャスト部１１は、無線通信インターフェース１５を介して、自ノードの識別子を含む無線信号のブロードキャストを開始する。この際の送信電力は、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃですべて等しく、例えば２．５ｍＷである。

【0032】

ステップＳ１０２において、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃの各受信部１２は、無線通信インターフェース１５を介して、所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信される無線信号をすべて受信し、各受信信号に含まれる他ノードの識別子を取得する。ここで、所定の閾値は、例えば－５０ｄＢｍである。ただし、この所定の閾値は、監視領域Ｓ内の移動ノードの数または密度等に応じて適宜調整してもよい。例えば、監視領域Ｓ内の移動ノードの数が多く、移動ノード同士の距離が短い場合には、所定の閾値を－５０ｄＢｍよりも高く設定してもよい。反対に、監視領域Ｓ内の移動ノードの数が少なく、移動ノード同士の距離が長い場合には、所定の閾値を－５０ｄＢｍよりも低く設定してもよい。また、ＲＳＳＩが細かく変動するような場合に対処するために、所定の期間、例えば１００ｍ秒間に一度でも所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信された無線信号に含まれる他ノードの識別子をすべて取得するようにしてもよい。

【0033】

例えば、移動ノード１の受信部１２は、移動ノード３がブロードキャストする無線信号と、移動ノード５がブロードキャストする無線信号と、アンカーノードＣがブロードキャストする無線信号とを、所定の時間の間に少なくとも一度は所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信可能であるとする。このことは、移動ノード１の近傍（例えば、半径４ｍ程度の範囲内）に、移動ノード３と、移動ノード５と、固定ノードＣとが存在することを意味している。このとき、移動ノード１は、移動ノード３の識別子であるＩＤ＿３と、移動ノード５の識別子であるＩＤ＿５と、アンカーノードＣの識別子であるＩＤ＿Ｃとを取得する。移動ノード２～６およびアンカーノードＡ～Ｃについても同様である。

【0034】

ステップＳ１０３において、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃの各作成部１３は、上記のステップＳ１０２で取得された他ノードの識別子に基づいて、近接情報を作成する。先述したように、近接情報には、自ノードの識別子（省略可）と、自ノードの近傍に存在する他ノードの識別子とが含まれている。図６は、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃの各作成部１３が作成する各近接情報の一覧の一例を示す図である。

【0035】

ステップＳ１０４において、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃの各送信部１４は、無線通信インターフェース１５を介して、上記のステップＳ１０３で作成された近接情報を位置推定サーバ２０に送信する。詳細には、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃの各送信部１４は、無線通信インターフェース１５を介して、近接情報を位置推定サーバ２０に送信する。なお、アンカーノードＡ～Ｃと位置推定サーバ２０との間で有線通信が可能である場合には、アンカーノードＡ～Ｃの送信部１４は、近接情報を有線通信によって位置推定サーバ２０に送信してもよい。

【0036】

ステップＳ１０５において、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃは、所定の時間、例えば１００ｍ秒待機する。この待機時間は、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃが近接情報を位置推定サーバ２０に送信する、先述した所定の第１の周期に対応する。所定の待機時間が満了すると、図５のフローチャートの処理は、ステップＳ１０２に戻る。

【0037】

以上の処理が実行されることによって、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃは、自ノードの近傍に存在する他ノードの識別子を含む近接情報を、所定の第１の周期で位置推定サーバ２０に繰り返し送信することができる。

【0038】

図７は、図６の移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃによって実行される処理に対応して、位置推定サーバ２０によって実行される処理の詳細を説明するフローチャートである。

【0039】

ステップＳ２０１において、位置推定サーバ２０の受信部２２は、無線通信インターフェース２１を介して、図５のステップＳ１０４で移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃによって送信された近接情報を所定の期間、例えば１秒間にわたって受信する。すなわち、位置推定サーバ２０の受信部２２は、図６に示される各ノードの近接情報をすべて受信する。ただし、同一の近接情報が重複して受信された場合には、最初に受信された近接情報のみを残し、後に受信された近接情報は破棄する。なお、アンカーノードＡ～Ｃと位置推定サーバ２０との間で有線通信が可能である場合には、位置推定サーバ２０の受信部２２は、アンカーノードＡ～Ｃから近接情報を有線通信によって受信してもよい。

【0040】

ステップＳ２０２において、位置推定サーバ２０の近接関係特定部２３は、上記のステップＳ２０１で受信された移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃの近接情報に基づいて、各ノードの近接関係を表現する図８Ａに示されるような無向グラフを作成する。

【0041】

詳細には、本実施の形態１では、互いに相手のノードの識別子を所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信可能なノードのペアを「近接ノードのペア」と定義する。例えば、移動ノード１が移動ノード３の識別子を所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信可能であり、かつ移動ノード３が移動ノード１の識別子を所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信可能であるとき、移動ノード１と移動ノード３とは「近接ノードのペア」となる。そして、これら近接ノードのペアを連結していくことにより、図８Ａに示されるような無向グラフが作成される。図８Ｂは、図８Ａの無向グラフの行列表現である。周知のように、頂点の数が有限の無向グラフを表現する行列は対称行列であり、その対角要素はすべて０である。

