高度なサブマップ構成：NIAとIAのシステム | Marvelmind

0:01 皆さん、こんにちは。サブマップの構築という、奥が深く幅広いテーマの続きです。第1部では、緑色で示した最初の項目をすでに取り上げました。今回は基本的なヒントを締めくくり、さらに先へ進みます。重要なのが、サブマップの位置合わせです。サブマップを構築するとき、基本的にどのように行えばよいのか。どう構築するのか。隣り合うサブマップの位置が実際に一致していることを、どう確認すればよいのか。そのために「M1M2」と呼ぶ機能があり、M1M2ボタンでこの機能を有効にします。何をするかというと、たとえば2台のビーコン、つまり2台のモバイルビーコン、1番と2番があるとします。M1M2を有効にすると、システムは基本的に

1:01 サブマップ1とサブマップ2の両方の「意見」を表示します。これを有効にしたとき、サブマップの位置が合っていなければ、2台のモバイルビーコンではなく、4台のモバイルビーコンが表示されます。位置合わせはとても簡単です。Dashboard上でサブマップの1つを実際につかんで、もう一方のサブマップに対して動かせば、位置が合います。このように合わせます。もちろんズームインやズームアウトもできますが、センチメートル級の精度で位置を合わせられます。それだけです。もちろん、実際に動かして確認します。当然、サービスゾーンとハンドオーバーゾーンは作成しておく必要がありますが、サブマップの位置が合っているかの確認・検証は、ハンドオーバーゾーンを横切って、あるサブマップから別のサブマップへ出入りすることで行います。

2:00 M1M2機能を使わなくても同じことはできますが、M1M2を使えばはるかに簡単かつ速くできます。実際には、2台のモバイルビーコンを50センチメートルや1メートルほど離して取り付けます。三脚を2台使っても、横方向のパーツを付けた三脚1台でもかまいません。そして、このパーツをサブマップに沿って動かし、ハンドオーバーゾーンに置いて位置合わせを行います。なお、このデモではハンドオーバーゾーンとサービスゾーンを作成していなかったので、その点は一部誤りでした。ともかく、ハンドオーバーゾーンの中に置き、モバイルビーコンの4つの像が2つになるまで位置を合わせます。そうなれば位置が合っています。なぜ2台なのか。この場合、モバイルビーコンが1台だけだと、2つの

3:00 「意見」が得られます。それで位置を合わせても、角度のずれが残る可能性があります。2台なら、線のようになります。両方を線上にそろえ、2台の間隔が50センチメートルから1メートルあれば十分で、位置と角度の両方が合います。ですから、M1M2を使ってください。サブマップ間の位置合わせを非常に素早く行える、とても強力な機能です。では、ここからは各種アーキテクチャについて説明しましょう。冒頭でも触れましたし、すでにご存じかもしれませんが、NIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）、IAアーキテクチャ（Inverse Architecture）、そしてMF NIAアーキテクチャ（Multi-Frequency Non-Inverse Architecture）があります。違いはとてもシンプルで、決定的な要素もシンプルです。超音波を発信するのは誰か、です。NIAアーキテクチャでは、モバイルビーコンが超音波を発信し、

3:58 固定ビーコンが超音波を受信します。いずれの場合も、モデムは中央コントローラーとして、クロックやタイムスタンプを決め、同期をとり、テレメトリデータを取得します。固定ビーコンもモバイルビーコンも、すべてのビーコンはモデムとだけ通信します。ビーコン同士が無線で通信することはありません。無線で通信する相手はモデムだけです。ただし、このプレゼンテーションでは超音波に焦点を当てるので、その話はしません。サブマップの構築について話すときは、主に超音波と超音波の周波数が問題になります。そこに絞って説明しましょう。NIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）では、モバイルビーコンが超音波を発信し、固定ビーコンが超音波を受信します。Super-Beaconであれば、あらゆる超音波周波数を同時に受信できます。そのため、セットを入手したときも、導入するときも、

4:57 お手持ちの Super-Beacon の周波数が何であっても関係ありません。ただし、これが当てはまるのはSuper-Beaconだけです。Beacon HW v4.9をまだお持ちの場合、そのビーコンには当てはまりません。ハードウェアバージョン4.9はアナログ方式で、単一の周波数しか受信できなかったからです。たとえば31 kHzのBeacon HW v4.9なら、31 kHzしか受信・送信できず、25 kHzではまったく動作しません。Super-Beaconの場合、送信できるのは自身の固有の周波数だけです。たとえば25 kHzの Super-Beaconなら、送信できるのは25 kHzだけですが、受信は19、22、25、28、31、34、37、45 kHzのいずれでも可能です。当社がサポートしている8つの超音波周波数すべてを、

5:57 現時点で受信できます。このことを覚えておいてください。IAアーキテクチャ（Inverse Architecture）は歴史的に後から登場したもので、内部構造の面ではNIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）よりもはるかに複雑です。なぜか。複雑さの原因は、モバイルビーコンが超音波を受信する側であり、しかも固定ビーコンからの単一の超音波ではなく、複数の異なる周波数の超音波を同時に受信しなければならない点にあります。たとえば3Dサブマップでは、少なくとも4台の固定ビーコンが必要で、4台すべてが異なる超音波周波数でなければなりません。この例では、19、25、31、37 kHzです。4つの超音波周波数を同時に受信し、区別し、フィルタリングするのは非常に複雑です。だからこそ、IA

6:56 アーキテクチャは内部的にはるかに複雑で、エンドユーザーにも細部の理解が求められます。たとえば、よくある間違いは、19、19、19、19のような構成でIAアーキテクチャを構築しようとすることです。これは動作しません。同じ超音波周波数のビーコンが複数あると、システムがそれらを区別できないからです。システムは超音波の周波数でビーコンを区別しています。つまり、1つのサブマップ内では、各ビーコンの超音波周波数が異なっていなければなりません。複雑なマップではさらに難しくなります。周波数は8つしかないので、携帯電話網のように周波数を再利用する必要があるからです。携帯電話網でもチャネルの数には限りがあり、一定の間隔を空けて再利用しなければなりません。ここでも非常によく似ています。単に周波数がより少ないので要件は厳しくなりますが、実現は可能です。その方法は後ほど説明しますが、覚えておいてください。

