JP2018198007A - 無線通信システム - Google Patents
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Abstract
Description
[1.1全体構成]
図1は、本発明の実施の形態に係るモニタリングシステム100の構成図である。図1に示すように、モニタリングシステム100は、無線ノードM−1〜M−kと、目的ノードD−1〜D−mとを備える。ここで、k及びmの各々は、2以上の自然数である。図1に示す例では、8個の無線ノードM−1〜M−8と、4個の目的ノードD−1〜D−4を示している。
図2は、図1に示す目的ノードD−1の構成を示す機能ブロック図である。図2に示すように、目的ノードD−1は、アンテナ21と、位置取得部22と、広告パケット生成部23と、送信部24とを含む。
図3は、図1に示す無線ノードM−iの構成を示す機能ブロック図である。上述のように、iは、1以上k以下の整数である。
送受信部102は、アンテナ101を介して、目的ノードから広告パケットPadを受信した場合、その受信した広告パケットPadを広告パケット取得部103に出力する。
広告パケット取得部103は、広告パケットPadを送受信部102から受け、その受けた広告パケットPadから目的ノードの位置データを取得する。広告パケット取得部103は、その取得した目的ノードの位置データを評価値計算部107に出力する。
通知パケット生成部104は、評価値Ei(t+1)を評価値計算部107から受け、無線ノードM−iの位置xi(t+1)を位置計算部110から受ける。通知パケット生成部104は、無線ノードM−iの識別データを予め保持している。通知パケット生成部104は、無線ノードM−iの識別データと、評価値Ei(t+1)と、位置xi(t+1)とを含む通知パケットPcを生成する。通知パケット生成部104は、その生成した通知パケットPcを送受信部102に出力する。
通知パケット取得部105は、近傍ノードM−jの通知パケットPcを送受信部102から受ける。通知パケット取得部105は、その受けた他の近傍ノードM−jの通知パケットPcから、近傍ノードM−jの評価値Ej(t)及び位置xj(t)を取得する。
群れ度合い取得部106は、近傍ノードM−jの位置xj(t)を通知パケット取得部105から受け、無線ノードM−iの位置xi(t)を位置計算部110から受ける。群れ度合い取得部106は、無線ノードM−iの位置xi(t)及び近傍ノードM−jの位置xj(t)に基づいて、群れ度合いsij(t)を取得する。群れ度合いsij(t)は、無線ノードM−iと近傍ノードM−jとの間に存在する無線ノードの数を示す。
忘却度設定部108は、忘却度Dを設定する。忘却度Dは、直前に取得された自己最良評価値に乗算されるパラメータであり、直前に取得された自己最良評価値を新たな自己最良評価値に更新する際に用いられる。詳細に付いては後述するが、無線ノードM−iは、新たな自己最良評価値を取得する際に忘却度Dを用いることにより、一の目的ノードに到達した後に他の目的ノードに到達することを可能とする。
評価値計算部107は、近傍ノードM−jの評価値Ej(t)を通知パケット取得部105から受け、群れ度合いsij(t)を群れ度合い取得部106から受ける。評価値計算部107は、自己最良位置xi_Lbest(t)を最良位置取得部109から受ける。評価値計算部107は、近傍ノードの評価値Ej(t)と、近傍ノードの位置xj(t)と、群れ度合いsij(t)と、自己の位置xi(t)を用いて、無線ノードM−iの評価値Ei(t+1)を計算する。評価値計算部107は、計算により得られた評価値Ei(t+1)を最良位置取得部109に出力する。
最良位置取得部109は、近傍ノードM−jの評価値Ej(t)及び位置xj(t)を通知パケット取得部105から受ける。最良位置取得部109は、無線ノードM−iの評価値Ei(t)を評価値計算部107から受け、無線ノードM−iの位置xi(t)を位置計算部110から受ける。最良位置取得部109は、忘却度Dを忘却度設定部108から受ける。
位置計算部110は、自己最良位置xi_Pbest(t)及び局所最良位置xLbest(t)を最良位置取得部109から受ける。位置計算部110は、無線ノードM−iの位置xi(t)を自己最良位置xi_Pbest(t)及び局所最良位置xLbest(t)を用いて更新して、無線ノードM−iの新たな位置xi(t+1)を計算する。位置計算部110は、その新たな位置xi(t+1)を駆動部112に出力する。
