共有メモリベース小型ロボット制御マルチホップ通信システムの一検討

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(1)情報処理学会第 78 回全国大会. 6C-04. 共有メモリベース小型ロボット制御マルチホップ通信システムの一検討田中晶† †. 東京工業高等専門学校情報工学科. ンクの中距離 WiFi クラスタで接続して学校や仮設住宅敷地等はカバーしている．さらにイン著者研究室（東京高専：田中研）では，これまターネット接続できるため，広域化されている．でに携帯端末等と小型ロボットを用いて，無線 b) マルチホップ接続された SP 端末の位置を高度リンクで連接した複数ロボット制御システムを情報他，各端末の位置に付随する情報とともに兼ねたヘテロジニアスマルチホップネットワーマップ上に表示する．三台単位でクラスタを組ク（図 1 参照）を開発してきた[1]．基地局等のみ，端末間の受信信号強度 RSSI を用いて三点インフラ系設備を使用しないことが利便性の一測量で端末相対位置を順次取得する．絶対位置要素であり，端末類も専用の装置を極力使用しを特定できる端末が何台か含まれると，端末マない．学校敷地内，グループの移動中の連絡，ップを実際の地図上に表示可能になる．災害時等の既存通信網が使用できない／通信設 c) 近距離 Bluetooth クラスタ同士を接続するクラ備が乏しい／外部からの無線が届かない領域，スタ間接続 WiFi クラスタを構成する SP 端末が，等での利用が想定される．そこで A)主として，常に最大通信可能時間を持てるよう随時 WiFi 多くの人が普段持ち歩いているスマートフォンクラスタ構成端末を自動的に変更し WiFi クラや，仕様変更容易な filed programmable gate array スタルートを更新する． (FPGA)を用い，B)利用状況に適した通信媒体を d) SP 端末マルチホップ経路上での望まれない情選択でき，C)インターネットとも接続可能で，報参照を防止するため，情報を複数に分割し異 D)連接型小型ロボット自律制御により通信領域なる経路で通信する．拡大可能な，ヘテロジニアスマルチホップネッ e) 半固定で列状接続する仮設住宅等に適したラトワークを設計した．「普段の生活の状態で誰イン型 SP 端末クラスタと，移動に対応しやすもが構成できる」前提でフラットなクラスタ構いリング型どちらも生成できる．クラスタを結造だが，クラスタ形成のための端末探索，端末合或いは分割したり等の形状変更も可能である．移動に伴うクラスタ更新等のネットワーク制御 f)SP 端末をコンテンツ通信だけでなくロボットだけでなく，ロボット制御も融合している．そ制御にも用いる．操作者はマルチホップ経由でのため，簡易ながら協調動作と分散処理が行えロボット制御コマンドを送り，SP 端末搭載ロる共有メモリ[2]を導入しマルチホホップネットボットを操縦できる．瓦礫や電波が遮られる建ワーク全体がロボット・ネットワーク制御のた屋内等で前方ロボットが後続ロボットの通信圏めのメモリ空間として機能する構造を設計する．外に出そうな際には，後続ロボットが RSSI の変化を検知し前方ロボットを自動追尾し，マル２．ヘテロジニアスマルチホップネットワークチホップネットワークが自律拡大される．本ネットワークは開発済のマルチホップ通信 g) FPGA 端末マルチホップネットワークでは，赤技術に基づき，実際の利用状況や目的を反映し外線／UHF（特定小電力無線モジュール）／可たネットワークとするためのカスタマイズドア視光を通信状況により切り替えて通信できる．プリケーションも有している[1][3]．限られた周波数ながら可視光は音も送信できる． a) スマートフォン端末（SP 端末）クラスタは，局所網である SP 端末マルチホップクラスタを WiFi のチャネル競合を避けるための近距離用任意方向に中継するクラスタ間クラスタとなる，の複数の Bluetooth クラスタを，250m 程度／リ SP 端末と接続可能な FPGA 端末の分散型ルーティングメッシュクラスタも設計した． A study of shared-memory based compact-robot control この他，マルチメディアマルチキャスト，チャ multihop communication system ット，誤り訂正による距離延伸や RSSI 誤り率互 AkiraTANAKA† †Department of Computer Science, Tokyo National College 換，方向制御，マルチパス対策とルートダイバ of Technology シティ，移動予測とデータ圧縮ルーティングに 1220-2 Kunugida-cho, Hachioji-shi, Tokyo, 193-0997 Japan １．まえがき. [email protected]. 3-31. Copyright 2016 Information Processing Society of Japan. All Rights Reserved..