7:56 IAアーキテクチャ（Inverse Architecture）ではモバイルビーコンが超音波を受信し、NIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）ではモバイルビーコンが超音波を送信します。IAアーキテクチャでは固定ビーコンがそれぞれ異なる周波数で超音波を送信し、NIAアーキテクチャでは固定ビーコンが超音波を受信するので、周波数がばらばらでもかまいません。Super-Beaconは送信しないので周波数は関係なく、どの周波数でも受信できます。MF NIAアーキテクチャ（Multi-Frequency Non-Inverse Architecture）は最も新しい方式です。モバイルビーコンが超音波を発信するので、これもNIAアーキテクチャの一種です。NIAアーキテクチャとMF NIAアーキテクチャの違いは、MF NIAアーキテクチャでは、

8:54 モバイルビーコンが複数ある場合に、それぞれ異なる周波数で動作できることです。たとえば、NIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）でモバイルビーコンが1台、周波数が25 kHzの場合と、MF NIAアーキテクチャ（Multi-Frequency Non-Inverse Architecture）でビーコンが1台、25 kHzの場合とでは、違いはありません。同じNIAアーキテクチャです。しかし、モバイルビーコンが複数ある場合、NIAアーキテクチャではどちらも25 kHzでなければなりません。そして欠点は、NIAアーキテクチャでは一度に1台のモバイルビーコンしか測位できないことです。1、2、1、2、1、2、1、2と、タイムスロットを交互に切り替えなければならないからです。つまり、今はモバイルビーコン1番を測位し、次のタイムスロット、たとえば一般的な更新レート8 Hzなら1/8秒後に、2番目のモバイルビーコンを測位します。一方、MF NIAアーキテクチャでは、最大8台の

9:53 モバイルビーコンを同時に測位できます。たとえば、1台のモバイルビーコンを19 kHz、もう1台を25 kHzにすると、両方が同時に発信し、両方とも同じ更新レートで位置が更新されます。つまり、モバイルビーコンが8台の場合、MF NIAアーキテクチャ（Multi-Frequency Non-Inverse Architecture）では、ビーコン1台あたりの更新レートがNIAアーキテクチャの8倍になります。これは非常に大きな利点です。IAアーキテクチャ（Inverse Architecture）の場合は話が違います。IAアーキテクチャはGPSとよく似た仕組みで動作するからです。IAアーキテクチャではモバイルビーコンが超音波を受信するので、200台のビーコンが同時に位置の更新を受け取って計算でき、すべてのビーコンが同時に位置の更新を知ることができます。ですから、100台、あるいは数百台ものモバイルビーコンが必要な場合は、通常IAアーキテクチャを使います。IAアーキテクチャの欠点はただ1つ、モバイルビーコンが超音波を受信する側だという点です。

10:52 つまり、たとえばドローンのように騒音を出す物体の場合、IAアーキテクチャ（Inverse Architecture）はおそらく機能しません。そのため、少なくとも現時点では、ドローンにはIAアーキテクチャをおすすめしていません。ドローンは非常に大きな騒音を出すからです。この騒音は広帯域のノイズで、可聴域の音から超音波の帯域にまで及びます。そのため、IAアーキテクチャの到達距離は数メートル、3〜5メートル、あるいはそれ以下に制限されるおそれがあります。これはドローンによって異なります。つまり、IAアーキテクチャはドローンのような騒音を出す移動体では機能しませんが、人員、ロボット、フォークリフトであれば、非常に騒がしい環境でもまったく問題ありません。そうした環境でも、20センチメートル先にあるドローンほどの騒音ではないからです。対象が数百ではなく、たとえば8台、あるいは16台のドローンの場合は…

11:52 …MF NIAアーキテクチャ（Multi-Frequency Non-Inverse Architecture）を選ぶことになります。では、サブマップの構築に当てはめると、どのような違いがあるでしょうか。すでに述べたとおり、NIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）では、3台のSuper-Beaconの周波数は何でもかまいません。だからこそ、NIAアーキテクチャから始めることをおすすめしているのです。細かい点をすべて知らずに多少間違えても、Super-Beaconを設置すればNIAアーキテクチャでは動作します。しかしIAアーキテクチャ（Inverse Architecture）ではそうはいきません。固定ビーコンを、きちんと決められた周波数にしなければならないからです。たとえば、19、19、25では動作しません。19と25なら動作します。25と25では動作しません。繰り返しますが、IAアーキテクチャでは基本ルールが満たされていないからです。複雑なルールではありませんが、システムに不慣れなうちは、つい…

12:52 …間違えてしまいがちです。ほかにも理由があります。いくつかの理由については後で説明しますが、たとえばダイナミックレンジです。IAアーキテクチャ（Inverse Architecture）で、ある固定ビーコンに近すぎ、同時に別の固定ビーコンから遠すぎると、近いビーコンの声が大きすぎて、ほかのビーコンをかき消してしまいます。たとえば、私がモバイルビーコンを持っていて、固定ビーコンが大きすぎる声でパルスを叫んでいるようなものです。つまり、このモバイルビーコンは、近くの固定ビーコンからの信号と、遠くのビーコンからの信号を同時に聞き取らなければなりません。そして、近くのビーコンに近すぎると、距離のダイナミックレンジが大きすぎるため、遠くのビーコンは聞き取れなくなります。これについては後で説明します。全体として、たとえば基本的なスターターセットを導入するだけなら、IA…

13:51 …つまりIAアーキテクチャ（Inverse Architecture）の難しさは、NIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）とほぼ同じです。しかし、たとえば巨大な倉庫の話になると、大規模なNIAアーキテクチャのマップを構築する複雑さは、大規模なIAアーキテクチャのマップのおよそ10分の1です。繰り返しますが、IAアーキテクチャでも実現可能で、問題はありません。ただ、IAアーキテクチャはより高機能である一方、システムを導入する人への要求も厳しいので、はるかに細かい点まで理解し、守る必要があります。そのため、このステップバイステップガイドで詳しく説明している基本的な推奨事項は次のとおりです。まずNIAアーキテクチャの基本的な2Dから始めて完璧なトラッキングを実現し、次にもう少し複雑な、同じNIAアーキテクチャの3Dに進み、さらに希望があれば3DからIAアーキテクチャの3Dへ、というように進めてください。ただし、一度に少しずつ進むことが大切です。

