Transcript 卒業論文最終発表
アプリケーションの 再利用性を考慮したセンサノード 配置位置決定機構 卒業論文最終発表 今枝卓也 （che） 親 大澤 亮 （ryo） 従来 なんで？ センサノードアプリ を作りました SSLabでは 動きました t41では 動きません ROASEN SSLabではこ こに配置して t41ではここに 配置して 部屋の間取りをROASEN に入れてあげると、、 ROASENが部屋ごとの最適 配置位置を計算してくれます アウトライン 研究概要 センサノードとユビキタスサービス センサノード配置条件抽象化 ROASENミドルウェア ケーススタディ 評価 まとめ 背景 ユビキタスサービスの発展 現実空間の状態に即したサービスをユーザに 提供 従来は現実空間の情報取得方法として固 定センサだけが使われていた →最近センサノードに注目が集まっている センサノード 電池で動作可能な小型計算機 センサモジュールで環境情報を取得 無線通信モジュールで情報を送信 問題意識 従来のセンサノードアプリケーション 環境に依存したアプリケーション開発 過去に作ったアプリケーションを違う場 所で再利用できない 書斎用 アプリケーション 書斎 寝室 シナリオ 従来のアプリケーション これで書斎の 植物管理は バッチリ！ 観葉植物監視アプリケーションを作った 書斎でテストして完成させた 寝室でも動かしてみる事に なんで？ 正常に動作しない！ 原因 部屋の間取りが違う 窓の位置 植物の位置 センサノード配置場所 を探さなくちゃ… 環境毎に最適なセンサノード配置位置を探す必要 目的 センサノードアプリケーションの再利用 性を向上させる 環境に依存しないアプリケーション開発を可 能にする アプローチ 環境によってセンサノードを配置すべき場所が違う 環境非依存な記述でセンサノード配置条件を指定可能 なミドルウェア”ROASEN”を作成 書斎 アプリケーション センサノード配置条件 センサノード 配置位置 寝室マップ情報 寝室 ミドルウェア シナリオ 本研究で可能になるアプリケーション 観葉植物監視アプリケーションを作った センサノードは 環境非依存な記述方法で 植物の近くに配 センサノード配置条件を指定 置したいな 部屋の間取りを入力した アプリケーションを開始する前に センサノードをどこに置けばよいか システムが教えてくれた 書斎でも寝室でも動作！ OK! 書斎ではここ に配置して 寝室ではここ に配置して やったぜ！ URYYYYYY! ミドルウェア機能要件 ① 配置条件抽象化 環境非依存な配置条件が指定可能な事 例 従来 X=40 Y=100 本研究 植物の近く ② 無線到達性の充足 各センサノード同士の無線通信が有効な配 置を算出する事 ① 配置条件抽象化 空間全体を監視するサービス 室内環境管理 学会・イベント等の 会場情報管理 ビル警備 空間全体に最も効 率が良くなるよう に配置 特定物を監視するサービス 観葉植物監視 農場管理 物体を監視するよ うに配置 空間監視 物体監視 空間監視 空間監視センサノード配置手法の比較 幾何配置方式 領域を正多角形に分割して配置 ランダム配置方式 与えられた目標を達成するまで領域内に ランダムに配置し続ける 増加配置方式（Incremental Self-Deployment） 直前に配置されたセンサノードの情報を基に配置 無駄なセンサノード 必要な時間 幾何 ○ ○ ランダム × △ 増加 × ○ 本研究では幾何配置方式を使う 空間監視 幾何計算に基づく空間監視 領域の全てを等しく監視したい ボロノイ図の各領域の面積が均一になるように 配置 ボロノイ図 空間上に配置された母点に対して、他の点が どの母点に近いかによって領域分けされた図 ドロネー図の各領域が正多角形になるように配 置すれば良い ドロネー図 ボロノイ図の隣接している領域の 母点同士を結んでできる図 物体監視 物体監視 監視対象を取り囲むようにセンサノードを配置 監視対象が移動する場合には監視対象を追跡する 物体監視 物体の優先度 センサノードの数は有限 監視対象が複数ある場合、どの監視対象に優先 してセンサノードを割り当てるか決める必要 アプリケーション開発者が監視対象毎に 優先度を決める 例 監視対象として 植物 コンピュータ を指定したい 植物の方が重要だから 植物の優先度：5 コンピュータの優先度：2 に指定しよう ② 無線到達性の充足 無線の到達範囲を事前に知る事は難しい 遮蔽物の存在 回り込み特性 環境の変化による無線強度の変化 動的にセンサノード配置位置を計算する必要 無線が届かない ノードがある！ 無線到達範囲 新しい位置を 再計算 無線到達範囲 ROASENミドルウェアのまとめ マップ情報 マップの間取り マップ上の物体 ROASENミドルウェア 配置条件 アプリケーション開発者 監視対象 植物監視 関連研究 センサの抽象化 SensorML センサ情報の記述 センサの発見 アプリケーションの抽象化 SNACK センサネットワーク利用アプリケーション構築 キット センサノード配置条件の抽象化には至っていない 設計 1. アプリケーション アプリケーション開発者 センサノード配置条件 マップ情報 3. センサノード 配置位置 6. センサノード配置位置決定 モジュール ROASENミドルウェア 5. 