2020 Fiscal Year Annual Research Report
Environmental information recognition by power / data transmission via wireless pulse and data processing without location information
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19H02135
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
塩田 茂雄 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (70334167)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関屋 大雄 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (20334203)
高橋 応明 千葉大学, フロンティア医工学センター, 准教授 (70267342)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | センサ / 無線電力伝送 / パワープロセッシング / 位置推定 / 環境情報 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
以下，研究開発項目別に述べる．
1（無線パルス信号による電力／データ伝送技術の開発）:センサへのマイクロ波送電のため，2.45GHzで動作する送電器と受電器の基礎開発を行った．送電器は部屋の天井照明を置き換える形を想定し，１つのアンテナで60度ずつをカバーするものを６つ同心円状に配置することにより構成している．スイッチングによるビーム切替が可能となっており，部屋の壁面に設置されたセンサに給電できる．また，受電器として，任意の方向からの電波を受信できるアンテナを使用し，シングルシャント整流回路を用いて，電力を取り出せるものを設計した．これらの動作を実験により確認した．
2（無線パワープロセッシング回路・プロトコルの設計）:IoTデバイスへの無線給電に向けて，負荷変動に対して制御なしに一定電圧を出力する負荷非依存インバータの開発を進めた．負荷非依存インバータにフィードバックネットワークを付加することで発振器を構成し，リアクタンス変動に対してもロバストなシステム設計に成功した．また，センサネットワークとニューラルネットワークを統合した情報処理基盤の開発を進めた．CSMA/CAに基づく通信ネットワークのスループット特性を解析的に表現することに成功し，情報処理基盤における通信特性を予測できるようになった．
3（位置情報非利用型環境情報認識）:前年度考案した物体反応型センサの位置推定アルゴリズムの性能を実機実験により検証した．20台程度の焦電型赤外線センサを室内に置き，室内歩行者に対するセンサの反応時刻から各センサの相対位置を求め，アンカーノードの位置情報を用いて，相対位置を絶対位置に変換する手法を用いて，およそ2m程度の誤差でセンサの位置が推定できることを確認した．加えて，領域内に複数の物体があっても適用できる位置推定アルゴリズムを考案し，シミュレーション実験により動作性能を確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
いずれの研究開発項目ともおおむね順調に進展している．以下，研究開発項目別に理由を述べる．
1（無線パルス信号による電力／データ伝送技術の開発）:マイクロ波送電デバイスの基礎設計が完了し，個々の構成部品の動作確認を実験により確認を行った．送電器の動作および受電器の整流回路の動作は，設計通りであることを確認できた．
2（無線パワープロセッシング用回路・プロトコルの設計）:センサネットワークに向けたワイヤレス給電システムは順調にその開発が進んでいる．負荷非依存インバータ，および高周波整流器の開発により，安定してパルスを発生し，それを受電できるシステムの構築が可能となった．さらに，充放電に双方向性を持たせるための解析も終えており，実装段階に入っている．さらに，パルスを用いた情報処理システムのプラットフォーム開発を順調に進んでいる．
3（位置情報非利用型環境情報認識）:物体反応型センサの位置推定手法については，基本アルゴリズムの考案，実機実験での動作確認，（実機実験による）位置推定誤差の発生要因の分析まで終了し，おおむね予定通りの進捗を得ている．領域内に複数の物体がある場合のアルゴリズムについてもシミュレーションでは良好な動作性能が確認できている．後者のアルゴリズムは，物体反応型以外のセンサへの適用も可能であり，汎用性という意味で有望である．
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| Strategy for Future Research Activity |
以下，研究開発項目別に述べる．
1（無線パルス信号による電力／データ伝送技術の開発）:今後は，マイクロ波送電器と受電器を組み合わせて，無線電力伝送システム全体が所望の動作が行われることを実験的に確認する．また，電力パケットの概念を実現できるか検討をおこなって行く．
2（無線パワープロセッシング用回路・プロトコルの設計）:双方向性ワイヤレス給電システムを構築する．これにより，電力パケットの概念を実現するワイヤレス給電システムの構築を目指す．さらに，無線パルス信号により知的情報処理を実現する情報処理プラットフォームの安定動作を目指す．また，本年度の研究成果より，CSMA/CAに基づくIoT向け無線通信を適用すると，そのパケット衝突や遅延の影響で情報処理機能が落ちることが明らかとなった．そこで，無線通信方式について，CSMA/CAに加え，UWB通信の適用を検討し，より高速で安定した情報処理システムの構築を目指す．
3（位置情報非利用型環境情報認識）:スマートフォンに搭載されたセンサや無線給電可能な可搬型センサのように，位置が固定されていないセンサの位置推定法も重要である．本研究では，(1)センサの反応からセンサ間の近接関係を推定し，次いで(2)推定したセンサの近接関係からセンサの位置を決定するという手法を用いている．一方，新型コロナウイルス接触確認アプリでは，スマートフォンが相互にBLE信号を送りあうことで，周囲のスマートフォンの存在を認識しているが，これは一種の近接関係の把握に他ならない．BLE信号を用いた近接関係の推定法，ならびにそれを利用した位置が固定化されていない端末の位置推定手法についても検討を進める．
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[Presentation] Load-independent self-tuned parallel resonant power oscillator2020
Author(s)
Shuya Matsuhashi, Yoshiro Hara,Kien Nguyen, Takeshi Uematsu, Shingo Nagaoka, Taichi Mishima, and Hiroo Sekiya
Organizer
The Eleventh Annual Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE2019), Detroit, MI, USA, pp.1571-1576.
Int'l Joint Research
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