14:50 一気にゴールまで飛ぼうとしないでください。これが重要なメッセージです。では、サブマップ構築の例を見ていきましょう。方法は数多くあり、ここではその一部を取り上げます。漏れるものもあると思いますが、それは後日、追加のプレゼンテーションで補います。では簡単に説明します。これは、たとえば Super-Beacon スターターセットを入手したときに、まず構築することをおすすめする、最もシンプルな2Dサブマップです。最もシンプルな構成で、2D、モバイルビーコン1台、そしてモデム1台です。先ほど述べたように、モデムはどこに置いてもかまわないので、これ以上は取り上げません。固定ビーコンは2台です。1台を壁に取り付け、もう1台も同じ壁に取り付けます。2台は同じ周波数、つまり同じ色、同じ周波数で、こちらがモバイルビーコンです。これだけです。基本的で、完璧です。異なる…

15:48 …周波数でもかまいません。NIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）では、トラッキング中、固定ビーコンは超音波を発信せず受信するからです。ですから、NIAアーキテクチャで固定ビーコンの周波数を論じる意味はありません。受信する側だからです。Super-Beaconはどの周波数でも受信できます。Beacon HW v4.9については取り上げません。NIAアーキテクチャにしか使えず、かなり前の世代の製品だからです。ですから、私がビーコンと言うときは、基本的に Super-Beacon または Industrial Super-Beaconのことだと考えてください。Industrial Super-Beaconは技術的には同じもので、保護性能が高いだけです。3Dサブマップは2Dとよく似ていますが、ビーコンが2台ではなく4台になります。繰り返しますが、NIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）では、これらのビーコンの周波数は何でもかまいません。ただし、長方形またはそれに近い形になるように配置する必要があります。一直線上に並べてはいけません。

16:47 そうすると立体にならず、3Dではなく線になってしまうからです。実質的には、4台のビーコンで構成された2Dサブマップということになります。数学的に成り立たず、動作しません。ですから、必ず立体になるように、別の壁にも設置してください。高さが違っていてもかまいません。いずれにしても、固定ビーコンの高さは必ず入力する必要があります。3Dの場合、ビーコンの最小台数は3台ですが、障害物などによる遮蔽があまりにも起こりやすくなります。たとえばこの場合、このビーコンはほとんど見えません。ご覧のとおり、ほぼ影に入っています。このビーコンは見えますし、このビーコンも見えますが、この固定ビーコンは、モバイルビーコンから見てすでに障害物の近くにあります。だからこそ3+1の冗長性を持たせるのです。モバイルビーコンからは、4台のうち少なくとも3台が見えている必要があります。この場合、トラッキングは…

17:44 …ほぼ99%、つまり大半のケースで継続します。ここのように、4台すべてのビーコンが見えている場合もあります。その場合、システムは基本的に最適な三角形を選びます。1・2・3で1つの組み合わせ、別の1・2・3で2つ目の組み合わせ、さらに3つ目、そして当然4つ目の組み合わせもあります。このように三角形の組み合わせがいくつもあり、システムはいくつかの基準となるパラメーターに基づいて、どれが最適かを自動的に選んで使用します。すべての組み合わせを併用することもありますが、それができるのは冗長性がある場合だけです。ビーコンが3台しかなく、そのうち1台が遮られたら、それで終わりです。3Dには3台の固定ビーコンが必要なので、トラッキングできなくなります。だからこそ、3Dセットには4台のビーコンが含まれ、標準で3+1の冗長性があるのです。これを強くおすすめします。サブマップが1つだけの場合、サービスゾーンはあると便利なものです。なぜ便利なのか。サービスゾーンは…

18:43 …ビーコンを測位するエリアを定義するからです。サービスゾーンを定義しなくても、サービスゾーンは常に存在します。各ビーコンから30メートルという暗黙のサービスゾーンです。つまり、いずれにしても巨大なサブマップになります。しかし、サブマップが巨大だと、超音波が伝わる距離が長くなります。距離が長くなれば時間がかかり、当然、更新レートは下がります。通常は、できるだけ高い更新レートが望ましいはずです。ですから、サービスゾーンを定義してください。必ず役に立ちます。では、より複雑なケースとして、NIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）で複数のサブマップがある場合を説明しましょう。先ほど述べたように、NIAアーキテクチャのほうがシンプルです。これが1つのサブマップで、先ほどの例で構築したものです。この例では、このサブマップ、別のサブマップ、3つ目のサブマップがあります。サブマップはどのように構築するのか。これについては…

19:42 記事がありますので、リンクを参照してください。1つずつ構築します。1つのサブマップを構築したら固定し、すべてのビーコンをシャットダウンして、ネットワークから外してしまってもかまいません。次に、このサブマップを同じように構築します。先ほどのサブマップは存在しないものとして、改めて単独のサブマップとして構築し、完璧なトラッキングを実現します。サブマップを構築するとは、ビーコンを設置し、距離テーブルを作成し、そのサブマップのサービスゾーン内でトラッキングして確認することを意味します。トラッキングが良好なら、そのサブマップは問題ないと確認できたことになり、固定できます。固定したら、あとは気にせず、ビーコンを無効にするかスリープさせてもかまいません。このビーコンは、こちらのサブマップでも共通で使われます。このサブマップも、ほかのすべてのサブマップが

20:41 存在しないものとして構築してください。必要なすべてのサブマップについて、同じことを繰り返します。前述のとおり、NIAアーキテクチャでは、ビーコンの周波数は何でもかまいません。それでも、ビーコンはできるだけ異なる周波数のものを注文することを常におすすめしています。なぜか。自由度が得られるからです。今日はNIAを導入していても、明日は変えるかもしれません。「これはいい。IAアーキテクチャ（Inverse Architecture）を使いたい」と思うかもしれません。そのとき、まさにこのおかげで、IAアーキテクチャに対応できるビーコンがすでに手元にあることになります。ですから、通常は周波数は何でもかまいませんが、IAアーキテクチャを導入するつもりで配置することをおすすめします。そうすれば、ソフトウェアを更新するだけで、ほとんど、あるいはまったく調整せずに、IAアーキテクチャのシステムを導入できる場合があります。この場合、サービスゾーンは必須です。なぜか。たとえば、ここの距離が15メートル、ここが5メートル、ここがさらに5メートルだとします。

