2013 Fiscal Year Annual Research Report
自立給電型ワイヤレスセンサLSIを用いた実世界情報収集システムの研究
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25240010
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
市川 晴久 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (80463959)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川喜田 佑介 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 助教 (30468540)
寺田 直美 総合研究大学院大学, 学内共同利用施設等, 助教 (20452526)
三次 仁 慶應義塾大学, 環境情報学部, 准教授 (40383921)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ユビキタスネットワーク / ワイヤレスセンサ / 自立給電 |
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| Research Abstract |
本研究では、半導体技術により量産される自立給電型ワイヤレスセンサを用いて実世界情報を収集するシステムの実現を目指している。環境エネルギー発電により自立給電動作するワイヤレスセンサは回路の極限的な簡素化に伴う問題を抱えている。本研究の目的は、自立給電型ワイヤレスセンサの課題をネットワーク側で解決し、大量のワイヤレスセンサを使いこなすことを可能にすることである。当初計画の5研究項目を4項目に統合し、下記の成果を得た。
（１）自立給電型RFセンサLSIを用いる実世界情報センシングシステムの開発、及びRFセンサ集団による統合的センシング機能の実現：検討の一環として、自立給電型RFセンサLSIのエミュレータを研究分担者（三次、寺田）と共同開発した。省電力型多重無線通信を提案し、このエミュレータに実装した。
（２）RFセンサスクリーニングのための無線通信技術：広帯域に遍在するRFセンサからの送信無線信号を検出するアルゴリズム、無線信号の特徴を用いて無線システムを判別して適切な受信プログラムの起動、通信するアルゴリズム、センシング信号をRFセンサが多重化して送信し、受信プログラムで分離するアルゴリズムについての提案を行い、国際会議論文などで発表した。（国際会議3件、国内口頭発表4件）
（３）RFセンサ評価・スクリーニング高速化技術：左記の基盤を実現するため、電波空間情報をインターネットにオーバレイして伝送する技術、電波空間情報蓄積システムを研究し、ネットワーク品質と伝送される電波空間情報品質の関係、電波空間情報の特徴と圧縮可能性、実装を踏まえた蓄積速度を明らかにした。（国内口頭発表2件）
（４）実世界情報センシング：RFタグからの受信信号強度から論理的な近接関係を推定する問題を取り上げ、推定に用いる特徴量を提案し、その基礎となる測定実験結果と合わせて学会発表した。（国内口頭発表1件）
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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
（１） 自立給電型ワイヤレスセンサLSIを用いる実世界情報センシングシステムの開発、及びRFセンサ集団による統合的センシング機能の実現：他の研究項目を統合し、半導体技術による量産効果を高度な実世界情報センシングに結び付ける方式を設計、実証することが、本研究項目の大目標である。H25年度は、振動試験、セキュリティ応用などの応用を想定し、ワイヤレス加速度センサ集団による広範囲振動検出をターゲットに選定した。超低消費電力型ワイヤレスセンサの設計に加え、実装まで行った点は予定よりも大きな進捗である。
（２） RFセンサスクリーニングのための無線通信技術：多数のRFセンサ通信性能のばらつきを評価し、RFセンサをスクリーニング抽出し統合的にセンシングする方式を目指し、広帯域に遍在するRFセンサ送信無線信号の検出と、信号受信プログラムの起動について、アルゴリズムを提案し国際会議で発表した。さらに、RFセンサにおける、センシング情報ディジタル化による電力消費を回避する省電力通信方式を提案し、国際会議で発表した。パッシブRFID機能を組み込んだRFセンサを設計、実装して、静的な起動、停止、属性情報設定を行うアルゴリズム開発の準備を整えた。
（３） RFセンサ評価・スクリーニング高速化技術：RFセンサ情報を含む電波空間情報をクラウドに伝送してソフトウェア高速処理し、また、高度処理のための蓄積を目指し、JST CREST成果であるADUNを用いた実装、評価を実施して概要に述べた進捗を得た。
（４） 実世界情報センシング：上記研究項目と連携した実世界情報センシングの検討に先行し、RFセンサから得られる最も基本的な情報である受信信号強度を用いる実世界情報センシングを検討し、RFタグの論理的な近接関係を推定する問題について推定に用いる特徴量の提案と実験評価により、方式と研究課題を明確にした。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１） 自立給電型ワイヤレスセンサLSIを用いる実世界情報センシングシステムの開発、及びRFセンサ集団による統合的センシング機能の実現：他の研究項目を統合し、半導体技術による量産効果を高度な実世界情報センシングに結び付ける方式を設計し、実証することを目標に、H25に試作したRFセンサエミュレータの組み込みプログラムを実装して、各研究項目の研究環境を準備する。また、RFセンサエミュレータ機能を用いる実世界情報センシングの検討(4)と連携して、RFセンサスクリーニングアルゴリズムを研究分担者共同で研究する。
（２） RFセンサスクリーニングのための無線通信技術：H25年度に提案した、RFセンサ送信無線信号の検出、信号受信プログラム起動のためのアルゴリズムについて、信号数、信号の特徴に関する制約を緩和する一般化を進めるとともに、実装評価を行う。センシング情報ディジタル化による電力消費を回避する省電力型通信方式について、性能限界を見極める研究を進める。パッシブRFID機能を組み込んだRFセンサエミュレータを用いて(1)と連携して、RFセンサの起動、停止、属性情報設定を行うアルゴリズムを研究する。
（３） RFセンサ評価・スクリーニング高速化技術：H25年度の実装、評価結果を国際会議発表、査読論文としてまとめるとともに、電波空間情報伝送について、分散処理方式による性能向上、蓄積システムについては、実装、評価、課題抽出を行う。
（４） 実世界情報センシング： RFタグの論理的な近接関係を推定するアルゴリズムについて、RFタグを、普及が注目されているBluetooth LEタグに置き換えて、H25年度の成果を発展させ、学会発表する。また、H25年度に開発した加速度センサ付きRFセンサの応用を目指し、加振点位置測定を当面の目標としてRFセンサ集団による統合的センシングの具体例を研究する。
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