【0042】

なお、移動ノードが送信する近接情報に矛盾がある場合、例えば、移動ノード１が送信する近接情報には移動ノード３の識別子が含まれるが、移動ノード３が送信する近接情報には移動ノード１の識別子が含まれないような場合には、移動ノード１と移動ノード３とは、上記の「近接ノードのペア」の定義を満たさない。このような場合には、図８Ａの移動ノード１と移動ノード３との間の辺は存在しなくなり、図８Ｂの行列の（１，３）の要素と（３，１）の要素はともに０になる。あるいは、例えば、移動ノード３から受信された近接情報に移動ノード１の識別子を追加することにより、移動ノード１と移動ノード３とが「近接ノードのペア」の定義を満たすように補正してもよい。このように補正すれば、図８Ａの移動ノード１と移動ノード３との間の辺が存在するようになり、図８Ｂの行列の（１，３）の要素と（３，１）の要素はともに１になる。

【0043】

ステップＳ２０３において、位置推定サーバ２０のホップ数算出部２４ａは、図８Ａの無向グラフに含まれる各ノード間のホップ数を算出し、図９に示されるようなホップ数の距離行列を作成する。

【0044】

図９の距離行列において、例えば、移動ノード１と移動ノード３との間のホップ数は１である。また、移動ノード１とアンカーノードＡとの間のホップ数は４である。このことは現実の監視領域Ｓにおいても、移動ノード１と移動ノード３との間の実際の距離（空間的な距離または物理的な距離）は、移動ノード１と固定ノードＡとの間の実際の距離よりも短い可能性が高いことを意味している。換言すれば、移動ノード１から見て、移動ノード３は固定ノードＡよりも近くに位置している可能性が高い。

【0045】

なお、図８Ａの無向グラフに含まれる各ノード間のホップ数を算出する具体的な方法は、特に限定されるものでなはいが、例えば、幅優先探索やダイクストラ法等の周知のアルゴリズムを利用することができる。また、距離行列の作成方法から明らかであるが、図９の距離行列は対称行列であり、その対角要素はすべて０である。

【0046】

ステップＳ２０４において、位置推定サーバ２０の距離推定部２４ｂは、図８Ａの無向グラフの１ホップあたりの平均距離を算出する。詳細には、位置推定サーバ２０の距離推定部２４ｂは、位置記憶部２４ｃに記憶されているアンカーノードＡ～Ｃの各位置に基づいて、１ホップあたりの平均距離を算出する。

【0047】

具体的には、監視領域Ｓの床面に対応する２次元平面上にＮ個のノードが存在する状況を考える。Ｎ個のノードのうち、最初のｎ個（１番目からｎ番目まで）は位置が不明の移動ノードであり、残りのＮ－ｎ個（ｎ＋１番目からＮ番目まで）は位置が既知のアンカーノードである。本実施の形態１では、移動ノード１～６とアンカーノードＡ～Ｃが存在するため、Ｎ＝９、ｎ＝６である。

【0048】

このとき、図８Ａの無向グラフの１ホップあたりの平均距離Ｈｄを、アンカーノードの既知の位置ｒ_ｉ（ｉ＝ｎ＋１，・・・，Ｎ）と、各アンカーノード間のホップ数ｈ_ｉｊ（ｉ，ｊ＝ｎ＋１，・・・，Ｎ）とから、以下の式（１）に従って算出する。

【0049】

【数1】

【0050】

具体的には、図１０において、アンカーノードＡとアンカーノードＢとの間のホップ数は２であり、アンカーノードＢとアンカーノードＣとの間のホップ数は３であり、アンカーノードＣとアンカーノードＡとの間のホップ数は４である。また、例えば、アンカーノードＡとアンカーノードＢとの間の距離｜ｒ_Ａ－ｒ_Ｂ｜＝８ｍ、アンカーノードＢとアンカーノードＣとの間の距離｜ｒ_Ｂ－ｒ_Ｃ｜＝１０ｍ、アンカーノードＣとアンカーノードＡとの間の距離｜ｒ_Ｃ－ｒ_Ａ｜＝１８ｍであるとする。このとき、１ホップあたりの平均距離Ｈｄは、Ｈｄ＝（８＋１０＋１８）／（２＋３＋４）＝４．０ｍとなる。

【0051】

ステップＳ２０５において、位置推定サーバ２０の距離推定部２４ｂは、各ノード間の実際の距離を推定する。詳細には、位置推定サーバ２０の距離推定部２４ｂは、図９のホップ数の距離行列の各要素に、上記のステップＳ２０４で算出された１ホップあたりの平均距離Ｈｄを乗算することによって、図１１に示されるような推定距離を要素として含む、推定距離行列を作成する。図１１の推定距離行列の各要素は、各ノード間の実際の距離の推定値（推定距離）を表している。ただし、図１１の推定距離行列において、ホップ数が３以上の要素に対応する推定距離は、予め決定された大きな値Ｎ、例えば１００に置き換えられる。なお、図１１には存在しないが、近接関係が求められないノード間の推定距離についても、予め設定された大きな値Ｎに置き換えられる。