21:40 サービスゾーンを定義しなくても、各ビーコンには距離の制限があります。デフォルトの距離制限は30メートルに設定されています。30メートルということは、まだ30メートル以内なので、このビーコンはこのビーコンからデータ、つまり超音波信号を取得しようとします。しかし、それは好ましくありません。明らかに、こちらのビーコンでトラッキングするほうがずっと簡単だからです。距離が近く、角度も良く、すべての条件が良好です。それでも、このビーコンは「距離はわかっている、わかっている」と主張して、システムに報告します。システムは6台の固定ビーコンから選ばなければなりません。十分すぎるほどの台数です。2台あれば足りるところを、6台からデータを集めるわけです。しかし、遠いビーコンからデータを集めてしまうこともあり、その場合は結果が悪くなります。なぜなら、

22:39 距離が長いからです。信号が弱くなったり遮られたりする可能性が高くなります。そのため、遠いビーコンから得られる位置は、近いビーコンからの位置よりも悪くなる可能性が明らかにずっと高いのです。だからこそ、サブマップを作って、こうした「意見」を制限するのです。サブマップは基本的に、いえ失礼、サブマップのサービスゾーンです。サービスゾーンは基本的にこう伝えるものです。「サブマップ1番さん、ここがあなたの担当です。ここがあなたの担当エリアです。サブマップ2番、ここがあなたの担当エリアです。サブマップ3番、遠いときは意見を出そうとしないでください」。通常の条件、たとえば大きな倉庫では、ビーコン間を20〜30メートル離してシステムを導入するのが一般的で、物理的にそこまでは聞き取れません。しかし、

23:38 美術館や部屋のような狭いエリアでは、5メートル、2メートル、10メートルといった、ずっと小さなサブマップになりやすいのです。そして、サブマップ同士が意見を出し合おうとして、混乱を招くことがあります。ですから、サービスゾーンは必ず使ってください。サービスゾーンは必須です。繰り返しますが、NIAではSuper-Beaconの超音波周波数は何でもかまいません。関係ないからです。固定ビーコンは超音波を聞き取る側なので、超音波の送信周波数が何であるかはまったく関係ありません。ここまでは3+1の冗長性について話してきました。しかし、冒頭で、サブマップを使う理由が3つあったことを覚えているでしょうか。1つ目は到達範囲の拡大です。この場合、基本的に

24:37 到達範囲を拡大しています。サブマップをどんどん追加して範囲を広げれば、たとえば1キロメートルをカバーすることもできます。モデムが十分な性能を持ち、指向性アンテナを備えていれば、こちらの方向に500メートル、あちらの方向に500メートルをカバーし、たとえば全長1キロメートルのトンネルもカバーできます。1つのサブマップは20、25、30メートルです。さらにどんどん延長できます。これが1つ目の理由です。2つ目の理由はすでに説明しました。部屋がある場合、各部屋をカバーするには、部屋ごとに2Dなら少なくとも2台、3Dなら3〜4台の固定ビーコンが必要です。詳しくは配置マニュアルをご覧ください。これは壁が固定されている場合です。しかし、真ん中にこのような固定の壁がある場合や、移動する障害物がある場合もあります。たとえば人が動いたり、フォークリフトが動いたりする場合です。フォークリフトは誰に影を作るのか。モバイルビーコンにでしょうか、周りの人にでしょうか。それでも問題ありません。たとえば、ある部屋があり、

25:35 部屋の一方の側の壁に2台の固定ビーコンを、反対側の壁にも2台を設置したとします。すると、向かい合う2つのサブマップができます。1つはこちらを向き、もう1つはこちらを向いています。サービスゾーンは完全に重なっています。これを「完全に重なり合うサブマップ」と呼んでいます。どういうことかというと、先ほどの例では2つ目の意見を避けたいと言いましたが、この場合は「2つ目の意見が欲しい」と考えます。両方のビーコン、両方のサブマップが見えているときは、一方のサブマップが「このモバイルビーコンの位置はX、Y、Zだ」と言い、もう一方のサブマップが「このビーコンの位置はX1、Y1だ」と言います。これは非常に近い値で、ほぼ同じ地点になります。もし

26:33 線のような障害物があって、たとえばこのモバイルビーコンが少し先へ移動すると、この障害物の影に入ります。その場合、このサブマップは位置データを提供できません。でも問題ありません。こちらのサブマップはまだ位置を把握しているからです。つまり、意図的に2Nの冗長性を持たせているのです。この場合、障害物は問題になりません。一方のサブマップが測位できなくても、もう一方のサブマップが測位するからです。これが、完全に重なり合うサブマップを使う理由です。これについては動画がありますので、ぜひご覧ください。非常に役に立ちます。同じ考え方はさらに拡張できます。ここも、ここもサブマップにして、4つのサブマップを重ね合わせる構成も考えられます。ただし、現時点ではサポートしていません。通常は2つのサブマップで99%のケースをカバーできるからです。では、最も複雑なテーマに移りましょう。

27:31 IAアーキテクチャ（Inverse Architecture）です。繰り返しますが、段階を追って進めれば十分に実現できます。基本的な考え方を理解し、一足飛びに進もうとせず、要件を理解したうえでそれに従えば、とても簡単です。ただし、要件がいくつかあるので、どれか1つでも見落としたり違反したりすると動作しません。だからこそ、NIAより複雑なのです。そしてだからこそ、NIAを習得してからIAアーキテクチャに進んでください。では、まず間違いの例から始めましょう。間違いはとても単純で、固定ビーコンが同じ周波数になっていることです。同じ周波数だと動作しません。モバイルビーコンが超音波を受信するからです。2台のビーコンが同じ周波数で送信していると、システムはこの超音波周波数を区別できません。周波数は何でしたか、22 kHz、22.22でしたか。システムは、どのビーコンから