駆動部112は、無線ノードM−iの位置xi(t+1)を位置計算部110から受ける。駆動部112は、無線ノードM−iがその受けた位置xi(t+1)に移動するように、無線ノードM−iを制御する。
図4は、図1に示す無線ノードの動作を示すフローチャートである。図4を参照しながら、無線ノードM−iの動作を説明する。
無線ノードM−iは、最初に、初期化処理を実行する(ステップS101)。具体的には、無線ノードM−iにおいて、位置計算部110は、予め設定されていた無線ノードM−iの位置を、1回目の無線ノードM−iの位置Mi(1)に設定する。
無線ノードM−iにおいて、通知パケット生成部104は、通知パケットPcを生成して、モニタリング空間10にブロードキャストする(ステップS102)。
無線ノードM−iにおいて、通知パケット取得部105は、送受信部102により受信された近傍ノードM−jの通知パケットPcから、近傍ノードM−jの位置xj(t)及び評価値Ej(t)を取得する(ステップS103)。無線ノードM−1〜M−kは、近距離無線通信を利用して無線ノード同士で通信する。このため、無線ノードM−iは、無線ノードM−i以外の全ての無線ノードから、位置及び評価値を取得するとは限らない。
無線ノードM−iにおいて、群れ度合い取得部106は、自己の位置と、ステップS103において通知パケット取得部105により取得された近傍ノードの位置とに基づいて、群れ度合いを計算する(ステップS104)。群れ度合いは、無線ノードM−iと、近傍ノードM−jとの間の空間に位置する無線ノードの数に相当する。つまり、群れ度合いは、無線ノードM−iと、近傍ノードM−jとの間の空間において、無線ノードがどのくらい密集しているかを示す指標である。無線ノードM−iに関して、複数の近傍ノードが存在する場合、群れ度合いは、近傍ノードごとに計算される。
無線ノードM−iにおいて、評価値計算部107は、無線ノードM−iの近傍ノードの評価値と、ステップS104で計算された群れ度合いとを用いて、自己の評価値Ei(t)を計算する(ステップS105)。
評価値計算部107は、ステップS501において、群れ度合いSij(t)を用いて、近傍ノードM−jの評価値Ej(t)を修正する。上述のように、無線ノードM−iは、近傍ノードの中で最小の評価値を有するノードに近づくことにより、目標ノードに近づくことができると想定して、自己の位置xi(t)を更新する。
無線ノードM−iにおいて、最良位置取得部109は、目的ノードに向かって移動を開始してから目的ノードに到着するまでの間に取得した近傍ノードの評価値の中で、最小の評価値を有する近傍ノードである局所最良ノードの位置を、局所最良位置xi_Lbest(t)として決定する(ステップS106)。局所最良位置xi_Lbest(t)は、無線ノードM−iの通信可能範囲(図6参照)において最も目的ノードに近いと想定される無線ノードの位置に相当する。
無線ノードM−iにおいて、最良位置取得部109は、自己最良評価値に対応する自己の位置を、自己最良位置として決定する(ステップS107)。具体的には、最良位置取得部109は、下記の式(5)を用いて、自己最良評価値を決定する。
無線ノードM−iにおいて、位置計算部110は、無線ノードM−iの位置xi(t)を更新して、無線ノードM−iの新たな位置xi(t+1)を生成する(ステップS108)。新たな位置のxi(t+1)の計算には、ステップS106で決定された自己最良位置xi_Pbest(t)と、ステップS107で決定された群最良位置xi_Lbest(t)と、自己の位置xi(t)とが用いられる。
衝突抑制部111は、ステップS108で生成された無線ノードM−iの新たな位置xi(t+1)を修正することにより、衝突抑制制御を実行する(ステップS109)。
図9は、無線ノードM−iと、近傍ノードM−jとの位置関係の一例を示す図である。無線ノードM−1〜M−kは、実際には、3次元空間に配置されているが、説明の便宜上、図9において無線ノードM−i及び近傍ノードM−jを2次元平面上に配置する。
条件(B):無線ノードM−iの現在位置xi(t)から無線ノードM−iの新たな位置xi(t+1)に向かうベクトルが、ベクトルP1及びベクトルP2の両者と交差せず、かつ、無線ノードM−iの新たな位置xi(t+1)が、衝突予想領域RL内に存在する場合。
