Transcript Making Sensor Networks Practical with Robots

アプリケーション適応型
センサノード配置ロボットの提案
今枝卓也
[email protected]
慶應義塾大学
アウトライン
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背景
問題意識
目的
アプローチ
関連研究
アプリケーション適応的なセンサノード配置
実装
今後の展望
まとめ
背景

センサノード研究の発展


環境情報の取得方法として注目される
ロボット技術の進歩

日常空間での活躍が目立つようになった

AIBO、掃除ロボット
問題意識

センサノードの配置には人手が必要

センサノードに関する専門的な知識



アプリケーションに関する知識



各種搭載センサの特性
無線到達範囲の把握
監視対象となる物
監視イベントとなる事
人が侵入困難な場所には配置が難しい
目的

センサノード配置にかかる人手の負担を減らす

専門家がいなくてもセンサネットワークを構築できる
アプローチ

ロボットによるセンサノードの配置


アプリケーション製作者によるセンサノード配置条件
の指定
無線通信が届く範囲にセンサノードを配置する
関連研究：ロボット

Making Sensor Networks Practical with
Robots

Anthony LaMarcaら（Intel Research Laboratory）
PlantCareプロジェクトで使われているセンサネット
ワークのメンテナンスを行うロボット

特定のアプリケーションにしか適応できない

関連研究：モバイルセンサノード

センサノード自体に自律移動性能を持たせる




RoboMote、MICAbot等
サイズの巨大化
製造コストの増大
センサノードが移動する間に電力を消費してしまう
関連研究：
センサノード配置アルゴリズム

モバイルセンサノードを対象にした配置アルゴリ
ズムが提案されている

An incremental selfdeployment algorithm for
mobile sensor networks


Andrew Howardら
未知の空間への適応
モバイルセンサノードの効率的な拡散を目的
→アプリケーションへの適応が不十分

アプリケーション適応的な
センサノード配置
アプリケーション毎にセンサノードの配置条件が
違う
→アプリケーションによってセンサノード配置方法
を変える必要

想定環境

屋内空間

リビングや会議室等の室内




既にペットロボットや掃除ロボットが登場
情報家電をロボットが操作可能に
→今後、室内空間にロボットが増加
プラント・工場
農園（ビニールハウス）
想定アプリケーション




室内環境調整
植物監視
地震対策
災害救助
アプリケーションへの適応

アプリケーションから利用可能なミドルウェアを
用意する

アプリケーション製作者がセンサノード配置条件を指
定できるようにする
アプリケーションによる
センサノード配置条件の違い

配置する場所





特定の場所
部屋全体
壁際
センサノードの密度、最低限必要な数
センサの種類
アプリケーションによる
センサノード配置条件の違い
場所
密度、
最低限必要
な数
センサの
種類
室内環境調節
特定の場所（人 中（～高）
間の近く）
光、温度、音響
植物監視
特定の場所（植 低（～中）
物の近く）
光、温度
地震対策
任意
低
加速度
災害救助
万遍なく
高
光、温度、
音響、その他
センサノード配置条件の書式

アプリケーション開発者がXMLで記述
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE roasenXML SYSTEM "roasenxml.dtd">
<roasenXML applicationName="officeObserver">
<sensorCondition>
<type>light</type>
<object typeID="10001">
<minimum>3</minimum>
<distanceFromObject>0.1</distanceFromObject>
</object>
</sensorCondition>
<sensorCondition>
<type>temperature</type>
<space>
<density>2</density>
<distanceFromWall>1</distanceFromWall>
</space>
</sensorCondition>
<sensorCondition>
<type>oscillation</type>
<wallside>
<density>3</density>
<distanceFromWall>0.5</distanceFromWall>
</wallside>
</sensorCondition>
</roasenXML>
DTD
<!ELEMENT minimum (#PCDATA)>
<!ELEMENT distanceFromObject (#PCDATA)>
<!ELEMENT density (#PCDATA)>
<!ELEMENT distanceFromWall (#PCDATA)>
<!ELEMENT type (#PCDATA)>
<!ELEMENT object (minimum,distanceFromObject?)>
<!ATTLIST object typeID CDATA #REQUIRED>
<!ELEMENT space (density,distanceFromWall?)>
<!ELEMENT wallside (density,distanceFromWall?)>
<!ELEMENT sensorCondition (type,(object | space | wallside))>
<!ELEMENT roasenXML (sensorCondition)*>
<!ATTLIST roasenXML applicationName CDATA #REQUIRED>
アプリケーションに適応した
配置アルゴリズム

アプリケーションで指定された配置条件に従う

ミドルウェアが条件に沿うようにロボットを動かす
特定の場所に置く

ロボットがいける範囲で、その場所に最も近い場
所に置く
偏りなく置く

格子状に置いていく
壁際に置く
利用するセンサを考慮した補正

センサによって精度、有効範囲は違う

利用するセンサによって配置場所に補正をかける
センサAは精度が悪い
密度を高くすることで
精度を上げる
室内図

部屋の中の状況を表したもの



部屋の形、大きさ
室内の物の種類、大きさ
部屋の管理者が作成
センサノードの無線到達範囲

実際の無線到達範囲はきれいな円にならない
人間による判別が難しい
→配置しても無駄なセンサノードが生じる可能性


ロボットなら実際の無線到達範囲を確認しなが
らセンサノードを配置できる
人手によるセンサノード配置
センサノード
無駄なセンサノード
理論上の電波到達範囲
実際の電波到達範囲
ロボットによるセンサノード配置
センサノード
無駄なセンサノード
理論上の電波到達範囲
実際の電波到達範囲
実装

プロトタイプの実装を行った

ロボットの基本ハードウェアはRoboDesignerを使用
ハードウェア構成図
Mote
位置情報
配信サーバ インターフェース
超音波
センサ
センサノード
情報
位置情報
無線
LAN
レーザー距離測定器
主処理用計算機
前方物体との
距離]
シリアル
制御信号
マイコン
ROASEN
左モータ
右モータ
アーム
モータ
ソフトウェア構成図
超音波センサ
（無線LAN経由）
レーザー距離測定器
主処理計算機
配置
条件
アプリケーション
1
ノード配置決定機構
4
2
3
位置情報
管理機構
室内
マップ
5
進路決定機構
7
マイコン制御機構
マイコン
8
モータ制御機構
前方確認
機構
6
ビデオ
実験

配置されたセンサノードの無線到達検証
今後の展望

センサネットワーク全般の運営を可能にするロ
ボットの開発



センサネットワーク展開
センサネットワーク維持
センサネットワーク回収
→ロボットを1台置くと、そこがユビキタスコンピュー
ティング環境に
まとめ

センサノード配置ロボットを提案した

アプリケーション適応的な配置