(2) 情報処理学会第 78 回全国大会. Internet (ii) (Public networks) mp: Mr.B mp: Ms.A. <PRIMARY BUFFER> Address Moving direction duration X Y Z γ0 δ0 t1) Done xxxx α0 β0 xxxx α1 β1 γ 1 δ1 t2) ma2. second. velocity. Overwrite. <SHARED MEMORY>. (i). Address. Contents ma1. mp: mobile phone commercial ma: mobile autonomous terminal items (i) Communications with multihop networks can be directory transferred to (ii) public networks.. T.S.. α0. β0. <PRIMARY BUFFER> direction duration Address Moving X Y Z xxxx α0 β0 γ0 δ0 t1) γ 1 δ1 t2) xxxx α1 β1 Weighted velocity second summation <SHARED MEMORY> Address. # xxxx γ0. δ0 # yyyy. Σα. Σβ. Σγ. Σδ. T.S.. Σα. Σβ. Σγ. Σδ # yyyy. # zzzz. Fig. 1 Multihop networks (basic functions). # xxxx. T.S.. RSSI→low then follow Go (α1, β2, γ3). # zzzz Go (α1, β2, γ3). Terminal “xxxx”. Terminal “zzzz” Terminal “yyyy” T.S: Time stamp, : Routing, tn: command at time tn Shaded memory areas: memory for other terminals and not implemented.. OPERATOR. Fig. 2 Shared memory on autonomous-follow for multihop-link-robots. よる省電力通信，バリアフリー通信，データベース等も組み込み，動作している．３．共有メモリベースのロボット制御マルチホップネットワーク 3.1 基本構成本ネットワークでは，i)コンテンツ通信，ii)マルチホップネットワーク制御，iii)連接ロボット制御，の統合的制御方式をとり，コンテンツに重畳してネットワーク制御情報を送受し，通信状態の変動を契機とするロボットの動作自体がネットワーク構造を変化させる．コンテンツ送信の場合，一般的にコンテンツを受信しメモリに格納すると該コンテンツを利用したアプリケーションが作動するが，マルチホップネットワーク制御も同様である．全く同様に，ロボット端末が操作コマンドを受信して所定メモリアドレスに格納した段階で，該アドレスを読み取りロボットがコマンドに従い駆動するよう改良する．さらに，メモリを区分し，区分それぞれに端末のネットワークアドレスを対応付け，ルーティング情報もメモリアドレス間のリンク情報として格納する．従って，ネットワークアドレスに対応したメモリ区分に，上記 i), ii), iii)全てのデータが集約され，各端末は対応するアドレス内の変化を検出して統合的に処理される． 3.2 連接ロボット制御におけるメモリ処理連接ロボット制御では，前方のロボット制御コマンドが後方の端末を通過するので，後方ロボットはそのコマンドを蓄積しておき，自動追尾に用いる．メモリに記録するとロボットが動作するため，図 2 に示すように，前方ロボットでは受信してキューイングしたコマンドをメモ. 3-32. リの自端末アドレスに上書し，ロボットはコマンド通りに動作する，一方，後続ロボットでは RSSI 値が閾値以下になると，コマンド受信間隔とともにキューイングしておいたコマンドを間隔と速度の加重和にしてメモリに記録し自動追尾が開始される．誤り率も用いてロボット操作時の誤差補正を反映する仕組みを加えると，記録値は端末の位置を示すので，関連端末で共有しクラスタリングやマップ生成基礎情報となる．４．まとめ集中制御構造を持たないマルチホップネットワークを用いた群ロボット制御は，多種多数の操作信号が送受されマルチキャスト状態となり誤動作や動作遅延の原因となる．そこで中継／ネットワーク制御／ロボット制御を行う各端末が，簡易ながら効率的な協調動作と分散処理を行える共有メモリを提案した．本システムにより通信と制御の融合処理が実現される．参考文献 [1] A. Tanaka, “Locally exploitable heterogeneous multihop communications applied to cooperative robots,” Proc. 5th Int'l Conf. on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN 2013), 7A-5, pp. 321-326, Da Nang, Vietnam, Jul. 2013. [2] 田中晶, 山田茂樹, 田中聡, “ネットワーク分散処理ノードアーキテクチャ MESCAR のメモリ間複製機構の設計と評価 , ” 信学論 (B), Vol.J86-B, No.2, pp.148-161, Feb. 2003. [3] 田中晶，内海楽，柴田尚輝，橋本拓磨，諸星匡吾，山野井匠，河井泰輝, “ヘテロジニアスマルチホップベース IoT の一検討,” 東京高専研究報告書, No.47, Mar. 2016.（掲載予定）. Copyright 2016 Information Processing Society of Japan. All Rights Reserved..

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