【0052】

予め決定された大きな値Ｎは、次に述べるステップＳ２０６およびＳ２０７において移動ノード１～６の各位置を推定する際の計算結果にほとんど影響を及ぼさない。すなわち、ホップ数が３以上の要素に対応する推定距離を予め決定された大きな値Ｎに置き換えることは、移動ノード１～６の各位置を推定する際に、ホップ数が１または２のノード、すなわち比較的近傍に位置するノード間の推定距離のみを使用し、ホップ数が３以上のノード、すなわち比較的遠方に位置するノード間の推定距離は使用しないことを意味している。換言すれば、信号源からの距離に比例して増大するＲＳＳＩの誤差や電波伝播環境等の影響を受けづらく、高い精度が期待できる近傍のノード間の推定距離のみに基づいて、移動ノード１～６の各位置を推定することを意味している。

【0053】

なお、ホップ数の閾値は３に限定されるものではなく、監視領域Ｓ内の移動ノードの数または密度等に応じて適宜調整してもよい。例えば、監視領域Ｓ内の移動ノードの数が多く、移動ノード同士の距離が短い場合には、ホップ数の閾値を３よりも小さく設定してもよい。反対に、監視領域Ｓ内の移動ノードの数が少なく、移動ノード同士の距離が長い場合には、ホップ数の閾値を３よりも大きく設定してもよい。

【0054】

ステップＳ２０６において、位置推定サーバ２０の個別位置推定部２４ｄは、多辺測量の手法に基づいて、移動ノード１～６の各位置を個別に推定する。周知のように、多辺測量では、位置が既知の信号源が３つ以上必要である。そのため、本実施の形態１でも、アンカーノードが３つ以上必要である。多辺測量では、各移動ノード１～６の位置を、当該移動ノードと位置が既知のアンカーノードＡ～Ｃとの間の推定距離に基づいて個別に推定する。

【0055】

詳細には、位置推定サーバ２０の個別位置推定部２４ｄは、図１１の推定距離行列に含まれる移動ノードｉとアンカーノードｊとの間の推定距離ｄ_ｉｊ（ｉ＝１，・・・，ｎ；ｊ＝ｎ＋１，・・・，Ｎ）から、以下の式（２）に従って適当な数の繰り返し計算を行うことにより、移動ノードｉの位置ｒ_ｉを推定する。

【0056】

【数2】

【0057】

ただし、上式において、ｒ_ｉ ^{（１，ｋ）}はｋ番目の解であり、Ｎ_ｉは図８Ａの各ノード間の近接関係を表現する無向グラフ上において、位置を推定したい移動ノードｉから無向グラフ上の辺を辿って到達可能なアンカーノードｊの数である。また、Ａ_ｉｊは移動ノードｉとアンカーノードｊとの間の推定距離が既知か否かを表す変数であり、推定距離が既知の場合はＡ_ｉｊ＝１であり、推定距離が不明の場合はＡ_ｉｊ＝０である。なお、ｒ_ｉ ^{（１，１）}には、上式の第２項を利用することができる。

【0058】

ステップＳ２０７において、位置推定サーバ２０の協調位置推定部２４ｅは、移動ノード１～６の各位置を変数として含む最適化問題を解くことによって、移動ノード１～６の各位置を同時に推定する。この際、移動ノード１～６の初期推定位置として、上記のステップＳ２０６で推定された移動ノード１～６の各位置を用いる。ただし、位置を推定したいノードから無向グラフ上の辺を辿って到達可能なアンカーノードの数が１である場合には、当該アンカーノードの位置をｒ_ｉ ^（１）とする。また、位置を推定したいノードから無向グラフ上の辺を辿って到達可能なアンカーノードの数が０である場合には、監視領域Ｓの中心をｒ_ｉ ^（１）とする。

【0059】

詳細には、位置推定サーバ２０の協調位置推定部２４ｅは、移動ノードｉの位置ｒ_ｉを、以下の式（３）によって定義される非線形の最適化問題を解くことによって同時に求める。

【0060】

【数3】

【0061】

ただし、上式において、目的関数ｆ（ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ）は、以下の式（４）によって定義される。

【0062】

【数4】

【0063】

上記の最適化問題を解く方法としては、一例として、Ｓｔｒｅｓｓ ｍａｊｏｒｉｚａｔｉｏｎ（E. R. Gansner, Y. Koren, and S. North, “Graph drawing by stress majorization," in Graph Drawing, ser. Lecture Notes in Computer Science, Heidelberg, Germany: Springer, 2005, pp. 239-250）を用いることができる。また、最適化問題の定式化として、上記の式（３）、（４）の定式化に代えて、例えば、多次元尺度構成法に基づく定式化を行ってもよい。

【0064】

ステップＳ２０８において、位置推定サーバ２０の表示部２５は、上記のステップＳ２０７で推定された移動ノード１～６の各位置を表示する。表示の形式としては、特に限定されるものではないが、例えば、監視領域Ｓを表す２次元の図形上に移動ノード１～６の各位置をプロットしてもよい。表示が完了すると、図７のフローチャートの処理は、ステップＳ２０１に戻る。

