着席位置を特定する出席管理システムの設計と試作

全文

(1)社団法人情報処理学会研究報告. 2006-ＤＳＭ－４０. IPSJSIGIbchnicalReport. 2006／3／2９. 着席位置を特定する出席管理システムの設計と試作日高良太↑相原玲二』隅谷孝洋j：ｏｆ近畿大学大学院土広島大学情報メディア教育研究センター. 近年，部屋単位の自動出席管理システムが開発され；ている．しかし，一度入室すれば出席とみなされ，成りすましなどの不正が容易なため十分な出席管理が難しい．そこで，本研究ではRFIＤを用いて着席位置を特定する. 出席管理システムの提案と試作を行う５本システムはデータベースを参照することで現在どの席に誰が座っているかなどリアルタイムに出席状況が把握でき，遠隔講義などでの利用も期待できる．さらに，管理を容易に行えるよう出席データ出力プログラムと出席状況の視覚的表示システムの開発を行った．. DesignandlmplenlentationofAttendanceManagementSystem LocatingSeatPOsition. RyotaHIDAKAfReijiAIBARA＃THkahiroSUMIYA＃１KinkiUniversity. 土HiroshimaUniversity. Recentlylautomaticattendancemanagementsystemsareimplementedfbrlecturerooms．However,itis difHculttotaketheregistercorrectlyusingsuchsystemsbecauseapersonpresentcaneasnyregisterother. studentsatentranceoftheｒｏｏｍ、Inthispaper,wedesignandimplementanattendancemanagementsystem locatmgseatpositionofallpersonspresent・Smcewecangetareal-timeattendancesituationbyreferrmgto thedatabase,ｗｅｗｍａｐｐｌｙｔｏＵｓｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｍｒｅｍｏｔｅlecturerooms・Moreovemwedemonstrateadisplay 8ystemoftheattendancesituationandsomeoutputprogramsofloggingdata．１．はじめに. ユピキタス社会における核となる技術として RFI､(RadioFrequencyldentification)が注目さ. れており，RFI､を利用したプレゼンスサービス[1］などが検討されている．さらに，より具体的な応用としてRFIDを用いた出席管理[2]が提案されているが，リアルタイムに受講者の座席位置まで特定できるものは少ない.本研究では,学生証にRFIＤ技術が導入されている環境を想定し，データベース(以下，ＤＢ)アクセス技術を用いて，講義室の入退室だけでなく，動的に変化する着席位置や着席時間を容易に管理できる出席管理システムの設計と試作を行う．. 2．出席検出方式. 二こでは〆着席位置を特定できる出席検出方式. [3]を２種類提案する．. 2.1出席検出方式１検出方式１のイメージを図1に示す．RFIDリーダ. －１３－. が接続されている端末が各机に設置されており， RFIDが導入されている学生証を所持している環境を想定する．出席者が着席した際に，机に設置されているRFIＤリーダ・ライタに学生証をかざすことでRFIDリーダ・ライタが学生証のデータを取得してサーバに送信し，出席をとる方式である．. ●ﾘｰﾀﾞが繧鰯されている蟻,ｉ. □医．三ｺごI愚；. ］乏主島列雫. 匡．’三コ図ｌ出席検出方式１. (3).