28:29 この22キロヘルツの信号が届いたのかを区別できません。ですから、これは動作しません。IAアーキテクチャでも、こちらの例なら動作します。こちらは22、こちらは別の周波数で、とにかく異なっているからです。システムはこう判断できます。「たとえば25を受信した。25キロヘルツで、距離はたとえば2メートルだった。22キロヘルツの信号も受信し、距離はたとえば7メートルだった」。これで自分の位置がわかります。それだけです。位置はここです。モバイルビーコンの位置が決まり、すべて完了です。ですから、まず第一の、そして何より重要なルールを覚えておいてください。サブマップ内の各固定ビーコンは、それぞれ異なる超音波周波数でなければなりません。では、サブマップが2つ以上ある場合について説明しましょう。考え方は同じです。サブマップが1つ、もう1つ、そして3つ目とあります。NIAの場合も同じです。しかしIAアーキテクチャでは、少し複雑になります。なぜでしょうか。それは、

29:28 まず、サブマップごとに異なる周波数を割り当てる必要があるからです。ご覧のとおり、こちらは37、34、22でした。こちらは22と25、こちらは25と45です。では、最初のルールです。各サブマップ内では、ビーコン同士の周波数が異なっていること。しかし、ルールはそれだけではありません。想像してみてください。このあたりの話をしているところでしたね。間違えた場合を想像してみてください。違いがわかりますか。こちらは、サブマップの1つで同じ周波数がすでに重なっています。ルール違反です。これは動作しません。ですから、こちらは良い例です。こちらは良くない例です。サブマップの1つで、

30:24 周波数が同じになっているからです。ただ、これも基本的な間違いで、見落としにくいのですが、それでも間違える人はいます。こちらはもっと複雑な例です。ご覧のとおり、各サブマップの中では周波数がそれぞれ異なっています。こちらは34と22で問題ありません。このサブマップは22と34で、これも問題ありません。では、これは動作するでしょうか。いいえ、動作しません。なぜでしょうか。同じマップ内の同じタイムスロットに、周波数の組み合わせが同じビーコン、つまり同じ組み合わせのサブマップが2つあるからです。動作しない理由は、このモバイルビーコンがこの信号を受信した場合を考えるとわかります。この特定のケースでは、動作することさえあるかもしれません。では、考えてみましょう。動作するかもしれないし、しないかもしれません。

31:22 というのも、たとえばモバイルビーコンがこの信号を受信したとします。位置を求めようとしているところなので、モバイルビーコンが今どこにあるかはわかりません。わかっているのは、このタイムスロットで34キロヘルツの信号を受信し、その距離がたとえばおよそ4メートルだったこと。そして22キロヘルツの信号も受信し、その距離がたとえば10メートルだったことです。ここまでは問題ありません。では、こちらのサブマップを考えてみましょう。このサブマップでは……いや、このサブマップではあり得ないと思います。間違いであっても、システムはその間違いを補おうとします。「ああ、これは間違いだな」と。それでも、システムは距離に基づいて位置を求められます。周波数の組み合わせが同じサブマップが2つあるので間違いではありますが、それでもこちらとこちらを区別できます。こちらのサブマップでは、この距離の組み合わせはあり得ないからです。

32:21 サブマップの形が異なるためです。しかし、仮にこれがここにあったとしましょう。この場合、距離は5メートルと5メートルになります。ところが、こちらでも同じことが起こり得て、やはり5メートルと5メートルです。この場合、システムは区別できません。このモバイルビーコンが受信しているのは、こちらのビーコンからの信号なのか、こちらのビーコンからなのか。こちらからか、こちらからか。つまり、このサブマップにいるのか、このサブマップにいるのか。たとえば中央にいれば5と5、こちらの場合も5と5です。ですから、システムは動作しません。その解決策は、すでにお話ししたとおりとても簡単です。超音波周波数のペアを、異なる組み合わせで、できるだけ多く使うことです。以前は周波数が5つしかなく、条件が厳しかったのですが、今は

33:20 8つの周波数があるので、非常に大規模なネットワークでも、周波数の組み合わせを一意にするのはかなり簡単です。つまり、これが間違いです。このうちの1つを、まだ使っていない超音波周波数のどれかに置き換える必要があります。だからこそ、改めて申し上げます。できるだけ多くの異なる超音波周波数を揃えてください。そうすれば、ネットワークを構築するときの自由度が大きくなります。これは何でしょうか。ああ、そうでした。この場合は、まだルール違反ではありません。ネットワークが大きくなると、先ほど触れた問題が起きます。解決策はとても簡単で、TDMAを使えばよいのです。

34:19 TDMAとはどういう意味でしょうか。TDMAを使うと、こちらのサブマップとこちらのサブマップが同時には送信しなくなります。この場合、確かに最適ではありませんが、動作はします。タイムスロットとは、たとえば更新レートが毎秒8回の場合、こちらのサブマップは奇数番目のタイムスロットで送信し、こちらは偶数番目のタイムスロットで送信するということです。こうすれば、同時に動作することはありません。ですから、位置があいまいになることもありません。ご覧のとおり、周波数の組み合わせという点ではサブマップはまったく同じですが、どの瞬間にもどのサブマップが担当しているかがわかるので、あいまいさは生じません。1、3、5番目などの奇数タイムスロットでは、こちらが

35:16 担当し、2、4、6番目などの偶数タイムスロットでは、こちらが担当します。ですから、モバイルビーコンが偶数のタイムスロットでこれらの周波数を受信していれば、モバイルビーコンはここにいて、位置はこちらではなくここだとわかります。偶数のタイムスロットでは、こちらのマップはそもそも送信せず、このビーコンも超音波を出さないからです。つまり、この時間にモバイルビーコンがこの周波数を聞くことはあり得ません。ただし、これは最適ではありません。なぜでしょうか。TDMAには欠点があり、それは更新レートが下がることです。このサブマップは毎秒8回ではなく、毎秒4回しか送信しないからです。ですから、可能ではありますが、最適ではありません。TDMAを使わなければ、それは間違いです。先ほどのような間違いになり、まったく問題外です。TDMAを使うと最適ではない、というのはこういう理由です。ほかの周波数もまだ使えるのですから。