【0065】

以上の処理が実行されることによって、移動ノード１～６の各位置が繰り返し推定され、表示部２５に逐次表示される。

【0066】

以上説明したように、本開示の実施の形態１に係る位置推定システム１００は、位置が不明の移動ノード１～６と、位置が既知のアンカーノードＡ～Ｃと、位置推定サーバ２０とを備えている。移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃは、自ノードの識別子を含む無線信号を所定の送信電力で周囲に常時ブロードキャストする。すなわち、アンカーノードＡ～Ｃだけでなく、移動ノード１～６も自ノードの識別子を含む無線信号を周囲にブロードキャストする。

【0067】

移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃは、自ノードによって所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信される他ノードの識別子を含む近接情報を位置推定サーバ２０に送信する。すなわち、自ノードの比較的近くに存在し、信号源からの距離に比例して増大するＲＳＳＩの誤差や電波伝播環境等の影響を受けづらく、高い精度が期待できる近傍のノードの情報のみを位置推定サーバ２０に送信する。

【0068】

位置推定サーバ２０は、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃから近接情報を受信すると、当該近接情報に基づいて各ノード間の近接関係（無向グラフ）を特定し、各ノード間の近接関係およびアンカーノードＡ～Ｃの各位置に基づいて、移動ノード１～６の各位置を推定する。すなわち、信号源からの距離に比例して増大するＲＳＳＩの誤差や電波伝播環境等の影響を受けづらく、高い精度が期待できる近傍のノードの情報のみに基づいて、移動ノード１～６の各位置を推定する。

【0069】

上記のように、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃの各ノード間の近接関係に基づいて、移動ノード１～６の各位置を推定することにより、信号源から送信される無線信号のＲＳＳＩに基づいて移動ノードの各位置を推定する従来技術と比較して、位置推定の精度が向上する。特に、監視領域Ｓ内の移動ノードの数が多く、移動ノード同士の距離が短い場合には、従来技術よりも高い推定精度を得ることができる。また、各ノードの近接関係を利用することにより、アンカーノードＡ～Ｃから送信される無線信号を直接受信できない移動ノード（図８Ａの例では、移動ノード３～４）の位置も推定することができるため、アンカーノードの数を少数に抑えることができて低コストとなる。また、フィンガープリント法のような事前準備に要する手間も不要である。

【0070】

また、図７のステップＳ２０６およびステップＳ２０７では、移動ノード１～６の位置推定問題を非線形の最適化問題として定式化し、これを解くことによって移動ノード１～６の各位置を推定している。したがって、本実施の形態１で推定される移動ノード１～６の各位置は、数学的に正当な手法によって推定されたものとなる。

【0071】

なお、上記の実施の形態１において、個別位置推定部２４ｄによって推定された移動ノード１～６の各位置を協調位置推定部２４ｅの初期推定位置として用いない場合には、個別位置推定部２４ｄの処理は省略することができる。あるいは、協調位置推定部２４ｅの処理を省略して、個別位置推定部２４ｄによって推定された移動ノード１～６の各位置を表示部２５に表示させてもよい。

【0072】

また、上記の実施の形態１の変形例として、図５のステップＳ１０５で移動ノード１～６が近接情報を位置推定サーバ２０に送信するのに代えて、移動ノード１～６同士が近接情報を相互にやり取りし、位置推定サーバ２０によって行われる図７のステップＳ２０１～Ｓ２０８の処理を各移動ノード１～６が各々実行してもよい。

【0073】

（実施の形態２）
上記の実施の形態１に係る位置推定システム１００では、移動ノード１～６およびアンカーノードＡ～Ｃから送信される近接情報に基づいて、位置推定サーバ２０が移動ノード１～６の各位置を推定していた。これに対して、本実施の形態２に係る位置推定システム２００では、位置推定サーバに相当する構成は存在せず、各移動ノードが自律分散的に自ノードの位置を他ノードから独立に推定する。

【0074】

図１２は、本開示の実施の形態２に係る位置推定システム２００の構成を示す図である。監視領域Ｓには、無線信号を送信可能な３つの固定ノード（アンカーノード）Ｄ～Ｆが設置されている。アンカーノードＤ～Ｆの２次元平面上の各位置（Ｘ座標とＹ座標）は既知である。なお、アンカーノードの数は３つに限定されるものではなく、３つ以上であればよい。

【0075】

また、監視領域Ｓには、無線信号を送受信可能な移動ノード２０１～２０４を携帯する４人の人間が存在している。移動ノード２０１～２０４の２次元平面上の各位置（Ｘ座標とＹ座標）は、移動ノード２０１～２０４を携帯する各人が監視領域Ｓ内を動き回るとそれに伴って変化する。なお、移動ノードの数は４つに限定されるものではなく、１つ以上であればよい。

【0076】

移動ノード２０１～２０４の各記憶部には、アンカーノードから自ノードまでのホップ数を表す「自ノードのホップ数」と、「アンカーノードの位置」とが格納される。ただし、初期状態においては、自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置として何も格納されていない。ホップ数の定義および算出方法は、実施の形態１と同じである。移動ノード２０１～２０４が次に述べる自律分散型の処理を繰り返し実行する過程において、移動ノード２１０～２０４の各記憶部に、自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の情報が追加されていく。