(2) 表１開発環境. この方式では着席と退席をリアルタイムに取得できることから正確な在席時間が取得できるなど，精度の高い出席管理が可能である．一方，各机に端末が必要なことから導入コストが高いという問. Version. Software. 題がある．. JAVA(j2sdk）. 1．４．２. Perl. 5.6.1 ,〆１．３２. DBＩ. 2.2出席検出方式２：検出方式１では各机に端末が必要など，導入コ. ストが高いという問題がある．そこで，状態把握のリアルタイム性には劣るが，RFI、リーダ・ライ. る．２つのタグから位置情報と人情報を同時に取得してDBに登録することで出席管理を行うという仕（。. 組Z人である．. 團ﾙﾂﾞｬ…馴〆. 憲二:■fEE二｜. 霜. 2.0.50. サ－ノベ. ｇｅｎｔｎｕｍｌｌｌ９ Penti11mm933MHz. ｅｎｔｌｕｍＩＩＩ４００Ｍ PentiumⅢ;400ＭＺ. 512MＢ. 256MＢ. ＯＳ OＳ. ＶｉｎｅＬｉｎｕｘ３､０. VineLinux2､６. Kerne Kernel. 2．４．２６. 2．４．２２. 】. ＣＰＵ CPU. Memory. tb. ，勺. Uﾘﾛﾛ. ），：閃肝ﾘト．.‘．. 3.2ソフトウェア構成出席管理システムのソフトウェア構成を図3に示す．Z今回,リーダpライタ入出力プログラムと. システムの動作手順を述べる．まず，クライアントにおいてリーダ・ライタ入. '8. 戸工 [瓦１. 、. 鞠、EI趨蕊Ｌ￣. Apache. ハンドリングサービスの開発を行った．以下，本. E1口 Ⅱ１N蝋」１. 匡丁￣｜口Ｅ二. PostgreSQL. クライアント. 検出方式２のイメージを図2に示す．この方式で. 続の端末を使い，机タグと人タグを同時に読み取. 1．２２ 7.4.2. 表２使用機器. タを装備したPDAなどの端末が適当数（最小１台）あれば実現可能な検出方式２も提案する；. はy位置情報が書き込まれているRFIDタグをあらかじめ机に添付しており，出席者は自分の固有の IDが書き込まれているRFIDタグを所持している環境を想定する．出席を取る際にはRFIDリーダ・ライタが接続されているPDAなど移動可能な無線接. DBD-Pg. １;i曇1ｋ蝋. 豆．. 図２出席検出方式２. 3．出席管理システム十前述の出席検出方式を用いて出席データを取得するため，それぞれの方式のリーダ・ライタ入出力鰺ログラムとハンドリングサービスの開発を行った．. 3.1開発環境と使用機;；－表1に本研究の開発環境を示す．表2に使用した機器の佳様を示す．ここでばクライアントとし. てノートPCの例綱を記載しているが，ＰＤＡ（Zaurus SL-C860)でも動作を確認している．RFIDには ISO15693規格のタグを使用し，リーダ・ライタにはCFカード型〔タカヤ製TR3〒001）等を使用した．. 出力プログラムを起動させておく鈩次に,クライアントはブラウザによってハンドリングサービス. にアクセスし）リーダ・ライタ入出力プログラムとハンドリング臘サービス間にコネクションを確立する．その後，リーダpライタ入出力プログラム. によりリーダ・ライタを動作させてRFIDタグとやりとりを行い，処理結果(UID)をハンドリングサービスに送信する．そして，この一連の動作を定期. 的に繰り返すことによってリアルタイムに出席状況を取得する．出席検出方式１のクライアントは据置き，出席検出方式２は移動するなどの違いがあり，リーダ・ライタ入出力プログラムの処理内容はそれぞれ異なるが，ソフトウェア構成は同じである．，. RFI、リーダ・ライタを起動させるプログラムとしてリーダ・ライタ入出力プログラムの開発を行った.主な機能はRFI、リーダ･ライタの起動ｊＲＦＩＤタグからのデータ取得，サーバとのコネクション構築，サーバへのデータの送信である．また，リーダ・ライタ入出力プログラムが取得したデータを受け取るプログラムとしてハンドリ. ングサービスの開発を行ったwi主な機能はリー. ダ・ライタ入出力プログラムとのコネクションの確立）リーダ・ライタ入出力プログラムからのデ. ータの受け取り，ＤＢアクセスクラスへ取得データの受け渡しである．. －１４－.

(3) 〔クライアント〕. ることになるため,効率的とは言えないそこで，リーダ・ライタ入出力プログラムが取得したデータに変化があった時のみハンドリングサービスに RFIDタグから取得したデータを送信するよう設計. 〔サーバ〕. ブラウザWebサーハ. 〆六ｼﾄﾞﾘﾆﾉｦ、. を行った．. 、２t-ﾋス. ＤＢアクセスクラス. ＤＢアクセスドライバ. ハンドリハンドリングサー 'グサービスと．クションビスとコネクションの１立、の確立－１. 図３ソフトウェア構成. 、. lnvento の実行 Inventoryの実行. ハンドリングサービスの開発にＰｅｒｌとＰｅｒｌ専用の汎用ＤＢアクセスクラスＤＢＩを用いた，また，データベースにはPOstgreSQLを用いた.