図9において、無線ノードM−iの現在位置xi(t)から無線ノードM−iの新たな位置xi(t+1)に向かうベクトルが、ベクトルN1,N2,N3である場合、条件(A)に該当する。
図9において、無線ノードM−iの現在位置xi(t)から無線ノードM−iの新たな位置xi(t+1)に向かうベクトルが、ベクトルN4,N5である場合、条件(B)に該当する。
無線ノードM−iは、自己の位置xi(t)の更新回数が予め設定された終了判断値を超えた場合、終了条件を満たしたと判断する(ステップS110においてYes)。この場合、無線ノードM−iは、目的ノードを探索するための位置計算を終了する。無線ノードM−iは、位置計算を終了した後に、初期位置に戻る。
以下、忘却度Dを用いることにより、無線ノードM−1が、一の目的ノードに到達した後に他の目的ノードへの移動を開始できる理由を説明する。説明を簡単にするために、無線ノードM−1〜M−2及び目的ノードD−1〜D−2以外のノードを考慮せず、群れ度合いを考慮しない。
本実施の形態で説明した位置計算方法を用いて、2次元空間に配置された無線ノードの動きをシミュレーションし、そのシミュレーション結果を評価した。
上記実施の形態では、無線ノードM−iが、忘却度Dと、群れ度合いSij(t)とを用いて自己の新たな位置xi(t+1)を計算し、計算した自己の新たな位置xi(t+1)を衝突抑制制御により修正する例を説明した。しかし、無線ノードM−iは、忘却度Dを用いた自己の新たな位置xi(t+1)を計算、群れ度合いSij(t)を用いた自己の新たな位置xi(t+1)の計算、計算した自己の新たな位置xi(t+1)の衝突抑制制御による修正のうちいずれか1つを実行すればよい。
D−1〜D−m 目的ノード
102 送受信部
103 広告パケット生成部
104 通知パケット生成部
105 通知パケット取得部
106 群れ度合い取得部
107 評価値計算部
108 忘却度設定部
109 最良位置取得部
110 位置計算部
111 衝突抑制部
112 駆動部
Claims (10)
- 第1無線ノードと第2無線ノードとを含むk(kは2以上の整数)個の自律移動可能な無線ノードを備える無線通信システムであって、
前記第1無線ノードは、
前記第1無線ノードの位置と前記第1無線ノードから目的ノードまでの距離の指標である第1評価値を含む第1通知パケットをブロードキャストする送信部と、
前記第2無線ノードの位置と前記第2無線ノードから目的ノードまでの距離の指標である第2評価値とを含む第2通知パケットを前記第2無線ノードから受信する受信部と、
前記第2無線ノードを含む少なくとも1つの無線ノードにおいて過去に取得された評価値の中から最小の評価値を局所最良評価値として取得し、前記局所最良評価値と、前記第1無線ノードの位置と、前記少なくとも1つの無線ノードにおいて前記局所最良評価値を有する局所最良ノードの位置とを用いて、前記第1評価値を計算する評価値計算部と、
前記局所最良ノードが前記局所最良評価値を取得した時の位置を、局所最良位置として取得する最良位置取得部と、
前記第1無線ノードの位置と前記最良位置取得部により取得された前記局所最良位置とを用いて、前記第1無線ノードの新たな位置を計算する位置計算部と、
前記第2無線ノードの位置を中心として所定の半径を有する衝突予想領域を設定し、前記新たな位置が前記衝突予想領域内に存在せず、かつ、前記新たな位置から前記局所最良ノードの位置まで距離が前記無線ノードの位置から前記局所最良ノードの位置までの距離よりも増加しないように、前記新たな位置を修正する衝突抑制部と、
前記衝突抑制部により修正された新たな位置に前記第1無線ノードを移動させる駆動部と、を備える無線通信システム。 - 請求項1に記載の無線通信システムにおいて、
前記第1無線ノードの位置から前記新たな位置に向かうベクトルが、前記第2無線ノードの位置を始点とし、前記衝突予想領域の外周と前記第1無線ノードを通過する前記衝突予想領域の接線との接点を終点とする2つのベクトルのいずれか一方と交差する場合、前記衝突抑制部は、前記新たな位置を修正する、無線通信システム。 - 請求項2に記載の無線通信システムにおいて、
前記衝突抑制部は、前記新たな位置が前記接点となるように前記新たな位置を修正する、無線通信システム。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の無線通信ステムであって、