【0077】

図１３は、移動ノード２０１の記憶部に格納される自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の一例を示す図である。図１３の例では、自ノードのホップ数として、１ホップｆｒｏｍＤと、２ホップｆｒｏｍＦと、４ホップｆｒｏｍＥとが格納されている。これらの情報は、移動ノード２０１は、アンカーノードＤからの距離が１ホップであり、アンカーノードＦからの距離が２ホップであり、アンカーノードＥからの距離が４ホップであることを表している。また、アンカーノードの位置として、アンカーノードＤの位置と、アンカーノードＦの位置と、アンカーノードＥの位置とが格納されている。

【0078】

アンカーノードＤ～Ｆは、自ノードの位置を周囲に常時ブロードキャストしている。移動ノード２０１～２０４は、あるアンカーノードによってブロードキャストされた無線信号を所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信できる場合には、当該アンカーノードと近接関係にあると判断し、当該無線信号に含まれるアンカーノードの位置に基づいて、自機の記憶部に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の情報を追加する。

【0079】

移動ノード２０１～２０１は、自機の記憶部に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を所定の第２の周期で周囲にブロードキャストする。また、移動ノード２０１～２０４は、他の移動ノードによってブロードキャストされた無線信号を所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信できる場合には、当該他の移動ノードと近接関係にあると判断し、当該無線信号に含まれる他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置に基づいて、自機の記憶部に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の情報を追加する。

【0080】

ただし、自機の記憶部に情報を追加する際に、同一内容の情報が既に追加されている場合には、重複して追加することはしない。また、自ノードのホップ数の情報を新たに追加する際に、起点のアンカーノードが同一であり、ホップ数のみが異なる場合には、ホップ数の少ない方の情報を追加して他方は破棄する。

【0081】

上記の自律分散型の処理が繰り返し実行されることによって、移動ノード２０１～２０４の各記憶部に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の情報が追加されていく。そして、十分な回数の繰り返しが実行された後には、移動ノード２０１～２０４の各記憶部に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置は、インターネットのルーティングプロトコルに用いられるＢｅｌｌｍａｎ－Ｆｏｒｄアルゴリズムと同様の原理により、正しい値に収束する。

【0082】

移動ノード２０１～２０４は、自機の記憶部に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置に基づいて、多辺測量の手法によって、自ノードの２次元平面上の位置を推定することができる。

【0083】

図１４は、移動ノード２０１の機能的な構成を示すブロック図である。なお、移動ノード２０２～２０４の機能的な構成も同様である。移動ノード２０１は、ブロードキャスト部２１１と、受信部２１２と、追加部２１３と、記憶部２１４と、位置推定部２１５と、無線通信インターフェース２１６と、表示部２１７とを備えている。ただし、図１４に示される構成は機能的な構成であり、ハードウェア構成はこれとは異なっていてもよい。

【0084】

ブロードキャスト部２１１は、記憶部２１４に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を含む無線信号を、無線通信インターフェース２１６を介して所定の送信電力で周囲にブロードキャストする。受信部２１２は、他の移動ノードまたはアンカーノードによってブロードキャストされた無線信号を、無線通信インターフェース２１６を介して受信する。追加部２１３は、受信部２１２によって受信された無線信号のうち、所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信される無線信号に含まれる他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置のいずれかまたは両方を取得する。詳細には、他の移動ノードによってブロードキャストされた無線信号の場合には、他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の両方を取得し、アンカーノードによってブロードキャストされた無線信号の場合には、アンカーノードの位置のみを取得する。追加部２１３は、取得された他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置のいずれかまたは両方に基づいて、記憶部２１４に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を追加する。

【0085】

位置推定部２１５は、距離推定部２１５ａと、個別位置推定部２１５ｂとを含んでいる。距離推定部２１５ａは、アンカーノードＤ～Ｆから自ノードまでのホップ数と、アンカーノードＤ～Ｆの位置とに基づいて、アンカーノードＤ～Ｆから自ノードまでの実際の距離を推定する。本実施の形態２では、距離推定部２１５ａによって推定された距離を「推定距離」と称することにする。個別位置推定部２１５ｂは、自ノードの位置を、アンカーノードＤ～Ｆから自ノードまでの推定距離およびアンカーノードＤ～Ｆの各位置に基づいて、多辺測量の手法によって推定する。表示部２１７は、位置推定部２１５の個別位置推定部２１５ｂによって推定された自ノードの位置を表示する。

【0086】

次に、本実施の形態２に係る位置推定システム２００において、移動ノード２０１～２０４が自ノードの位置を推定する処理について説明する。

【0087】

図１５は、移動ノード２０１～２０４によって実行される処理の詳細を説明するフローチャートである。なお、アンカーノードＤ～Ｆは、自ノードの位置を周囲に常時ブロードキャストするだけであり、図１５の処理は実行しない。

【0088】

ステップＳ３０１において、移動ノード２０１～２０４の各ブロードキャスト部２１１は、無線通信インターフェース２１６を介して、自機の記憶部２１４に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を含む無線信号を周囲にブロードキャストする。ただし、先述したように、初期状態においては、移動ノード２０１～２０４の各記憶部２１４には何も格納されていない。したがって、１回目のステップＳ３０１の実行時にブロードキャストされる無線信号には、何も含まれていない。

