JP7333063B2 - センシングデータ圧縮装置およびセンシングデータ復元装置およびセンシングデータ伝送装置およびセンシングデータ圧縮プログラムおよびセンシングデータ復元プログラムおよびセンシングデータ伝送プログラム - Google Patents
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Description
センシング情報圧縮装置1は中継局3が収集したセンサ5a~5fのデータを並べて電波強度の空間分布情報(ベクトル)xを作成し、さらにこの空間分布情報から重み集合情報(ベクトル)wを生成する。センシング情報圧縮装置1は中継局3の機能の一部であってもよいし、中継局3にインターフェースを介して接続されたものであってもよい。本実施の形態においては、センシング情報圧縮装置1はさらにプロセッサ100を有しており、プロセッサ100は図2のフローチャートで表されるプログラムを実行する。以下、詳細に説明する。
ここで、Aは予め前記エリアにおける複数(K箇所)の位置から送信された既存無線局40の電波等をセンサ5a~5f(N個)が検知して得たデータ集合に基づく空間分布情報集合を表し、Uは空間分布情報集合Aを主成分分析することにより求めた基底セットパターン集合を表す。以下、空間分布情報集合Aおよび基底セットパターン集合Uについて図3および図4を用いて説明する。
図3において、40は電波環境測定用の既存無線局であり、エリア内の複数(K個)の送信ポイントにおいて所定周波数の試験電波を送信する。既存無線局40はK個の送信ポイントを循環してもよいし、予めK個の地点に分散配置され、順次試験電波を送信するものであってもよい。後述の実施例ではK=70としている。本実施の形態において、空間分布情報集合Aと基底セットパターン集合Uの生成は、いずれもプロセッサ100により、図4のフローチャートで表されるプログラムにより実行されるものとする。
ここで、mean()は、空間分布情報集合(行列)Aの各行の要素の平均値(重心)のベクトル(Σk=1,K a1k ,Σk=1,K a2k ,・・,Σk=1,K aNk)/Kを演算する関数を意味し、式(2)は行列Aの各行の要素(ank)からその行の平均値(Σk=1,K ank/K)を差し引く処理を意味する。次に、以下(3)式を用いて共分散行列Cを生成する。
さらに、この共分散行列Cは、固有値が対角線上に配された対角行列Dと固有ベクトル群よりなる行列Vを用いて、以下の式(4)のように分解することができる。
すると、中心化された空間分布情報集合Aは式(6)のように変形することができる。
空間分布情報集合Aは以下の式(8)のように書き表せる。
無線端末4がエリア内の任意の位置で発した電波をセンサ5a~5fが検知したした場合、式(1)により演算された重み集合情報(ベクトル)w(=(w1、w2、・・wN)T)のみを基地局にリアルタイムに送信すればよい。基地局側にはセンシングデータ復元装置2が設けられており、センシングデータ復元装置2内のプロセッサ200が図5のフローチャートで表されるプログラムを実行させて、空間分布情報x(=(x1、x2、・・xN)T)を復元する。
2 センシング情報復元装置
20 データベース
3 中継局
4 無線端末
40 既存無線局
5a~5f センサ
100 プロセッサ
200 プロセッサ
Claims (12)
- 所定のエリアにおける任意の位置から送信される無線端末の信号より前記エリアに設置された複数のセンサが検知した物理量の空間分布情報を送信するセンシングデータ圧縮装置であって、
前記空間分布情報から基底セットパターン集合に基づいて重み集合情報を作成するユニットと、
前記空間分布情報に代えて前記重み集合情報の全部または一部の要素を送信するユニットを備え、
さらに前記基底セットパターン集合は、予め前記エリアにおける複数の位置から送信された既存無線局の信号の物理量を前記複数のセンサが検知して得たデータ集合に基づく空間分布情報集合の主成分分析を実行するユニットにより、予め取得されたものであることを特徴とする、センシングデータ圧縮装置。 - 前記主成分分析を実行するユニットは、前記空間分布情報集合を中心化するユニットと、前記中心化された空間分布情報集合から共分散行列を生成するユニットと、前記共分散行列を固有値分解するユニットを備えたことを特徴とする請求項1に記載のセンシングデータ圧縮装置。
- 前記重み集合情報の要素を送信するユニットは、前記重み集合情報を構成する各要素の絶対値を評価し、当該絶対値の大きい順に要素を選択して送信するものであって、送信する前記要素の数の上限が全要素の内の上位25%乃至50%の範囲にあることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載のセンシングデータ圧縮装置。
- 前記物理量は電波強度であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のセンシングデータ圧縮装置。
- 請求項1から請求項4のいずれかに記載のセンシングデータ圧縮装置より送信された重み集合情報から前記空間分布情報を復元するセンシングデータ復元装置であって、
予め保持されている前記エリアに係る基底セットパターン集合を前記重み集合情報を用いて重み付け演算するユニットを備えたことを特徴とする、センシングデータ復元装置。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載のセンシングデータ圧縮装置と請求項5に記載のセンシングデータ復元装置を備えた、センシングデータ伝送装置。
- 所定のエリアにおける任意の位置から送信される無線端末の信号より前記エリアに設置された複数のセンサが検知したデータに基づく空間分布情報に係る圧縮情報を生成するセンシングデータ圧縮プログラムであって、
前記空間分布情報から基底セットパターン集合に基づいて重み集合情報を作成するステップと、
前記空間分布情報に代えて前記重み集合情報の全部または一部の要素を送信するステップを含み、
さらに前記基底セットパターン集合は、予め前記エリアにおける複数の位置から送信された既存無線局の信号の物理量を前記複数のセンサが検知して得たデータ集合に基づく空間分布情報集合の主成分分析を実行するステップにより、予め取得されたものであることを特徴とする、センシングデータ圧縮プログラム。 - 前記主成分分析を実行するプログラムは、前記空間分布情報集合を中心化するステップと、前記中心化された空間分布情報集合から共分散行列を生成するステップと、前記共分散行列を固有値分解するステップを含むことを特徴とする請求項7に記載のセンシングデータ圧縮プログラム。
- 前記重み集合情報の要素を送信するステップは、前記重み集合情報を構成する各要素の絶対値を評価し、当該絶対値の大きい順に要素を選択して送信するものであって、送信する前記要素の数の上限が全要素の内の上位25%乃至50%の範囲にあることを特徴とする請求項7または請求項8のいずれかに記載のセンシングデータ圧縮プログラム。
- 前記物理量は電波強度であることを特徴とする請求項7から請求項9のいずれかに記載のセンシングデータ圧縮プログラム。
- 請求項7から請求項10のいずれかに記載のセンシングデータ圧縮プログラムより生成された重み集合情報から前記空間分布情報を復元するセンシングデータ復元プログラムであって、
予め保持されている前記エリアに係る基底セットパターン集合を前記重み集合情報を用いて重み付け演算するステップを含むことを特徴とする、センシングデータ復元プログラム。 - 請求項7から請求項10のいずれかに記載のセンシングデータ圧縮プログラムまたは請求項11に記載のセンシングデータ復元プログラム含む、センシングデータ伝送プログラム。
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Abdallah JARWAN etal.,"Data Transmission Reduction Schemes in WSNs for Efficient IoT Systems",IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2019年06月,Vol. 37, No. 6,p.1307-1324,DOI: 10.1109/JSAC.2019.2904357 |
Poekaew,Patcharapol et al.,"Adaptive-PCA: An event-based data aggregation using principal component analysis for WSNs",2015 International Conference on Smart Sensors and Application (ICSSA),2015年,p.50-55,DOI: 10.1109/ICSSA.2015.7322509 |
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