arai b

屋内空間におけるZigBeeの受信信号強度への群集動態が及ぼす影響

Estimation of ZigBee’s RSSI effected by Human Crowd Behavior in Indoor Space

複雑系工学講座

調和系工学研究室

4年新井雅也

卒業論文発表

背景

影響

安全安心・空間見守り

ZigBeeの

受信信号強度の計測

群集動態による

受信信号強度への影響

群集動態

ZigBeeの概要

ZigBee ・IEEE802.15.4に準拠した仕様・2.4GHz周波数帯・小コスト・小消費電力・群集により受信信号強度が影響

群集が存在しない屋内空間における受信信号強度

群集が存在する屋内空間における受信信号強度

群集動態と受信信号強度の変化

ZigBeeの




群集動態

・人体への吸収・反射に違い・電磁波経路を遮る割合・安定した経路パスが存在する割合・群集が動くことによる空間の環境が変化

仮説：群集の動態が異なることにより，受信信号強度に変化が生じる

マルチパスフェージングの影響

密度速さ乱雑さ

特徴量

特徴量の範囲

単位占有面積を

人//1 2mM

公共的な空間における人の量の限界

2/0.2 m人

9.05.0 M

建物内の位置・経路などに慣れている心身健康な人が，災害時に移動する速さ 1.2 [m/s] … 人が多く介在する空間においては

早歩きに近いぐらいの速さ

単位面積当たりの人数の限界

速度ベクトルの分布

速さを一定としたとき速度ベクトルの向きの分布が一様乱雑さ大

速度ベクトルの向きの分布に偏り乱雑さ小

乱雑さの指標

密度

速さ

乱雑さ

受信信号強度の計測に向けた分割

2.0 0.62 1.23 0.08 0.15 0.31

0.7 1.1 1.2 0

0

Y

O X

Y

X O

小大

密度

3.6 [m]×3.6 [m]当たりの人数 1

速さ

乱雑さ

2 8 16 4

計測に向けた群集動態のパターン

密度： 1 速さ： 0 乱雑さ： 0

密度： 2 速さ： 0 乱雑さ： 0

密度： 4 速さ： 0 乱雑さ： 0

密度： 8 速さ： 0 乱雑さ： 0

密度： 16 速さ： 0 乱雑さ： 0

密度： 1 速さ： 0.7 [m/s] 乱雑さ：小




密度： 16 速さ： 0.7 [m/s] 乱雑さ：小

密度： 1 速さ： 0.7 [m/s] 乱雑さ：大




密度： 16 速さ： 0.7 [m/s] 乱雑さ：大





密度： 16 速さ： 1.1 [m/s] 乱雑さ：小





密度： 16 速さ： 1.1 [m/s] 乱雑さ：大

速さ，乱雑さ

密度

全25パターン

1 16 8 4 2

速さ : 0 乱雑さ : 0

速さ : 1.1 [m/s] 乱雑さ : 大

速さ : 0.7 [m/s] 乱雑さ : 小

速さ : 0.7 [m/s] 乱雑さ : 大

速さ : 1.1 [m/s] 乱雑さ : 小


計測・分析プロセス

群集動態と受信信号強度の関係

マルチパスフェージングの影響

ZigBeeの




群集動態

実験環境

今回は高さ1[m]の位置で計測される受信信号強度のみについて解析

情報科学研究科棟 9階ラウンジ

実験における群集動態の作り方

速さ: 0, 0.7, 1.1[m/s] 一歩（60cm）のタイミングをメトロノームで指定

密度実験領域内（3.6m×3.6m）人数： 1, 2, 4, 8, 16人

乱雑さ

小

実験領域内の歩き方

大

緑ライン紺ライン

・通信時間間隔： 50 [msec] ・1つのパターンに対する計測時間： 180 [sec]

トラッキングビジョンによる速さと乱雑さの測定

協力者の服装

白衣

赤帽

計測された速さ・乱雑さ

指定した速度・乱雑さ

検証・補正

ビデオファイルから，各協力者の動きをトラッキング

計測により得られた時系列データ密度

トラッキングビジョンによる測定速さ

0.7→0.5

1.1→0.8

速さ，乱雑さ

2 1 8 4 16

計測・分析プロセス

群集動態と受信信号強度の関係 ZigBeeの




群集動態


受信信号強度

分析手法

計測により得られた受信信号強度の時系列データ

統計的解析手法

周波数解析手法

0

0.5

1

レーダチャートにより表現

・平均値・分散値・中央値

・離散フーリエ解析

平均値・分散値・中央値

0

0.5

1ave

var

med


平均値

分散値

中央値

離散フーリエ解析


離散フーリエ解析

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

25パターンの分析結果

密度

速さ

O

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

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0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

ave : 平均値 var : 分散値 med : 中央値 f1~f5 : フーリエスペクトルを300の周波数ごとに平均値化した値

乱雑さ小

乱雑さ大

2 1 16 8 4

25パターンの分析結果

密度

速さ

O

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

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0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

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0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

0

0.5

1ave

var

med

f1

f2

f3

f4

f5

平均値が減少する傾向

分散値が増加する傾向

フーリエスペクトルの分布が変化する

傾向

乱雑さ小

乱雑さ大

ave : 平均値 var : 分散値 med : 中央値 f1~f5 : フーリエスペクトルを300の周波数ごとに平均値化した値

2 1 16 8 4

まとめ

群集動態の特徴量計測方法の提案

密度、速さ、乱雑の違いによる影響の傾向がみられた

受信信号強度の変化から群集動態の推定を行える可能性がある


受信信号強度

ZigBeeの


群集動態



分析

arai b

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