【0089】

ステップＳ３０２において、移動ノード２０１～２０４の各受信部２１２は、無線通信インターフェース２１６を介して、所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信される無線信号をすべて受信し、各受信信号に含まれる他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置のいずれかまたは両方を取得する。

【0090】

具体的には、１回目のステップＳ３０２の実行時には、図１６（Ａ）に示されるように、移動ノード２０１は、アンカーノードＤによってブロードキャストされた無線信号を受信し、当該無線信号に含まれるアンカーノードＤの位置を取得する。同様に、移動ノード２０２は、アンカーノードＦによってブロードキャストされた無線信号を受信し、当該無線信号に含まれるアンカーノードＦの位置を取得する。同様に、移動ノード２０４は、アンカーノードＥによってブロードキャストされた無線信号を受信し、当該無線信号に含まれるアンカーノードＥの位置を取得する。ただし、図１６（Ａ）では、移動ノード２０１を「１」、移動ノード２０２を「２」、移動ノード２０３を「３」、移動ノード２０４を「４」で示している。図１７～１９についても同様である。

【0091】

ステップＳ３０３において、移動ノード２０１～２０４の各追加部２１３は、上記のステップ３０２で取得された他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置のいずれかまたは両方に基づいて、自機の記憶部２１４に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を追加する。

【0092】

具体的には、１回目のステップＳ３０３の実行時には、図１６（Ｂ）に示されるように、移動ノード２０１は、自ノードのホップ数として１ホップｆｒｏｍＤを追加する。また、移動ノード２０１は、アンカーノードの位置として、アンカーノードＤの位置を追加する。同様に、移動ノード２０２は、自ノードのホップ数として１ホップｆｒｏｍＦを追加するとともに、アンカーノードＦの位置を追加する。同様に、移動ノード２０４は、自ノードのホップ数として１ホップｆｒｏｍＥを追加するとともに、アンカーノードＥの位置を追加する。

【0093】

ステップＳ３０４において、移動ノード２０１～２０４の各位置推定部２１５は、自ノードの位置を推定可能であるか否かを判定する。詳細には、自機の記憶部２１４に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置がそれぞれ３つ以上、すなわち後述する多辺測量を行うことができる最小数以上である場合には、位置推定可能であると判定される。この場合、移動ノード２０１～２０４の処理は、ステップＳ３０５に進む。一方、自機の記憶部２１４に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置がそれぞれ３つ未満である場合には、位置推定不能であると判定される。この場合、移動ノード２０１～２０４の処理は、ステップＳ３０５～Ｓ３０７をスキップして、ステップＳ３０８に進む。

【0094】

ステップＳ３０８において、移動ノード２０１～２０４は、所定の時間待機する。この待機時間は、例えば１００ｍ秒に設定される。この待機時間は、移動ノード２０１～２０４が自機の記憶部２１４に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を周囲にブロードキャストする、先述した所定の第２の周期に対応する。所定の待機時間が満了すると、移動ノード２０１～２０４の処理は、ステップＳ３０１に戻る。

【0095】

２回目のステップＳ３０１の実行時には、図１７（Ａ）に示されるように、移動ノード２０１は、自ノードのホップ数である１ホップｆｒｏｍＤおよびアンカーノードＤの位置を周囲にブロードキャストする。同様に、移動ノード２０２は、自ノードのホップ数である１ホップｆｒｏｍＦおよびアンカーノードＦの位置を周囲にブロードキャストする。同様に、移動ノード２０４は、自ノードのホップ数である１ホップｆｒｏｍＥおよびアンカーノードＥの位置を周囲にブロードキャストする。

【0096】

２回目のステップＳ３０２の実行時には、図１７（Ａ）に示されるように、移動ノード２０１は、移動ノード２０２によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード２０２のホップ数である１ホップｆｒｏｍＦおよびアンカーノードＦの位置を取得する。同様に、移動ノード２０２は、移動ノード２０１によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード２０１のホップ数である１ホップｆｒｏｍＤおよびアンカーノードＤの位置を取得する。同様に、移動ノード２０３は、移動ノード２０２によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード２０２のホップ数である１ホップｆｒｏｍＦおよびアンカーノードＦの位置を取得する。また、移動ノード２０３は、移動ノード２０４によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード２０４のホップ数である１ホップｆｒｏｍＥおよびアンカーノードＥの位置を取得する。

【0097】

２回目のステップＳ３０３の実行時には、図１７（Ｂ）に示されるように、移動ノード２０１は、自ノードのホップ数として２ホップｆｒｏｍＦを追加するとともに、アンカーノードＦの位置を追加する。同様に、移動ノード２０２は、自ノードのホップ数として２ホップｆｒｏｍＤを追加するとともに、アンカーノードＤの位置を追加する。同様に、移動ノード２０３は、自ノードのホップ数として２ホップｆｒｏｍＥを追加するとともに、アンカーノードＥの位置を追加する。また、移動ノード２０３は、自ノードのホップ数として２ホップｆｒｏｍＦを追加するとともに、アンカーノードＦの位置を追加する。