前記新たな位置が前記衝突予想領域内に位置し、かつ、前記第2無線ノードの位置を始点とし、前記衝突予想領域の外周と前記第1無線ノードを通過する前記衝突予想領域の接線との接点を終点とする2つのベクトルの両者と交差しない場合、前記衝突抑制部は、前記新たな位置を修正する、無線通信システム。 - 請求項4に記載の無線通信システムであって、
前記接線は、第1接線と第2接線とを含み、
前記衝突抑制部は、前記衝突予想領域の外周において前記第1接線と交わる第1交点と、前記衝突予想領域の外周において前記第2接線と交わる第2交点とを結ぶ前記衝突予想領域の外周上の曲線であって、前記第2無線ノードの位置から見て前記第1無線ノード側に位置する曲線上の点を、前記新たな位置に設定する、無線通信システム。 - 第1無線ノードと第2無線ノードとを含むk(kは2以上の整数)個の自律移動可能な無線ノードを備える無線通信システムであって、
前記第1無線ノードは、
前記第1無線ノードの位置と前記第1無線ノードから目的ノードまでの距離の指標である第1評価値を含む第1通知パケットをブロードキャストする送信部と、
前記第2無線ノードの位置と前記第2無線ノードから目的ノードまでの距離の指標である第2評価値とを含む第2通知パケットを前記第2無線ノードから受信する受信部と、
前記第1無線ノードと前記第2無線ノードとの間の空間に位置する無線ノードの数に基づいて、前記第2無線ノードの群れ度合いを計算する群れ度合い取得部と、
前記第2無線ノードを含む少なくとも1つの無線ノードにおける過去の評価値を取得し、前記少なくとも1つの無線ノードの群れ度合いを用いて前記少なくとも1つの無線ノードにおける過去の評価値を修正し、修正された過去の評価値の中から、最小の評価値を局所最良評価値として取得し、前記局所最良評価値と、前記第1無線ノードの位置と、前記少なくとも1つの無線ノードにおいて局所最良評価値を有する局所最良ノードの位置とを用いて、第1評価値を計算する評価値計算部と、
前記局所最良無線ノードが前記局所最良評価値を取得した時の位置を、局所最良位置として取得する最良位置取得部と、
前記第1無線ノードの位置と前記最良位置取得部により取得された前記局所最良位置とを用いて、前記第1無線ノードの新たな位置を計算する位置計算部と、
前記位置計算部により計算された新たな位置に前記第1無線ノードを移動させる駆動部と、を備える無線通信システム。 - 第1無線ノードと第2無線ノードとを含むk(kは2以上の整数)個の自律移動可能な無線ノードを備える無線通信システムであって、
前記第1無線ノードは、
前記第1無線ノードの位置と、前記第1無線ノードから目的ノードまでの距離の指標である第1評価値を含む第1通知パケットをブロードキャストする送信部と、
前記第2無線ノードの位置と、前記第2無線ノードから目的ノードまでの距離の指標である第2評価値とを含む第2通知パケットを前記第2無線ノードから受信する受信部と、
前記第2無線ノードを含む少なくとも1つの無線ノードにおいて過去に取得された評価値の中から最小の評価値を局所最良評価値として取得し、前記第1無線ノードの位置と、前記少なくとも1つの無線ノードにおいて局所最良評価値を有する局所最良ノードの位置とを用いて、第1評価値を計算する評価値計算部と、
前記過去に計算された第1評価値において最小の評価値である自己最小評価値を所定の忘却度を用いて修正し、前記局所最良評価値と、前記所定の忘却度を用いて修正された自己最小評価値とを含む評価値の中で最小の評価値を自己最良評価値として取得し、前記自己最良評価値が取得された無線ノードの位置を自己最良位置として取得する最良位置取得部と、
前記第1無線ノードの位置と、前記自己最良位置と、前記局所最良ノードの位置とを用いて、前記第1無線ノードの新たな位置を計算する位置計算部と、
前記位置計算部により計算された新たな位置に前記第1無線ノードを移動させる駆動部と、を備える無線通信システム。 - 第1無線ノードと第2無線ノードとを含むk(kは2以上の整数)個の自律移動可能な無線ノードを備える無線通信システムにおいて、前記第1無線ノードに実行させるための位置計算プログラムであって、
前記第1無線ノードの位置と前記第1無線ノードから目的ノードまでの距離の指標である第1評価値を含む第1通知パケットをブロードキャストするステップと、
前記第2無線ノードの位置と前記第2無線ノードから目的ノードまでの距離の指標である第2評価値とを含む第2通知パケットを前記第2無線ノードから受信するステップと、
