2014 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 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) |
寺田 直美 総合研究大学院大学, 学内共同利用施設等, 助教 (20452526) [Withdrawn]
川喜田 佑介 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 助教 (30468540)
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 / IoT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、自立給電型RFセンサLSIを大量配置し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。本研究の目的は、自立給電型RFセンサの極限的な回路省電力化に伴う特性上の課題をネットワーク側で解決し、大量のRFセンサを使いこなせるようにすることである。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：昨年度開発の自立給電型RFセンサLSIエミュレータ上に、昨年度提案した省電力型多重無線通信方式を実装し、良好な逆多重化を確認した。また、振動試験への適用実験の準備を行った。（国際会議1件、査読付論文条件付き採録、基調講演1件、招待講演1件、国内口頭発表2件）
（２）RFセンサスクリーニングのための無線通信技術：広帯域に存在する複数RFセンサ無線信号の中心周波数を高速・高精度に検出するアルゴリズムを提案し、査読付き論文誌に採録された。また、単方向通信に限定されるRFセンサを多元接続する方式を提案しシミュレーション評価した（査読付論文1件、国内口頭発表3件）
（３）RFセンサ評価・スクリーニング高速化技術：電波空間情報配信サーバ性能を制約する支配的計算機資源を明確にし、スケールアウト可能なサーバアーキテクチャを提案した。また、電波空間情報をインターネットにオーバレイして電波空情報品質に応じて圧縮伝送する方式、及び電波空間情報をファイルシステムレベルで圧縮蓄積する技術について圧縮効果が出る条件を明らかにした。（査読付論文1件、国内口頭発表2件）
（４）実世界情報センシング：普及が注目されるBLEタグからの受信信号強度履歴を用いてRFタグ間の近接関係を推定する手法を提案し、実験評価により高精度動作を確認した。（国内口頭発表2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：社会的需要が大きい、土木構造物・産業機械などの多点振動試験への適用を想定し、自立給電型RFセンサLSIエミュレータに新提案のセンサ信号多重送信方式を実装し、実現性を実証した。下記に報告技術も合わせて、RFセンサ集団による統合的センシングシステム像を具体化でき、成果統合をイメージしつつ個別研究を加速できる状況を創り出せた。
（２）RFセンサスクリーニングのための無線通信技術：簡素な回路構成に起因するRFセンサの不安定性をプラットフォーム側計算パワーで補償する目的から、未知信号の高速・高精度な中心周波数検出法として、解析帯域単位を未知信号帯域に動的に合わせる手法を提案し、先行研究よりも高速・高精度な推定を確認し、成果は信学会論文誌に採択された。また、RFセンサが具備する複数センサ信号を２サブキャリアでアナログ多重伝送し受信側で逐次干渉除去により分離受信できることを実験的に確認した。
（３）RFセンサ評価・スクリーニング高速化技術：電波空間情報配信サーバの性能を制約する支配的計算機資源を明確にし、スケールアウト可能な配信サーバアーキテクチャを提案し、信学会論文誌に採択された。また、電波空間情報の蓄積利用を目的に、ファイルシステムレベルの圧縮技術を検討し、良好な圧縮率を得るには圧縮単位とするファイルサイズに適値があることなどを明らかにし、IEEE国際会議論文に採択された。
（４）実世界情報センシング：実世界情報センシングとして、(1)の多点振動試験に加えて、Bluetooth LEタグを用いたモノ探し支援を研究した。BLEタグからの受信信号強度履歴をクラスタリングしてBLEタグ間の近接関係を推定する手法を提案し、実験評価により高精度動作を確認した。
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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：センサ信号アナログ多重伝送方式を実装した自立給電型RFセンサLSIエミュレータと加振試験装置により多点振動試験システムを構築し、システムの実現性を実証し、振動試験適用上の課題を明確化する。さらに、試験条件緩和、試験性能向上を目指し、サブキャリアチャネル最適割り当てアルゴリズムを可変帯域やデジタル変調の条件を加えてセンサ信号多重化方式を検討する。
（２）RFセンサスクリーニングのための無線通信技術：広帯域中未知信号の中心周波数を高速・高精度で検出するアルゴリズム、及びパッシブRFID通信を活用したRFセンサ多元接続技術について、性能向上と適用条件緩和を検討する。また、検出した信号の受信に適切な無線システムを起動する問題に対して、スペクトログラムを特徴量とし、未知信号をクラスタリングして起動すべき無線システムを絞り込むアルゴリズムを検討する。これらの成果の学会発表を目指す。
（３）RFセンサ評価・スクリーニング高速化技術：ファイルシステムレベル圧縮技術による電波空間情報圧縮効果について検討を深め論文発表する。さらに、電波空間情報蓄積システムとして実装し、システムレベルの性能評価と課題抽出を行う。電波空間情報のインターネットオーバレイ伝送量削減を目指してきたH26年度の研究を、電波空間中の信号情報量のスパース性に適応して圧縮センシング技術を適用する方式としてまとめ学会発表を行う。
（４）実世界情報センシング：H26年度に得たBluetooth LEタグの近接関係を推定するアルゴリズムについて、入力となるRSSI履歴をユーザが持ち歩くスマートフォンから取得する問題に取り組み、複数スマートフォンによる協調センシングの有効性などを検討する。
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[Presentation] Load-adaptive indexing method for schema-less searches2014
Author(s)
Yutaka Arakawa, Takayuki Nakamura, Motonori Nakamura, Nobuhiko Matsuura, Yuusuke Kawakita, and Haruhisa Ichikawa
Organizer
IEEE 38th Annual Computer Software and Applications Conference Workshops (COMPSACW 2014)
Place of Presentation
Vasteras, Sweden
Year and Date
2014-07-21 – 2014-07-25
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