【0098】

２回目のステップＳ３０４の判定時にも、移動ノード２０１～２０４の処理は、ステップＳ３０５～Ｓ３０７をスキップして、ステップＳ３０８に進む。２回目のステップＳ３０８の実行時において、移動ノード２０１～２０４は、所定の時間待機した後、ステップＳ３０１に戻る。

【0099】

３回目のステップＳ３０１の実行時には、図１８（Ａ）に示されるように、移動ノード２０２は、自ノードのホップ数である２ホップｆｒｏｍＤおよびアンカーノードＤの位置を周囲にブロードキャストする。同様に、移動ノード２０３は、自ノードのホップ数である２ホップｆｒｏｍＥおよび２ホップｆｒｏｍＦ、並びに、アンカーノードＥの位置およびアンカーノードＦの位置をブロードキャストする。

【0100】

３回目のステップＳ３０２の実行時には、図１８（Ａ）に示されるように、移動ノード２０２は、移動ノード２０３によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード２０３のホップ数である２ホップｆｒｏｍＥおよびアンカーノードＥの位置を取得する。同様に、移動ノード２０３は、移動ノード２０２によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード２０２のホップ数である２ホップｆｒｏｍＤおよびアンカーノードＤの位置を取得する。同様に、移動ノード２０４は、移動ノード２０３によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード２０３のホップ数である２ホップｆｒｏｍＦおよびアンカーノードＦの位置を取得する。

【0101】

３回目のステップＳ３０３の実行時には、図１８（Ｂ）に示されるように、移動ノード２０２は、自ノードのホップ数として３ホップｆｒｏｍＥを追加するとともに、アンカーノードＥの位置を追加する。同様に、移動ノード２０３は、自ノードのホップ数として３ホップｆｒｏｍＤを追加するとともに、アンカーノードＤの位置を追加する。同様に、移動ノード２０４は、自ノードのホップ数として３ホップｆｒｏｍＦを追加するとともに、アンカーノードＦの位置を追加する。

【0102】

３回目のステップＳ３０４の判定時には、移動ノード２０２および２０３の処理は、ステップＳ３０５に進む。一方、移動ノード２０１および２０４の処理は、ステップＳ３０５～Ｓ３０７をスキップして、ステップＳ３０８に進む。

【0103】

ステップＳ３０５において、移動ノード２０２の距離推定部２１５ａは、実施の形態１のステップＳ２０４～Ｓ２０５と同様の方法で、アンカーノードＤ～Ｆから自ノードまでの実際の距離を推定する。同様に、移動ノード２０３の距離推定部２１５ａは、アンカーノードＤ～Ｆから自ノードまでの実際の距離を推定する。

【0104】

ステップＳ３０６において、移動ノード２０２の個別位置推定部２１５ｂは、実施の形態１のステップＳ２０６と同様の方法で、自ノードの位置を、アンカーノードＤ～Ｆから自ノードまでの推定距離およびアンカーノードＤ～Ｆの各位置に基づいて、多辺測量の手法によって推定する。同様に、移動ノード２０３の個別位置推定部２１５ｂは、自ノードの位置を、アンカーノードＤ～Ｆから自ノードまでの推定距離およびアンカーノードＤ～Ｆの各位置に基づいて、多辺測量の手法によって推定する。

【0105】

ステップＳ３０７において、移動ノード２０２の表示部２１７は、個別位置推定部２１５ｂによって推定された自ノードの位置を表示する。同様に、移動ノード２０３の表示部２１７は、個別位置推定部２１５ｂによって推定された自ノードの位置を表示する。

【0106】

３回目のステップＳ３０８の実行時において、移動ノード２０１～２０４は、所定の時間待機した後、ステップＳ３０１に戻る。

【0107】

４回目のステップＳ３０１の実行時には、図１９（Ａ）に示されるように、移動ノード２０２は、自ノードの距離ホップ数である３ホップｆｏｒｍＥおよびアンカーノードＥの位置を周囲にブロードキャストする。同様に、移動ノード２０３は、自ノードのホップ数である３ホップｆｒｏｍＤおよびアンカーノードＤの位置を周囲にブロードキャストする。

【0108】

４回目のステップＳ３０２の実行時には、図１９（Ａ）に示されるように、移動ノード２０１は、移動ノード２０２によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード２０２のホップ数である３ホップｆｒｏｍＥおよびアンカーノードＥの位置を取得する。同様に、移動ノード２０４は、移動ノード２０３によってブロードキャストされた無線信号から、移動ノード２０３のホップ数である３ホップｆｒｏｍＤおよびアンカーノードＤの位置を取得する。

【0109】

４回目のステップＳ３０３の実行時には、図１９（Ｂ）に示されるように、移動ノード２０１は、自ノードのホップ数として４ホップｆｒｏｍＥを追加するとともに、アンカーノードＥの位置を追加する。同様に、移動ノード２０４は、自ノードのホップ数として４ホップｆｒｏｍＤを追加するとともに、アンカーノードＤの位置を追加する。

【0110】

４回目のステップＳ３０４の判定時には、移動ノード２０１～２０４の処理は、すべてステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５において、移動ノード２０１～２０４の各距離推定部２１５ａは、実施の形態１のステップＳ２０４～Ｓ２０５と同様の方法で、アンカーノードＤ～Ｆから自ノードまでの実際の距離を推定する。