ＤＢアクセスクラスだけではハンドリングサービスから PostgreSQLにアクセスができないため，. Yes. ７－定時間一時間一診たか経過したか経過ＮＣ. PostgrdSQL専用のアクセスドライバDBD-pgを用いて，ハンドリングサービスをデータベースにアクセス可能とした．ハンドリングサービスとリーダ・ライタ入出力プログラム間でコネクションを構築するにはIPアドレスが必要である．サーバにＩＰアドレスを通知するためにブラウザによってＷｅｂサーバにアクセスし，取得したIＰアドレスを使用して，ハンドリングサービスとリーダ・ライタ入出力プログラムのコネクションを構築するように設計した．. 認塁iＭ. Ｎｐ. Ｙｅｓ. 、ハンドリング. サービスにデータ１サービスにデータを送信. 図$４リーダ・ライタ入出力プログラムの. 3.3リーダ・ライタ入出力プログラム. 3.3.1処理内容リーダ・ライタ入出力プログラムの処理内容の詳細について述べる．フローチャートを図4に示す． ,リーダ'・ライタ入出力プログラムではRFI､リー. ダ・ライタの起動，RFIDタグからのデータ取得，ハンドリング;サービスとのコネクション構築，ハンドリングサービスへのデータの送信などの機能が必要である．また，検出方式１では着席位置を知らせるためのリーダIDと取得した学生証（RFIＤタグ）の枚数，さらに学生証（RFIDタグ）のUIDをハンドリングサービスに送信するよう設計した．またγ検出方式２では取得したRFI､タグの枚数と机に添付したRFIDタグのUIB学生証（RFIDタグ）のUIDをハンドリングサービスに送信するよう設計した．. ここで，リーダ・ライタ入出力プログラムは取得したデータをハンドリングサービスに送信するが，取得したデータの全てをハンドリングサービ. スに送信することは，ネットワーク帯域を労費す. フローチャート. また，ネット,ワーク障害等に対処するため長時. 間コネクションを維持することを避け，ハンドリングサービスに取得データを送信した時に一度コネクションの切断を行い，コネクションの再構築を行うように設計した．読み取り状態に変化が無かった場合,コネクションの再構築が行われないため'－－定時間が経過(デフォルトは30秒)した際にもコネクションの再構築を行う．Ｊ. ①ハンドリングサービスからの要求を受け,TCPコネクションを確立．. ②リーダ・ライタを動作させ，ＵIDを取得するためのInventoryコマンドを実行品. ③データに変化があった場合，ハンドリングサービスに今回取得した結果(UID）リストを送信し，コネクションを切断する.=変化がなければ②に戻る．. ④①に戻り，コネクションの再確立を行う．. －１５－.

(4) 3.3.2状態変化のW鶴ＭリーダＰライタ入出力プログラムにおいて取得. ＜ｱﾝﾃﾅA〉■＜ｱﾝｱｵB〉. した全てのデータをハンドリングサービスに送信. ＪＬ…に.､－－人. ⅢＩ. 図５時間計測の概要表３計測結果（単位ミリ秒） MIN. MAX. AVE. RFI、タグ０枚. 174. 324. 230. RFI、タグ１枚. 289. 343. 308. RFI、タグ２枚. 323. 474. 348. RFI、タグ３枚. 442. 444. 443. RFI、タグ４枚. 433. 563. 479. ングサービスのコネクション部分の詳細を図６に示す．手順は以下のとおり．. があり，読み取りに時間がかかる．今回は使用機器の問題から,２つのアンテナを用いた測定結果から複数アンテナを使用した場合かかる時間を予測することとした．時間計測の概要を図５に示す．アンテナＡへの切替が終了した後にInventoryを実行し,ＵＩＤを取得し終わるまでの時間を計測した．なお，使用したのは８ｃｈ切替タイプのリーダ・ライタ(タカヤ製TR3-UOO2C-8)であり，ＰＣとの接続. 場合の予測値を計算すると以下のようになる．. ▼. ▼. 3.3.4ハンドリングサービスとのコネクションリーダ・ライタ入出力プログラムと，ハンドリ. 入コストの緩和を図ることができる．切替タイプのリーダ・ライタではそれぞれのアンテナに対してシーケンシャルに処理を行う必要. １つのアンテナで同時に読み取るRFIＤタグの枚数を変化させ，それぞれ１０回計測を行い，その最小値，最大値，平均値を表３に示す．通常は１つのアンテナあたりRFIＤタグが０枚または１枚であることが多いため，ここではRFIＤタグ１枚の結果を用いて，８ch切替（８アンテナ）の. ‐［ⅡⅡ皿Ⅱ皿Ⅱ］Ｉ. 時間計測. 3.3.3切替タイプのリーダ・ライタ. にはＵＳＢを用いている．. 』，！」. ｜Ｉ. ではリーダ･ライタの周囲を学生証が一瞬だけ通り過ぎた場合でも出席を取ってしまうことになり，正確な出席データの取得が困難である．さらに， RFIDは無線技術を用いており，使用環境によってはリーダ・ライタが電波ノイズを受信してしまう可能もあるため，ある程度の変化を吸収するような仕組みが必要だと考えた．