1. 屋内センサネットワークにおける 移動ノードからのRSSI計測 Measurement of RSSI from Mobile Node in Indoor Wireless Sensor Networks
複雑系工学講座 調和系工学研究室
学部4年 辻 順平

2. 背景
屋内センサネットワークを利用した移動ノードの位置推定
RSSI(Received Signal Strength Indication)： 受信信号強度[単位：dBm]
RSSI 10log P： 受信電力[単位：mW] 10P
ZigBee 実環境 RSSI計測
位置推定システム構築に向けた基礎計測
エンドデバイス
ルータ
RSSI

3. アプローチ
実験2： 複数ルータのRSSIを計測 複数のRSSIの組み合わせを利用した位置推定
距離 d[m] とRSSI[dBm]の関係
実験1： 実環境における距離とRSSIの関係の計測
距離とRSSIの関係の再現性
RSSIABlog10d

4. 実験1（設定）
目的 距離とRSSIの関係の再現性 方法 エンドデバイスを移動させて距離ごとの RSSIを計測（3回実験）
ルータ
エンドデバイスの移動経路
ルータ（受信側）
エンドデバイス（送信側）

5. 実験1（結果）
距離 d[m]
RSSI [dBm]

6. 実験2（設定）
目的
複数のRSSIの組み合わせを利用した位置推定
設定
ルータ： 3か所
エンドデバイス：2経路（それぞれ3周ずつ計測）
ルータ
移動経路1
移動経路2
エンドデバイス

7. 凡例：
-65[dBm]以上
-85[dBm]から-65[dBm]まで
-85[dBm]以下
N=9の移動平均をとったデータより -65[dBm]，-85[dBm]で領域を区切って表した図
複数ルータのRSSI
ルータ1
ルータ2
ルータ3

8. (i) ルータ1 -56[dBm] ルータ2 -70[dBm] ルータ3 -88[dBm] が観測された場合
(ii) ルータ1 -88[dBm] ルータ2 -88[dBm] ルータ3 -90[dBm] が観測された場合
複数ルータのRSSIによる位置推定
1つの領域に限定される
複数の領域に分かれる

9. まとめ
目的： 実環境における位置推定システム構築にむけた基礎計測
実験2： 複数ルータのRSSIを計測 複数のRSSIの組み合わせを利用した位置推定
実験1: 距離とRSSIの関係の計測 距離とRSSIの関係の再現性
壁から反射（マルチパス），無線LAN，人体の影響

11. ルータ
エンドデバイスの移動経路
実験1（別設定）

12. 実験2（1）
ルータ1
ルータ2
ルータ3
エンドデバイスの位置が同じでも ルータの配置によってRSSIは異なる ⇒ 複数ルータの結果を組み合わせて位置計測ができる可能性
①
②
③
④
⑥
①
①
②
③
④
⑥
⑤
⑤

13. 実験2（2）
ルータ1
ルータ2
ルータ3
エンドデバイスの位置が同じでも ルータの配置によって受信側のRSSIは異なる ⇒ 複数台の結果を組み合わせて位置計測ができる可能性
①
②
③
④
⑥
⑤
①
②
③
④
⑥
①
⑤

14. 屋外での実験
•実験結果
開始からの経過時間 t[msec]（横軸） と RSSIの実測値[dBm]（縦軸）
（30[sec]静止 → 一定速度で移動 → 30[sec]程度静止）
(i)値の変動が（屋内と比べて）， 比較的小さい． (ii)33[sec]付近で，極小値 → 反射波による減衰 (iii)47[sec]以降の値がない → 受信電力が弱く， 観測できなかった
(ii)
(iii)

15. 既存研究 RSSIと距離の関係から，三辺測量によって位置推定[川添，村田，2005] 限定された環境（無人の会議室・見通し環境）での実験
ZigBeeの特徴 2.4GHz帯 → 非透過 → 反射波の干渉 → 無線LAN，Bluetoothなどと同じ電波帯 → 干渉 → 水分子の吸収帯 → 人の存在が影響 微弱電波 → ノイズに埋もれる
実環境では 人，無線LANのホットスポット，壁あり
実環境で利用可能かどうかはわかっていない

16. RSSIの理論的特性
– 自由空間伝播モデル
• 距離の2乗に反比例して減衰
– 大地反射モデル
• 距離により，値が大きく減衰
• ヌルポイント（G(d)=0）が発生
2
4
) ( 




d
P d


2 2
2
4sin
4
( )
d
h h
d
P d t r




 





18. 関連研究(1/7)
•ユーザの位置情報の取得，Location Based- Service
–「無線LAN環境を想定した屋内向けナビゲーショ ンの検討」
•ユーザの屋内測位に関しての考察
–TDOA（信号の到達時間差）を用いるもの
–RSSI（受信電界強度）を用いるもの
•システム概要
–入り口で地図や店舗情報をダウンロード
–位置情報を無線LANから取得して，ナビゲーションへと利用

19. 関連研究(2/7)
•ユーザの位置情報の取得，Location Based- Service
–「ZigBeeを用いた通学路支援システム」
•児童の安全確保のため，児童の登下校状況や所在地 情報を収集したい．
•児童の端末IDと位置情報を，各所に設置されたルータ を通して，マルチホップで転送．
–「RFIDを利用したユーザ位置検出システム」
–「センサネットワークにおける位置測定のための データ収集方式の提案」
•RSSIを用いたもの

20. 関連研究(3/7)
•センサネットワーク上でデータを転送
–「ZigBeeを用いた画像転送ネットワーク」
–ZigBee上で，音声情報の転送

21. 関連研究(4/7)
•屋内環境，情報提供システム
–「Bluetoothを用いた展示情報提供システムのための先行 ダウンロード方式」
–「アドホックネットワークを利用した情報提供システムの研 究開発」
–「屋内空間における歩行者の案内方式に関する一考察」
–「2次元コードと携帯端末を用いた屋内歩行者ナビゲーシ ョン」
–「屋内用歩行者ナビゲーションにおける歩行者の嗜好を 反映させる経路探索手法」

22. 関連研究(5/7)
•（屋外の）情報提供システム
–NAVITIME
–Auのezナビウォーク

23. 関連研究(6/7)
•「屋内向け歩行者ナビゲーションにおけるユーザの 嗜好性と混雑状況を考慮した目的地決定手法」
早稲田大学理工学部コンピュータネットワーク工学科
–混雑情報や店舗情報をremote serverで一括管理
–無線LANを介してサーバへアクセス
•データ取得要求
•サーバ端末が必要な情報を選択
•ユーザへと転送
–Shop AP（アクセスポイント）が混雑状況を5分おきにサー バへと報告，更新
–(1)嗜好性の考慮(2)履歴の考慮(3)混雑情報の取得

24. 参考： ZigBeeによる屋内測位手法(7/7)
•「センサネットワークにおける受信信号強度を用いた位置測定システム の構築（平成17年，川添朋律，大阪大）」
–ターゲットが，センサに向けて「測定要求メッセージ」をブロードキャスト．
–センサはメッセージの受信信号強度（RSSI）を測定．シンクノードへと報告．
–シンクノードは情報を集計し，三辺測量でターゲットの位置を推定．
研究ではRSSIに閾値を設け，
受信強度の弱いセンサ情報を 無視
センサ密度：0.27[個/m2]に対し
位置推定偏差1.5-2.0[m]

25. 凡例： -65[dBm]以上 -85[dBm]から-65[dBm]まで -85[dBm]以下
複数ルータのRSSI
ルータ1
ルータ2
ルータ3