センサノード 時刻同期と位置測定 0312006003 浅川 和久 2008/11/16 センサノード 時刻同期と位置測定.

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1 センサノード 時刻同期と位置測定 浅川 和久 2008/11/16 センサノード 時刻同期と位置測定

2 「いつ」「どこで」 時刻同期 位置測定 センサノードが取得した情報に「いつ」「どこで」といった情報を提供する仕組みが時刻同期と位置測定。
センサネットワークでは物理的な現象をセンサシングするため、それらの現象がいつ、どこで起こったことなのかという情報を付加するニーズは高い 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

3 GPS 環境によっては、すべてのノードに装着可能 コストと消費電力が高い 室内や水中、地中などでは利用できない
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4 時刻同期 ノードが感知した現象に関するデータに、時刻情報を付加する
高密度でノードが設置されたセンサネットワークでは、同じ現象を複数のノードが感知する可能性が高い ネットワーク内部でデータを融合、削除 トラフィックの冗長性を取り除く 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

5 NTP 高精度の時刻同期を実現可能 位置測定のためにマイクロ秒のオーダーで正確な同期が必要 特定のノード間でのみ時刻を同期させたい
センサノード 位置測定のためにマイクロ秒のオーダーで正確な同期が必要 特定のノード間でのみ時刻を同期させたい NTP 数ミリ秒の誤差 不安定なリンクでは性能に影響がでる 時刻がすでに同期された複数の分散サーバが必要 インターネットとは要求が異なる 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

6 サーバクライアント型の時刻同期方式 クライアントごとにサーバが時刻同期を処理する クライアントごとに同期のずれを生じさせる時間が存在する
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7 同期のずれ(1) 送信時間 時刻情報をサーバが作成してから実際に処理されてネットワークインターフェースのデバイスに渡されるまでに要する時間
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8 同期のずれ(2) アクセス時間 ネットワークインターフェースのデバイスに到着したデータが実際にネットワーク上に送信されるまでの時間
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9 同期のずれ(3) 伝播遅延時間 送信されたデータが、クライアントのネットワークインターフェースに届くまでの時間 2008/11/16
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10 同期のずれ(4) 受信時間 クライアントのネットワークインターフェースのデバイスが受け取った時刻情報がクライアントのアプリケーションに渡されるまでの時間 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

11 RBS (Reference Broadcast Synchronization)
センサネットワークを想定した時刻同期 時刻同期のずれを生じさせる時間の影響をなるべく少なくする 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

12 RBS RBSサーバが「参照パケット」を定期的にブロードキャストする 参照パケットは通信範囲に存在する複数のクライアントに受信される
参照パケットを受信したクライアント間での同期に利用される クライアントのローカルタイマで受信時刻を記録する 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

13 RBS すべてのクライアントは同じ参照パケットを受信 1ホップのブロードキャストを利用 ネットワークドライバなどの低いレベルで受信時刻を取得
送信時間とアクセス時間はすべてのクライアントで等しい 1ホップのブロードキャストを利用 伝播遅延時間には、ほとんど差がない ネットワークドライバなどの低いレベルで受信時刻を取得 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

14 クリティカルパスの違い サーバクライアントの同期 / クライアント間の同期(RBS) 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

15 RBS 各クライアントが記録した受信時刻は、タイミングの観点ではほぼ等しい
この時点ではタイマが同期されているわけではない(ローカルタイマの値) ローカルタイマのずれをクライアント間で知る 同期のための補正値を計算する 2008/11/16 センサノード 時刻同期と位置測定

16 位置測定 物理事象が感知された場所を特定 経路制御やデータ集約などのプロトコル処理を効率化 センシング領域や位置に依存したサービスを提供する
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17 Centroid(重心)測定 位置をあらかじめ知っているランドマークが定期的に自らの位置情報を含んだビーコンをブロードキャストで近隣のノードに送信 (4,5) (2,4) (5,2) 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

18 DV-Hop測定 ランドマークからのホップ数と1ホップの平均情報から、各ノードがランドマークまでの距離を見積もる
3台以上のランドマークからの距離を見積もり、多角測定により自らの位置を算出する 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

19 DV-Hop測定 1ホップの平均距離の算出方法 他のビーコンノードからのパケットを受け取ったビーコンノードは、物理的な距離からポップ数を割る
Ci 1ホップの平均距離 (Xi,Yi) ビーコンノードiの座標 (Xj,Yj) 受信したビーコンノードjの座標 Hj ビーコンノードjまでのホップ数 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

20 DV-Hop測定 L1はL2,L3からのフラッディング情報を利用して1ホップの平均距離を算出
Aは最初に受け取った平均距離を利用してL1,L2,L3までの距離を算出 L2 75m 40m 2×α L3 L1 A 3×α 3×α 100m 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

21 APIT(Approximate Point in Triangulation Test)測定
ランドマークが位置情報を含んだビーコンを定期的に送信する 各ノードは、受信したビーコンから3台のランドマークの組み合わせで作成可能なすべての三角形を導き出す 三角形すべてに対して、自分が内側にいるのか外側にいるのか検証する 自分の位置を絞り込んでいく 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

22 APIT測定 ランドマークが多いほど三角形が多く作成できるため、精度の高い測定が可能 無線の電波強度を利用 OUT IN IN
2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

23 大阪大学、大阪市立大学、沖電気 位置推定新方式
位置が分かっている複数の基準ノードの情報を利用して、移動ノードの位置を測定 移動ノードは定期的に信号を送信する 基準ノードは信号を受信すると、受信電力と移動ノードのIDを位置推定サーバに送信 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

24 大阪大学、大阪市立大学、沖電気 位置推定新方式
基準ノード 基準ノード 基準ノード データ 収集 ノード 移動ノード 基準ノード 基準ノード 基準ノード 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

25 大阪大学、大阪市立大学、沖電気 位置推定新方式
位置測定サーバは得られた受信電力と無線伝搬モデルからノードが存在する確率を求める 基準ノードが3つあれば位置の推定は可能 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定

26 参考文献 大阪大学、大阪市立大学と沖電気、ユビキタスセンサネットワーク用の位置推定新方式を共同開発,2006年1月, 安藤 繁,田村 陽介,戸辺義人,南 正輝,センサネットワーク技術,東京電機大学出版局,2005 2008/11/16 センサノード 時刻と位置測定