36:15 使った周波数は5つか6つだけで、周波数は8種類あるので、まだ使えます。それでもTDMAを使うことはできますが、最適ではありません。TDMAを使わないのは問題外です。動作しません。間違いになり、システムはビーコンの位置をここかここのどちらかとして報告し、位置が飛び回ります。あらゆる種類の誤りが生じます。これでおわかりいただけたと思います。では、さらに複雑なケース、3DのIAアーキテクチャについてお話しします。ビーコンも周波数も多くなるので複雑ですが、考え方はまったく同じです。各3Dサブマップには、固定ビーコンが4台必要です。繰り返しますが、最低3台です。周波数の制約が厳しすぎる場合や、どうしても無理な場合は3台でもなんとかなりますが、おすすめしません。常に、3台に冗長性として1台を加えた構成、つまり4つの周波数を使うことをおすすめします。

37:13 では、周波数が4つということは何を意味するでしょうか。特に3Dでは、あっという間にすべての周波数を使い切ってしまいます。たとえば、1、2、3、4。次のサブマップを使うと、もう6つです。さらにもう1つのサブマップを加えると、おっと、わずか3つのサブマップで8つの周波数をすべて使い切ってしまいました。どうすればよいでしょうか。周波数を再利用するしかありません。たとえば、この周波数はすでに重複しています。この周波数もすでに重複しています。これは問題でしょうか。いいえ、問題ありません。繰り返しますが、まず各サブマップの周波数の組み合わせが一意であることを確認します。これ、これ、これ、これ。周波数の組み合わせが同じサブマップがないかを確認してください。そのようなサブマップはありません。2つ目に、隣接するサブマップに同じ周波数があってはなりません。たとえば、この色、色は何でもかまいませんが、これがこちらと

38:12 同じであってはいけません。そうでないと間違いになります。これも確認してください。IAアーキテクチャが少し複雑なのは、まさにこのためです。確認すべき層がいくつもあり、作業が雑だったり理解が浅かったりすると、とても間違えやすいのです。とはいえ、こうした基本ルールさえ守れば、IAアーキテクチャは不可能なものではありません。複雑でもありません。単に、満たすべき条件の層が多いだけです。そして最後の要件は、超音波信号が遠くまで届かないことです。たとえばこれは、50メートル以上離れています。このビーコンからの信号はここまで届きますが、すでに大きく減衰しているので、悪影響はありません。この超音波ビーコンからの信号もこちらに届きますが、50メートル以上離れているので減衰して弱くなり、検出されません。

39:10 信号はノイズレベルより下になります。ですから、悪影響はありません。このように、サブマップもマップも大きい場合は、これで動作します。たとえば巨大な倉庫です。つまり、これは良い3Dサブマップ、良い3Dマップの例です。しかし、こちらは良くありません。距離を見てください。先ほどは50メートルでした。しかし今度は、たとえば博物館のような狭いエリアです。小さなエリアがたくさんあり、多くのビーコンを設置する必要があります。距離もずっと短く、50メートルではなく10メートル、5メートル、15メートルです。すると何が起きるでしょうか。たとえば、このエリアにあるこのビーコンは、実質的に同じです。ご覧のとおり、同じです。周波数の点でも、周波数の組み合わせの点でも、ルール違反はありません。問題ありません。つまり、1つ目のルール、すべてのサブマップで周波数の組み合わせが異なること、は満たされています。2つ目のルール、

40:09 隣り合うビーコンが同じ超音波周波数を持たないこと、も満たされています。ですから、システムはその点でも区別できます。しかし3つ目のルール、距離が十分に大きく、超音波信号が届くまでに減衰すること、は満たされていません。ご覧のとおり、まだこのサービスゾーンの中にいるからです。これ、これ、これ、これが担当のビーコンで、ここがそのサービスエリアです。ところが、このビーコンは近く、たとえば10メートルほどしか離れていません。そのため信号は減衰しません。しかも、このビーコンとこのビーコンは同時に超音波を出しています。このような最適ではない構成になっているので、こちらの超音波信号のほうが、こちらより先に届いてしまいます。先に届くということは、こちらの

41:09 信号が届く時点では、もう手遅れだということです。サービスゾーンを定義していても、それはあまり関係ありません。この超音波信号は、ここまで伝わってくるからです。「ここが自分のサービスゾーンだ」と決めるのはかまいません。しかし、超音波信号を止めることはできません。サービスゾーンを定義するというのは、このエリアでは聞かない、こちらには注意を払わない、という意味にすぎません。しかし超音波周波数という点では、この地点で、このビーコンがこの周波数で出した超音波信号と、このビーコンが同じ周波数で出した超音波信号を区別することはできません。不可能です。それどころか、こちらの信号のほうが先に届きます。ですから、システムは動作しません。解決策は何でしょうか。いくつかあります。まず、このビーコンを以前のように、たとえばこのエリアのどこかに設置することです。つまり、この配置がとても重要です。次に、周波数を変えることもできます。ビーコンの向きを変えることもできます。このビーコンをどこかに移し、こちらも移せば、

42:08 あちらの方向に超音波を出すようになります。このように、すべての要件を満たすように、ビーコンの向きをさまざまな方向に変えられます。もう1つの選択肢は、もちろんTDMAを使うことです。ビーコン同士が混同されるなら、同じタイムスロットに置かないことです。先ほども言ったとおり、TDMAは常に使える解決策です。ただし、TDMAを使うと更新レートが下がります。そもそもIAアーキテクチャの狙いは、非常に多くのモバイルビーコンに対して、できるだけ高い更新レートを実現することです。とはいえ、非常に大規模なネットワークでは、おそらくTDMAを使わざるを得ないでしょう。問題は、タイムスロットをいくつにするかだけです。通常はタイムスロットは1つだけで、全員が同じタイムスロットで超音波を出します。マップが複雑すぎて、どうしても避けられない場合、つまりあらゆる手を試しても無理な場合は、TDMA 2、つまりタイムスロットを2つにします。1、2、1、2、1、2です。さらに複雑で、サブマップが小さすぎる場合は、スロットを3つにすることもあります。