無線到達性検証 モジュール 4. センサノード 4. センサノード 4. センサノード 実装 実装環境 言語 C++ 開発環境 Visual C++ 2003 ライブラリ MFC 7.1 デモ 評価 シミュレータを用いた評価 ランダム配置とのSensor Field Intensityの比較 障害物とSensor Field Intensityの推移 Sensor Field Intensity センサが検知できるエネルギー量はエネルギー発生 場所からセンサまでの距離の累乗に反比例する センサsの位置pにおける Sensor Model 空間F内の全てのセンサの Sensor Field Intensity 評価環境 OS Windows XP Professional SP2 CPU Core 2 X6800 2.93GHz メモリ 3GB ランダム配置との比較 本研究の手法とランダムな配置の比較 最低Sensor Field Intensity 本研究 244523.28 ランダム 110323.86 障害物とSensor Field Intensity 障害物の多さと空間全体のSensor Field Intensityの変化 パフォーマンス評価 配置個数の増加と計算時間の変化 配置個数と計算時間 9000 8000 計算時間（msec） 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 配置個数 応用事例 観葉植物監視アプリケーション センサノード配置ロボット ORFに出展 まとめ アプリケーションのセンサノード配置条 件を抽象化するミドルウェアを作成し、 評価した 御清聴ありがとうございまし た センサノード配置に必要な情報 監視対象 イベントによる動的再配置 使用するセンサ センサノード配置密度 無線到達性を考慮した配置 無線到達性を考慮した配置 イメージ RoasenAPI ROASENシステムの操作、情報取得イン ターフェース センサノード抽象化 センサノードからの情報取得 センサノード配置場所の再計算要求 クラスライブラリとして提供 ユビキタスサービスの提供形態 今回の研究領域 アプリケーション開発者 ・アプリケーション開発 アプリケーション配布 アプリケーション運用者 ・センサノード配置，維持 サービス提供 アプリケーション利用者 センサノードを使ったユビキタス サービスの提供形態 センサノードを使った アプリケーションを 開発しよう アプリケーション開発者 アプリケーション配布 アプリケーション運用者 サービス提供 アプリケーション利用者 センサノードを配置して アプリケーションを 動かそう 問題意識 従来のアプリケーション配布方式では、センサノード を使ったアプリケーションの再利用性が低い 環境への依存性が高い 開発者 今回の研究領域 運用者 利用者 センサノード配置位置決定 壁際監視 監視対象が空間全体で、空間の中央にセンサ ノードを配置したくない場合 壁際に均等に配置 Sensor Field Intensityは悪くなる センサノード配置位置決定 壁際監視 重要度 センサノードに搭載されるセンサは低価 格な物が多い 精度が悪い 監視対象自体が監視の妨げになる場合が ある センサノード単体で監視すると信頼性に欠け る 重要な監視対象に対して、 監視するセンサノードの数を増やす センサノード配置条件抽象化 重要度 監視対象自体が影になって 偏った情報しか取得できない 監視するセンサノードを 増やす事で信頼性を上げる センサノードが1個だけだと 信頼性に欠ける！ RoasenXML センサノード配置条件を記述するための XML 設定の細かさに応じて2つのレベルある HIGH 定型句での指定 LOW 監視対象を指定 例：RoasenXML HIGHレベル <?xml version="1.0" encoding="UTF8"?> <!DOCTYPE roasenXML SYSTEM "roasenxml.dtd"> <roasenXML applicationName=“exampleHigh"> <high> PlantObserver </high> </roasenXML> 例：RoasenXML LOWレベル <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <!DOCTYPE roasenXML SYSTEM "roasenxml.dtd"> <roasenXML applicationName=“exampleMiddle"> <LOW> <sensorCondition> <type>light</type> <object typeID="10001"> <importance>10</importance> <distanceFromObject>0.1</distanceFromObject> </object> </sensorCondition> </LOW> </roasenXML> アプリケーション ④ ROASEN ミドルウェア センサノード 配置条件 配置条件記述子 ⑥ センサノード 配置位置 ⑤ マップ情報 マップ 配信サービス 情報 配置決定モジュール ⑦ センシング データ ③ 無線到達性 無線到達検証モジュール ② 無線強度 環境情報収集モジュール ① センサノード ① センサノード ① センシングデータ センサノード ミドルウェア機能要件 1. 監視対象抽象化 曖昧な指定で監視対象を記述可能 2. 無線到達性の充足 各センサノード同士の無線通信が有効 3. 最適配置 センサノードを最適に配置可能 最適配置 空間内にセンサノードを効率良く配置 Sensor Field Intensity 空間内のある地点をセンサがどの程度監視できて いるかを表す指標 センサカバーエリア あるセンサが監視している領域 ボロノイ図とドロネー図を使って視覚化できる 監視手法の種類 空間監視 物体監視 非移動体監視 移動体監視 移動体監視 監視対象が移動体の場合の監視手法 基本的な配置は非移動体型配置と同じ 監視対象が移動した場合に監視対象を追跡す る 配置条件例 植物監視アプリケーション 監視対象 移動体（植物） 室内環境監視アプリケーション 監視対象 空間全体 幾何計算に基づく空間監視 センサノード ボロノイ領域 ドロネー領域 センサノード 電池で動作可能な小型計算機 センサモジュールで環境情報を取得 無線通信モジュールで情報を送信 設置コストが低い 環境に埋め込む必要がない 広範囲な場所でも大量に設置できる ROASENミドルウェアのまとめ マップ情報 マップの間取り マップ上の物体 ROASENミドルウェア 配置条件 アプリケーション開発者 監視対象 植物監視