センシンググループ

センシンググループとは

センシングとはセンサを用いて温度や湿度などの情報を取得することである.センシングデータはセンサの位置情報と組み合わせることにより,より有効な情報となる.現在,一般的に知られる位置情報取得方法として,GPS(全地球測位システム)がある.GPSはとても高い精度で位置推定できるが,問題点がある.それは屋内環境などの障害物が多い環境や遮蔽された環境では,精度が低下する.また端末の電源がOFFの状態ではGPSを使用することができない.そのため,私たちセンシンググループでは受信信号強度(RSSI: Received Signal Strength Indicator)を用いた屋内位置推定や共振器の電力反射係数を用いた位置推定など,センシング情報を用いて使用環境・状態に応じた位置推定手法の実現を目指し研究を行っている.

単語帳
センシングセンサネットワーク受信信号強度(RSSI)アンカーノード全地球測位システム距離減衰特性地磁気電波位置指紋法Kriging無線電力伝送電力反射係数結合係数伝搬路無線伝搬路特性

テーマ1:無線センサネットワークにおける障害物を考慮した移動アンカーノードを利用する位置推定手法

無線センサネットワークにおいて,センサノードの位置情報は多くのアプリケーションにとって必要不可欠である. 移動アンカーノードを用いた位置推定手法は,アンカーノードが位置情報を送信しながらエリア内を移動することでセンサノードが自身の位置の推定する手法である. しかし,エリア内に障害物が存在することで移動アンカーノードの経路の阻害やRSSIの測距誤差が発生し,位置推定誤差が増加する. 本研究では,障害物を考慮した位置推定手法を提案することで位置推定誤差の抑制を図る,提案手法によって従来手法よりも高い位置推定精度を達成している.

移動アンカーノードを用いた位置推定

位置推定シミュレーション

テーマ2:屋内環境における位置推定

屋内環境では障害物が多いため,RSSIの距離減衰特性が二乗則に従わない. そこで屋内環境における位置推定手法として電波位置指紋を利用した屋内位置推定を行う. この手法は,初めに屋内位置推定を行いたい部屋を適当に分割し,それぞれの位置でRSSIを測定する. そのデータを教師データとして保存する.その後,位置推定を行う際に取得したデータを,教師データと照らし合わせることで,位置推定を行う方法である. この手法をさらに発展させた研究を私たちは行っている.

屋内環境における位置推定

➢ 属性情報を用いた屋内位置推定

電波位置指紋は学習フェーズと測位フェーズとで部屋の物の配置などの環境の変化により,位置推定精度が低下してしまう. そこで外乱の影響を受けにくい特徴をもつ地磁気を用いてより推定精度を向上させる. 二つの特徴量を組み合わせることにより互いの欠点を補完し,推定精度向上を目指し研究を行なっている.

➢ 時間・空間特性を利用した屋内位置推定

電波位置指紋のデータを取得するには非常に手間と時間がかかる. 空間相関特性を利用するKrigingにより測定点以外の位置でのRSSIを補間することで,測定点数の削減を目的に研究を行っている.

テーマ3:磁界結合した受電器の楕円近似を用いた三次元位置推定

無線電力伝送(WPT: Wireless Power Transfer)の手法として磁界結合方式が注目されている.磁界結合方式はアンテナ直径程度の範囲で高伝送効率の給電が可能である.磁界結合方式を用いた送電器を床一面にアレイ状に敷き詰めることによって部屋のどこにいても給電を行うことができる.しかし,すべての送電器を常にON 状態で 利用することは無駄な電力消費となる.そこで,WPT システムのコイルを利用して受電器をセンシングすることに より,WPTと位置推定を同じシステム上に実現することで,この問題を解決する.本研究では,送電器と受電器の等価回路とノイマンの公式から反射係数と結合係数の関係及び結合係数と空間特性の関係を明らかにし,共振器間の磁界結合を利用した受電器の三次元位置推定に着目する.本稿では,磁界結合した送電器と受電器間の仰角における結合係数値の等値線が楕円状になることを利用した三次元位置推定の手法を提案し,シミュレーションによる位置推定評価を行っている.

位置推定システムの構成

楕円による結合係数の空間特性の近似

テーマ4:無線伝搬路特性の測定

無線伝搬路特性は,無線通信の様々な場面で用いられる. 例えば,受信信号を復調するために無線伝搬路特性が用いられたり,通信端末間の無線伝搬路特性を用いて端末の位置を推定したりすることができる. 無線伝搬路特性を測定する方法は様々である. 測定手法によって,得られる無線伝搬路特性の雑音に対する頑強さや,電力増幅器などで発生する歪みによる影響が異なる. 本研究では,音響システムに頻繁に使われており,無線システムには用いられていないLog-SS(Logarithmic-Swept Sine)信号という測定用信号を用いた測定手法に着目する. 様々な測定手法を用いて無線伝搬路特性を測定して評価することにより,無線伝搬路特性の測定に最適な測定手法を検討する.

無線伝搬路特性