43:07 4スロットにすることさえあります。ただしその場合、更新レートは4分の1に下がります。それでも多くの場合は問題ありません。たとえば、現在のシステムの更新レートが8ヘルツだとします。4スロットなら、ビーコン1台あたり2ヘルツになりますが、人員のトラッキングにはほとんどの場合これで十分です。ただし繰り返しますが、複雑さが増すと、そのぶん何かが噛み合わなくなる可能性も増えます。更新レートが下がるぶん、サービスゾーンやハンドオーバーゾーンを長くとる必要があるので、うまくいかない部分が出てくるかもしれません。また、対象物の動きがもともと速すぎる場合もあります。このように、対処すべき複雑さが加わるのです。TDMAが常に使える解決策である理由もここにあります。だからこそ、TDMAとサービスゾーンと8ヘルツを組み合わせれば、どれだけ大きなマップでも構築できます。50メートル離れれば同じ周波数を再利用できるからです。ただし、

44:06 TDMAには代償があるので、最後の手段として使ってください。次に、距離のダイナミックレンジについてです。これはすでに簡単に触れました。どういうことでしょうか。IAアーキテクチャは、モバイルビーコンが2つ以上の超音波周波数を同時に受信することを前提にしています。もちろんデジタル技術を使ってはいますが、それでもモバイルビーコンは、かなり近い2つの超音波周波数を受信しなければなりません。たとえば22キロヘルツと25キロヘルツで、差はわずか3キロヘルツです。この2つを同時に受信しなければなりません。ところが、一方の固定ビーコンにとても近く、もう一方の固定ビーコンが遠い場合、それは非常に難しいか、不可能でさえあります。繰り返しますが、多くのパラメーターによって変わりますが、当社が推奨する基本ルールは次のとおりです。周波数が

45:03 19と25、25と31のように6キロヘルツ離れていれば、距離のダイナミックレンジ、つまり距離の比は1対10です。たとえば最大距離が20メートルなら、いちばん近いビーコンには2メートルまで近づけます。30メートルなら、いちばん近くて3メートルです。これはいわば経験則です。ほかの多くのパラメーターにもよりますが、目安は1対10です。周波数が5つではなく8つある場合は、周波数同士が非常に近いので条件が厳しくなり、当社の推奨は1対3です。これはかなりの制約に思えますが、実際にはそうでもありません。なぜでしょうか。通常、ビーコンは5メートルほどの高さに設置するからです。ビーコンを5メートルの高さに設置して、たとえば高さ2メートルで人員をトラッキングするとします。すると、ビーコンと

46:03 人との最小距離は3メートルになります。この場合、1対3でも、距離にすると10メートルほどになります。ただし繰り返しますが、これは厳密な科学ではなく、あくまで経験則です。つまり実際には、たとえばビーコンを6メートルや10メートルの高さに設置すると、最小距離は7メートル、最大距離は21メートルになり、これなら問題ありません。倉庫内なら、通常は20メートル程度です。ですから、そのように設置してください。比がもっと小さくなることもあり、1対4や1対5になることもあります。周波数にも、外部ノイズにも、あらゆることに左右されます。ですから、これもあくまで目安です。また、覚えておいてください。モバイルビーコンを固定ビーコンのすぐ近くまで持っていってはいけません。固定ビーコンが出す音で、マイクとフィルターが飽和してしまうからです。そうなると、フィルターは

47:03 近くのビーコンの信号は受信できても、遠いほうのビーコンの信号は区別できなくなります。周波数が非常に近い場合は特にそうなので、この点を覚えておいてください。これがおそらく最後の項目です。重要ではありますが、それほど致命的ではありません。ただ、具体的な用途によっても変わります。TDMAについてはすでに触れました。TDMAは最後の手段です。当然、複雑なマップで使います。たとえば、すでに説明したこの例です。ご覧のとおり、このサブマップとこのサブマップは、意図的に同じ周波数にしています。たとえば、非常に巨大なマップがあるとします。どこかの時点で、周波数の組み合わせが同じサブマップが出てきます。1と1、2と2、3と3、4と4のように、意図的にそうするのです。システムには、履歴のような多くの層があります。

48:02 たとえば、こちらはこの形、こちらはこの形というようにです。それでも、システムが混同する可能性はあります。1つ目のルールは、サブマップごとにビーコンの周波数の組み合わせが異なることでした。ここではその1つ目のルールが満たされていません。ですから、システムが混同しないことを、ほかのルールに頼って期待してはいけません。このような組み合わせになったら、推奨される方法はTDMAを使うことです。TDMAはTime Division Multiple Access（時分割多元接続）の略です。つまり、このサブマップとこのサブマップは同じタイムスロットにいません。別々のタイムスロットにいます。どうなるかというと、奇数スロット、つまりスロット1、3、5ではこの構成、2番目、4番目、6番目のスロットではこの構成になります。

49:00 このように常に交互に切り替わるので、似た構成が同時に存在することはなく、問題はありません。ただし、ここを見てください。これがモバイルビーコンです。このエリアにはサブマップがないので、この時間帯にはモバイルビーコンは測位されません。つまり、このモバイルビーコンの更新レートは、実際には通常の半分に下がります。通常の更新レートが約8ヘルツなら、この構成では、モバイルビーコン1台あたりの実効更新レートは4ヘルツしかありません。それでも、TDMAは非常に強力な機能です。複数の周波数を使い、正しく構築し、TDMAを活用すれば、どれだけ大きなマップでも構築できます。次に、サービスゾーンについてです。これはすでに触れましたが、

49:59 ここではもっと具体的にお話しします。たとえば、なぜサブマップが1つだけの場合でもサービスゾーンの使用を強く推奨するのか、です。システムの仕組みはこうです。システムは、いずれにしても一定の時間、超音波を待ち受ける必要があります。どれくらいの時間でしょうか。デフォルトの距離制限は30メートルです。したがって、30メートルを音速、つまり約340メートル毎秒で割った時間だけ待ち受けます。約100ミリ秒です。100ミリ秒待ち受けるなら、理論上でも更新レートを10ヘルツ程度より上げることはできません。実際には、無線通信、計算、フィルタリングなどにも時間が必要です。そのため、最大距離のままだと、更新レートは10ヘルツではなく5〜6ヘルツ程度になります。しかし、サブマップがたとえば5メートル×5メートルしかないなら、30メートルにしておく意味はあるでしょうか。5メートル×5メートルで構築してください。