状態変化を確実に確認するため，リーダ・ライタ入出力プログラムで取得したＵＩＤが変化しただけでなく，変化後に２回同じデータが取得できた場合にのみ，ハンドリングサービスに受信データを送信するよう設計した．こうすることで，上記の問題を解決した、. 出席検出方式１では各机に端末が必要であり，導入コストが高い＿複数のアンテナを切り替えて使うタイプのリーダ・ライタ装置を使えば，１つの端末で複数席の出席をとることが可能であり，導. 切切. することは効率的とは言えないそこで，リーダ・ライタ入出力プログラムが取得したデータに変化があった時のみ，取得データをハンドリングサービスに送信するように考えた．しかし，この状態. ①クライアントにあるリーダ・ライタ入出力プログラムを実行しておき，待機させるＪ ②クライアントのブラウザからハンドリングサービスにアクセス．. ③ハンドリングサービスが，ブラウザを用いてアクセスしてきたクライアントのIPアドレスを取得？ ④ハンドリングサービスからクライアントにTCP コネクションを要求． ⑤コネクションの確立． ⑥リーダ・ライタ入出力プログラムで取得したデータ等の受け渡しを行う． ⑦コネクションの切断． ⑧ハンドリングサービスによってページのリフレッシュを行い，コネクションの再確立（②に戻る)．. ［アンテナあたりの時間]*[アンテナ数]*[３回(状態変化確認のため)】＝308*8*３＝７．３９[秒］. －１６－.

(5) ＜クライアント＞. ＜サーバ＞. （出席データ１. １出力プログラム１. ハンドリング. リーダ･ライタ. ブラウザ入出力プログラム. －－. サービス. 下. l■■■■■■■■■■. ＤＢアクセスクラス. 実行し､待機. Ｆ可. ブラウザのアクセスからｌＰアトレスの取得. ＤＢアクセスﾄﾞライバＬ」. 「可. ■. ｒＩＩｌ. データベースサーバＬ」. リーダ･ライタ入出力で取得したデータの受け渡しなど. １－１１＝鍼菫:;H5に二二二ｒ. 図７出席データ出力プログラムのソフトウェア構成. 図６コネクション部分の詳細. 3.4ハンドリングサーピスハンドリングサーピスはリーダ・ライタ入出力. プログラムとのコネクションの確立，リーダ・ライタ入出力プログラムからのデータの受け取り， DBアクセスクラスへ取得データを渡す，等の機能が必要である．ハンドリングサービスは以下のような手順で動作する．. ①クライアントからのブラウザによるアクセスを受けて，クライアントのIPアドレスを取得． ②取得したIPアドレスに対してコネクションの要求を出し，コネクションの確立． ③リーダ・ライタからのデータ（UID）が届くまで待機．. ④リーダ・ライタ入出力プログラムから受け取ったデータを処理し，ＤＢアクセスクラスにデータを渡す.. ⑤コネクションを切断し，再確立．. 4．出席データ出力プログラム. リーダ・ライタ入出力プログラムとハンドリン. グサービスにより，出席検出方式１，出席検出方式２，それぞれの方式による出席データを取得することが可能となった．しかしながら，データを参照するためにはDBに直接問い合わせる必要があり，非効率的である．そこで，コマンド上で出席データを問い合わせることができる出席データ出力プログラムの開発を行った．. IpuNhc2[-helpU. nDmho2how］［-pPb[3cmalmUErRocmm［‐R-R-nM0 momllp2[bodaW)yestemaW］［‐pPbImnam［-rRocmom0［-R-R-nMU. m【Hho2[弓syyyymddll24mss(旬eyyyymddi24ndss)］田-ＲｍＩＭｊ. 図８出席データ出力プログラムコマンド一覧 4.2コマンド一覧出席データ出力プログラムは使用時の利便性も. 考慮し，オプション指定により時間や部屋を指定した出力を可能とした．図8にコマンド_覧を示す．また，コマンドの説明を示す．. [now卯現在着席中の学生のみ表示. [-p]:PersonallD(学籍番号など)を指定して表示 [-r]:RoomlD(部屋番号など)を指定して表示 [-P]:PersonallDでソートして表示. [-R]:RoomIDでソートして表示 [-1N]:着席時間でソートして表示 [－０]:退席時でソートして表示 [today]:今日取得した出席データのみ表示. [yesterday]:昨日取得した出席データのみ表示. [-s]:開始時間を指定した表示 [-e]:終了時間を指定した表示. 4.3出力結果図9に出席データ出力プログラムの出力フォーマットを，図10に出力結果の例を示す．なお，ここで表示しているのは全て検出方式１の出力結果であり，「stillexist」とあるのは現在着席中であることを示す．. 4.1ソフトウェア構成. 図7に出席データ出力プログラムのソフトウェ. ア構成を示す．. THblemPersonalID着W蔚時↑調週簡時間在り常時間. 図９出力プログラムのフォーマット. －１７－.