【0111】

４回目のステップＳ３０６において、移動ノード２０１～２０４の各個別位置推定部２１５ｂは、実施の形態１のステップＳ２０６と同様の方法で、自ノードの位置を、アンカーノードＤ～Ｆから自ノードまでの推定距離およびアンカーノードＤ～Ｆの各位置に基づいて、多辺測量の手法によって推定する。

【0112】

４回目のステップＳ３０７において、移動ノード２０１～２０４の各表示部２１７は、個別位置推定部２１５ｂによって推定された自ノードの位置を表示する。

【0113】

４回目のステップＳ３０８の実行時において、移動ノード２０１～２０４は、所定の時間待機した後、ステップＳ３０１に戻る。

【0114】

以上の処理が繰り返し実行されることによって、移動ノード２０１～２０４の各記憶部２１４に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置の情報が追加されていき、やがて正しい値に収束する。そして、移動ノード２０１～２０４は、自ノードの位置を正しく推定することができる。

【0115】

また、移動ノード２０１～２０４の各位置の時間変化を追跡したい場合には、移動ノード２０１～２０４は、所定の第３の周期、例えば１秒周期で自機の記憶部２１４に格納されている情報をすべてクリアし、図１５の処理を再度スタートすればよい。

【0116】

以上説明したように、本開示の実施の形態２に係る移動ノード２０１～２０４は、自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を格納する記憶部２１４を備えている。移動ノード２０１～２０４は、自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を所定の送信電力で周囲にブロードキャストする。移動ノード２０１～２０４は、他の移動ノードまたはアンカーノードによってブロードキャストされた無線信号のうち、所定の閾値以上のＲＳＳＩで受信される無線信号に含まれる、他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置のいずれかまたは両方を取得する。

【0117】

移動ノード２０１～２０４は、取得された他ノードのホップ数およびアンカーノードの位置のいずれかまたは両方に基づいて、記憶部２１４に自ノードのホップ数およびアンカーノードの位置を追加する。移動ノード２０１～２０４は、記憶部２１４に格納されている自ノードのホップ数およびアンカーノードの情報に基づいて、自ノードの位置を推定する。

【0118】

上記の特徴により、本実施の形態２に係る位置推定システム２００では、実施の形態１の位置推定サーバに相当する構成が不要であり、各移動ノード２０１～２０４が自律分散的に自ノードの位置を他ノードから独立に推定することができる。

【0119】

本開示の幾つかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は例として提示したものであり、開示の範囲を限定することは意図していない、これらの実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、開示の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された開示とその均等の範囲に含まれるものである。

【0120】

また、本開示の処理は、特定の規格に限定されるものではなく、例示された設定は、適宜に変更されてよい。また、本開示の処理の手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよい。あるいは、本開示の処理の手順は、これら一連の手順をコンピュータに実施させるためのプログラム、または、当該プログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。その場合、本開示の処理は、コンピュータのＣＰＵ等のプロセッサによって実行される。また、記録媒体の種類は、本開示の実施の形態に影響を及ぼすものではないため、特に限定されるものではない。

【0121】

また、本開示の図３、図４、図１４で示された各構成要素は、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアで実現されてもよい。例えば、各構成要素がマイクロプログラム等のソフトウェアで実現されるソフトウェアモジュールであり、プロセッサが当該ソフトウェアモジュールを実行することにより、各構成要素が実現されてもよい。あるいは、各構成要素が、半導体チップ（ダイ）上の回路ブロック、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路によって実現されてもよい。また、構成要素の数と構成要素を実現するハードウェアの数とは一致していなくてもよい。例えば、１つのプロセッサまたは回路が複数の構成要素を実現してもよい。反対に、１つの構成要素が複数のプロセッサまたは回路によって実現されてもよい。

【0122】

また、本開示で述べられたプロセッサは、その種類が限定されるものではない。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、またはＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等であってもよい。

【符号の説明】

【0123】

１ 移動ノード
２ 移動ノード
３ 移動ノード
４ 移動ノード
５ 移動ノード
６ 移動ノード
１１ ブロードキャスト部
１２ 受信部（第１の受信部）
１３ 作成部
１４ 送信部
１５ 無線通信インターフェース
２０ 位置推定サーバ（位置推定装置）
２１ 無線通信インターフェース
２２ 受信部（第２の受信部）
２３ 近接関係特定部
２４ 位置推定部
２４ａ ホップ数算出部
２４ｂ 距離推定部
２４ｃ 位置記憶部
２４ｄ 個別位置推定部
２４ｅ 協調位置推定部
Ａ アンカーノード（固定ノード）
Ｂ アンカーノード（固定ノード）
Ｃ アンカーノード（固定ノード）
１００ 位置推定システム
２００ 位置推定システム
２０１ 移動ノード
２０２ 移動ノード
２０３ 移動ノード
２０４ 移動ノード
２１１ ブロードキャスト部
２１２ 受信部
２１３ 追加部
２１４ 記憶部
２１５ 位置推定部
２１５ａ 距離推定部
２１５ｂ 個別位置推定部
Ｄ アンカーノード（固定ノード）
Ｅ アンカーノード（固定ノード）
Ｆ アンカーノード（固定ノード）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】