50:58 そしてサービスゾーンを指定してください。これは基本的に、「ここが担当エリアなので、5メートルを毎秒340メートルで割った時間より長くは待ち受けない」と指定することです。つまり、16ミリ秒程度より長くは待ち受けません。それ以外の信号はすべて自分のものではないので、待つ意味がないのです。この場合、サービスゾーンを指定するだけで、更新レートを2倍、3倍と簡単に大きく上げられます。ですから、サービスゾーンはとても便利です。サブマップが1つだけの場合でも、構築するときは必ずサービスゾーンを使ってください。更新レートが上がります。つまり、こちらは良いサービスゾーンで、こちらは大きすぎるので悪いサービスゾーンです。たとえば部屋がこれだけなら、それ以上大きくする意味はありません。特殊なケースもたくさんあります。たとえば1Dサブマップです。長い廊下や長いトンネルでは、Yが不要な場合があります。必要なのは

51:56 経路に沿った位置だけです。これは都合がよいのです。通常、サブマップの最大距離は、1Dサブマップでも30メートルとしていますが、1DならHornを使えます。Hornを使えば最大100メートルまで届きます。ですから、片側に1つ、反対側にもう1つHornを設置し、たとえば10メートルほど重ねれば、非常に長いサブマップを作れます。つまり、わずか2台の固定ビーコンで、最長200メートルのトンネルを実質的にカバーできます。これは非常に強力です。次に垂直2Dです。たとえば、パレットがあるとします。人がどうかということはあまり気にしません。この場合、通常は水平面であるXYが垂直になります。気にするのは、

52:54 パレットをどこに置くかだからです。ですから、Xはこちら、Yはそれに代わってこちらになります。これが垂直2Dサブマップです。この高さは気にしません。重要なのは、パレットをどこに置くかだからです。たとえば、巨大な壁に絵を描きたい場合も同じです。2Dですが、その2Dが垂直になっています。これが垂直2Dです。複雑ではありません。構築できます。さらに特殊なケースとして、1D、2D、3D、垂直2Dを同じマップの中で組み合わせる方法を紹介した動画もあります。そんなことができるのでしょうか。はい、もちろんできます。モバイルビーコンが1Dから2Dへ、2Dから3Dへ、3Dから垂直2Dへと移るときに、多少のゆがみは生じます。何らかのゆがみです。ただし、それは個々のケースや、

53:53 マップの位置合わせをどれだけ正確に行ったかなどによります。とはいえ、同じマップの中に異なる次元、つまり次元の異なるサブマップを混在させることは可能です。それ以外に、ドローン向けの特殊なケースもあります。たとえば、ドローンが建物や格納庫の中を飛び、そこから外へ飛び去ることがあります。そして、たとえばドローンを着陸させるためにシステムを使いたい場合です。可能でしょうか。はい、可能です。ただし、選択肢は2つあります。1つは、固定ビーコンを床に設置し、その中央にドローンの着陸パッドを置く方法です。これで動作するでしょうか。XYについては問題なく動作しますが、床に近いこのエリアではZが正しく求められません。これについても専用の動画があるので、ご覧ください。問題が起きる理由は、配置マニュアルで具体的に説明しています。ほかに、ビーコン配置が「広すぎる」場合と

54:52 「狭すぎる」場合についての動画もあります。確認してください。このケースは「広すぎる」場合にあたります。そのため、Zは不正確になりますが、XYは正確です。これを避けるにはどうすればよいでしょうか。Precise-Zの構成を使います。床に4台、ある程度の高さに2台のビーコンを設置します。この場合、低い位置では、この4台のビーコン（1、1、1、1）を使い、この4台はXYに使われます。こうすると、一方のサブマップから正確なXYが得られ、さらに正確なZも得られます。この垂直サブマップでもXYは得られますが、このビーコンについてはZを使います。このデータを取り出して、こちらのデータと組み合わせます。つまり、Zはこちらのサブマップから、XYはこちらのサブマップから得ます。ただし、ビーコンが6台必要です。これを避けるにはどうすればよいでしょうか。とても簡単です。

55:50 固定ビーコンを天井に設置するのです。ただしこの場合、天井より上を飛んではいけません。2Dでビーコン同士を結ぶ線を越えてはいけないのと同じ理屈で、3Dではビーコン同士を結ぶ平面を越えてはいけません。越えてしまうと、4台のビーコンだけでは、2つの異なる3Dの点を区別できなくなるからです。つまり、ドローンを屋内だけで飛ばし、できるだけシンプルに構築したいなら、ビーコンを天井に設置し、床から天井までの間で飛ばしてください。ただし、天井のすぐ近くは避けてください。ある程度の距離をとり、そこでも配置が「広すぎる」状態にならないようにします。いくつか例を紹介します。ここまでは理論をお話ししましたが、実際の例もあります。たとえば、こちらは当社の

56:50 ロボットが倉庫や組立工場の中を移動する例です。どのように構築したか、サブマップはいくつで、それはなぜか、周波数は何か、実際の性能はどうかなどを紹介しています。もう1つは人員トラッキングの例で、巨大とまではいきませんが、それなりの規模の実際の工場です。ビーコンは何台か、なぜそこに設置したのか、どこに設置したのか、実際にサブマップはいくつ必要か。非常にノイズの多い環境なので、まさに現実の例です。まとめると、まずNIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）から始めてください。とてもシンプルで、間違えにくいからです。NIAから始めて、複雑さを一歩ずつ上げていきます。たとえば2Dから3Dへ、あるいはNIAアーキテクチャの2DからIAアーキテクチャへ、という具合です。こうすれば、巨大なIAアーキテクチャのマップでも構築できます。

57:48 複数のサブマップで構成されるマップです。ただし、いきなり最後まで飛ばそうとしないでください。1つずつ増やしていきましょう。マップは実質的にどんな大きさにもできます。その方法はすでにご紹介しました。これらのルールに従えば、好きなだけ構築を重ねていけます。現在、1つのマップあたり250個のサブマップに対応しています。それ以上必要な場合も対応可能で、Supermapがあります。info@marvelmind.comまでご連絡ください。ありがとうございました。サブマップとマップを正しく構築していただけることを願っています。ありがとうございました。