(6) ：。‐‐｜吊手. 一口■・一曰・》。．. 》一辮慰》認姫侭知心．. 釈. 滝・蛆欠懸・. 鐸上”咀守零酢・几‐・傘．. 蕊》影拙鈍．. 》》》一辨岬. 説や０．千］ｐ品．咄. 》（》》餌碑. 譲印ソ翻. 辮》”」叩へ輻》. 。”。。□。■■ケ. ｍＣ０。》. 》餓一. 釣』・誠. 総出ｗ・. 、ｊ蜂. ｜杉捧．中’』. 。》鱗》鱗》. :』. １.》. ９．．. ､▲⑧. ＪＬＣ｡. エ孕屯. き、. 出席データ出力プログラムにより，出席データの管理が容易となった．しかしながら，リアルタイムな出席状況を把握するためには適しているとは言えないＪそこで，リアルタイムな出席状況を. 騨鞁輝ｉ平、. 5.リアルタイムな出席状況の表示. 騨蠅辮鍵》》》鐇識錘“. 図１０出席データ出力プログラムの出力例. 鷲鱗蕊議議Ｉ鯵峰Ｘ；も. 溌籔. （22:21）. ７．分』，１．. Ａ１01.1Ｂさん2005/06/2722:13:58-stillemst. 》｝》」》》》」》》縄一蹴一灘溌辮へ一（櫻田一》｝》》》. Ａ１01.1Ａさん2005/06/2717:37:29-2005/06/2717:38:0８（０:39）Ａ１01.1Ｂさん2005/OM717:38;13-2005/06/2717:57:4３（19:30）Ａ１01.1Ｂさん2005/０６/2718:02:02-2005/06/2718:02:0７（０:06）Ａ１01.1Ａさん2005/06/2718Ｗ:31-2005/06/2719:48:1２（１:１０:４１Ａ101.1Ａさん2005/06/2719:48:43-2005/06/2720:04:5４（16:１１）. 視覚的に表示するシステムの開発を行った．現在. の出席状況をリアルタイムに視覚的に取得できるシステムの構築を行った．図11に表示画面を示す．画面上部にあるメニューによって，部屋を指定でき，チェックボックスによってリアルタイムな表示か時間を指定した表示かを選択することが可能である．また，時間を指定した表示の場合は下. 部のメニューによって開始時間・終了時間を指定して表示する．出席と判断した際は，座席位置の. 色が変化する．. 図11の状況では着席者の名前のみ表示するが，図12に示す詳細情報の表示も可能である．この場合，着席者名に加え，PersonalＩＤや着席時間の情報も取得できる．また，表示枠数の変更や表示画面のスクロール機能も持つ．. 6.おわりに本研究ではRFID技術を用いた2種類の座席単位での出席検出方式を提案し，それらの方式に基づく出席管理システムの設計と試作を行った．また，着席時間などの計算を行い，出力する出席データ出力プログラムを実装し，リアルタイムに出席状況を表示するシステムを構築した．機器の問題から検出方式１の実際の環境を使用した本格的な実験は行えなかったが，今後8ch切替タイプのリーダ・ライタ等を使用した検出方式１の実装を行い，クライアントの増加や同時に複数の学生が着席した際のCPU負荷を調査するなど，処理の効率化等を行っていく必要がある．謝辞本研究の推進にあたり,RFI､技術情報等を提供頂いたタカヤ株式会社殿に感謝します．また，本研究の遂行にあたり御支援御指導頂いた広島大学西村浩二助手,岸場清悟助手，田島浩一助手，並びに近畿大学工学部坂本昭彦教授に謝意を表します．. 参考文献 [1］山口明，大橋正良，小塚秀宣，嶋崎佳史，森川大補，本庄勝，入内嶋洋一，“電子タグと携帯端末を用いるプレゼンスサービスの検討，，，信学技報， MoMuC2004-1，ｐｐ､1-5,2004．. [2］若原俊彦，“無線タグを用いた出席管理の－検討,，，信学技報，IN2003-174，ｐｐ３１-35,2004． [3］出席管理システム，特開2005-267355.. －１８－.

(7)