前記第2無線ノードを含む少なくとも1つの無線ノードにおいて過去に取得された評価値の中から最小の評価値を局所最良評価値として取得し、前記局所最良評価値と、前記第1無線ノードの位置と、前記少なくとも1つの無線ノードにおいて前記局所最良評価値を有する局所最良ノードの位置とを用いて、前記第1評価値を計算するステップと、
前記少なくとも1つの無線ノードにおいて前記局所最良ノードが前記局所最良評価値を取得した時の位置を、局所最良位置として取得するステップと、
前記第1無線ノードの位置と、前記局所最良位置とを用いて、前記第1無線ノードの新たな位置を計算するステップと、
前記第2無線ノードの位置を中心として所定の半径を有する衝突予想領域を設定し、前記新たな位置が前記衝突予想領域内に存在せず、かつ、前記新たな位置から前記局所最良ノードの位置まで距離が前記無線ノードの位置から前記局所最良ノードの位置までの距離よりも増加しないように、前記新たな位置を修正するステップと、を備える無線通信システム。 - 第1無線ノードと第2無線ノードとを含むk(kは2以上の整数)個の自律移動可能な無線ノードを備える無線通信システムにおいて、前記第1無線ノードに実行させるための位置計算プログラムであって、
前記第1無線ノードの位置と前記第1無線ノードから目的ノードまでの距離の指標である第1評価値を含む第1通知パケットをブロードキャストするステップと、
前記第2無線ノードの位置と前記第2無線ノードから目的ノードまでの距離の指標である第2評価値とを含む第2通知パケットを前記第2無線ノードから受信するステップと、
前記第1無線ノードと前記第2無線ノードとの間の空間に位置する無線ノードの数に基づいて、前記第2無線ノードの群れ度合いを計算するステップと、
前記第2無線ノードを含む少なくとも1つの無線ノードにおける過去の評価値を取得し、前記少なくとも1つの無線ノードの群れ度合いを用いて前記少なくとも1つの無線ノードにおける過去の評価値を修正し、修正された過去の評価値の中から、最小の評価値を局所最良評価値として取得し、前記局所最良評価値と、前記第1無線ノードの位置と、前記少なくとも1つの無線ノードにおいて局所最良評価値を有する無線ノードの位置とを用いて、第1評価値を計算するステップと、
前記少なくとも1つの無線ノードにおいて前記局所最良評価値を有する無線ノードが前記局所最良評価値を取得した時の位置を、局所最良位置として取得するステップと、
前記第1無線ノードの位置と、前記局所最良位置とを用いて、前記第1無線ノードの新たな位置を計算するステップと、を備える無線通信システム。 - 第1無線ノードと第2無線ノードとを含むk(kは2以上の整数)個の自律移動可能な無線ノードを備える無線通信システムにおいて、前記第1無線ノードに実行させるための位置計算プログラムであって、
前記第1無線ノードの位置と前記第1無線ノードから目的ノードまでの距離の指標である第1評価値を含む第1通知パケットをブロードキャストするステップと、
前記第2無線ノードの位置と前記第2無線ノードから目的ノードまでの距離の指標である第2評価値とを含む第2通知パケットを前記第2無線ノードから受信するステップと、
前記第2無線ノードを含む少なくとも1つの無線ノードにおいて過去に取得された評価値の中から最小の評価値を局所最良評価値として取得し、前記第1無線ノードの位置と、前記少なくとも1つの無線ノードにおいて局所最良評価値を有する局所最良ノードの位置とを用いて、第1評価値を計算するステップと、
前記過去に計算された第1評価値において最小の評価値である自己最小評価値を所定の忘却度を用いて修正し、前記局所最良評価値と、前記所定の忘却度を用いて修正された自己最小評価値とを含む評価値の中で最小の評価値を自己最良評価値として取得し、前記自己最良評価値が取得された無線ノードの位置を自己最良位置として取得するステップと、
前記第1無線ノードの位置と、前記自己最良位置と、前記局所最良ノードの位置とを用いて、前記第1無線ノードの新たな位置を計算するステップと、を備える無線通信プログラム。
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JP2021114020A (ja) * | 2020-01-16 | 2021-08-05 | 学校法人 関西大学 | 移動体、無線通信システム、移動体の制御方法、および制御プログラム |
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