エンベデッドシステムスペシャリスト 2022年 午後1 問03

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 重量の変化を検知して商品を手に取った、又は戻したことを判断する用途だけに注目し、現在の重量を取得できる点を見落とす。
• 在庫を把握するのではなく、決済や利用者の行動追跡に使うと答える。
• 商品ごとの重量を測定できる点を踏まえず、店舗全体の総重量を測るものとして考える。

FAQ

解答の導き方

1. 固定項目
   ヘッダ、会員ID、入店日時、退店日時は、それぞれ8バイトです。したがって、合計は
   $8\times 4=32$バイトです。
2. 立寄り情報
   表2では、立ち止まった棚の数に加え、棚ごとに「棚の座標(4) ＋ 滞在時間(4)」を記録します。5か所の棚で5秒以上立ち止まっているので、
   $2+(4+4)\times 5=42$バイトです。
   その後に立ち止まった棚は、5秒以上立ち止まっていないため、この数には加えません。
3. 手に取った商品の情報
   手に取った商品は、立ち止まった棚で4種類、その後に立ち止まらずに寄った別の棚で1種類です。各棚には異なる種類の商品があるため、合計5種類です。
   表2の形式は、種類数の2バイトと、商品ID 4バイトを種類ごとに記録するものなので、
   $2+4\times 5=22$バイトです。
   棚に戻した商品も「手に取った商品の情報」には含まれます。
4. 購入した商品の情報
   鞄に入れた商品は、最初に手に取った商品のうち3種類と、その後に手に取った1種類の合計4種類です。種類数の2バイトに加え、種類ごとに商品のID 4バイトと商品数2バイトを記録するので、
   $2+(4+2)\times 4=26$バイトです。
   棚に戻した商品は購入していないため、この情報には含めません。

誤りやすいポイント

• 「手に取った商品の情報」と「購入した商品の情報」を混同しないようにします。棚に戻した商品は、前者には含まれますが、後者には含まれません。
• 商品の個数ではなく、表2で指定された「種類数」を数えます。この問題では、異なる棚の商品は異なる種類なので、種類数と手に取った商品数が一致します。
• 立寄り情報に含めるのは、5秒以上立ち止まった棚です。立ち止まらずに商品を手に取った棚は、立寄り情報の件数には加えません。
• 購入した商品の情報では、商品IDだけでなく商品数も記録するため、種類ごとに6バイト必要です。

FAQ

解答の導き方

1. 商品を手に取ったときの処理を確認します。本文では、利用者が商品を棚から取ると、棚管理ユニットと追跡ユニットが検知した座標を突き合わせて会員IDと紐づけ、その利用者の仮想カートに商品を登録すると説明されています。つまり、商品を棚から取った人のカートに商品が登録されます。
2. 商品を棚に戻したときは、同様に利用者を特定し、その利用者の仮想カートから商品を削除します。商品をカートから削除する処理は、棚に戻されたことをきっかけに行われる仕組みです。
3. これに対して、商品を別の利用者に手渡す行為は、棚への返却ではありません。本文に記載された処理には、手渡しをきっかけに、商品の登録先を別の利用者の仮想カートへ移す処理はありません。

誤りやすいポイント

• 商品を受け取った利用者のカートに、商品が自動で登録されると考えないようにします。本文で説明されている登録のきっかけは、棚から商品を手に取ることです。
• 手渡しを棚に戻す場合と同じだと考えないようにします。商品が棚に戻されないため、カートから削除する処理は行われません。
• 商品を手渡した人と、商品を受け取った人の状態を混同しないようにします。問題となるのは、手渡した人の仮想カートに商品が残ることです。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 15ミリVを10で割るだけでは、1kg当たりの電圧変化になります。1g当たりにするには、10kgを10,000gに換算します。
• 0.0015ミリVをマイクロVに換算するとき、$1\text{ mV}=1,000\text{ μV}$ を使います。したがって、0.0015ミリVは1.5マイクロVです。
• 重量に比例した電圧が出力されるため、10kgに対する出力から1gに相当する電圧を比例計算できます。

FAQ

解答の導き方

1. 表1には、同じ棚の重量計測ユニットが「棚管理ユニットと共通のバスで接続」されているとあります。つまり、複数の重量計測ユニットが同じ通信経路を使います。
2. また、同時にデータを送受信して競合すると「データは保証されない」とあります。重量の変化を検知したユニットがそれぞれ自動的に送信する方式では、複数のユニットが同時に送信し、データが競合するおそれがあります。
3. 棚管理ユニットから各ユニットへ順番に問い合わせれば、通信するユニットを順に制御できます。そのため、データの競合を防ぐことができます。したがって、採用理由は「データの競合を避けるため」です。

誤りやすいポイント

• 重量の変化を検知する方式と、棚管理ユニットが順番に問い合わせる方式の違いを、単なる通信開始者の違いだけで捉えないようにします。重要なのは、共通のバス上で複数のデータ送信が競合する可能性です。
• 問い合わせ方式の理由を、通信速度の向上や消費電力の削減と取り違えないようにします。本文で明示されている問題は、データが競合した場合に保証されないことです。

FAQ

解答の導き方

(a) 1台のLIDARで測定可能な範囲

(b) 追跡ユニットで測定可能な最大範囲

誤りやすいポイント

• (a)では、LIDARの高さ2.5mをそのまま三角形の高さにしないようにします。利用者の検知に必要な高さは床から50cm以上なので、使う垂直距離は$2.5-0.5=2.0\text{ m}$です。
• 画角120度は照射範囲全体の角度です。半径を求めるときは、その半分の60度を使います。
• (a)で求めるのは円の面積です。三角比で求めた半径を、円の面積の式に代入します。
• (b)では、1秒間に16回処理するため、1回当たりの時間は62.5ミリ秒です。1秒分の処理時間をそのまま追跡処理に使えるわけではありません。
• 追跡処理に使える時間を求める際は、前処理と後処理の時間を差し引きます。また、0.2ミリ秒は1$m^2$当たりの処理時間なので、測定範囲は残り時間を0.2で割って求めます。

FAQ

解答の導き方

1. 本文では、追跡ユニットの一連の処理を「1秒間に16回実施する必要がある」とされています。図3の周期 $T$ は $1,000÷16=62.5$ ミリ秒です。各処理の時間は、前処理が最大20ミリ秒、後処理が最大10ミリ秒、追跡処理が1m${}^2$当たり最大0.2ミリ秒です。
2. 方式1では、図3（a）のとおり各コアが $T$ ごとに順番に前処理を始め、同じコアが次に前処理を始めるのは $4T$ 後です。1回の処理に使える時間は $4T=250$ ミリ秒で、前処理と後処理の30ミリ秒を除くと、追跡処理に使える時間は次のとおりです。

1. 方式2では、図3（b）のとおり2コアが組になり、座標空間を二等分して追跡処理を並列に行います。同じ組が次の前処理を始めるまでの間隔は $2T=125$ ミリ秒です。図3（b）を見ると、コア1がつなぎ合わせ処理と後処理を行っている間に、組のもう一方のコア2が次の点群データの前処理を始めています。つなぎ合わせ処理と後処理の合計12ミリ秒は前処理の20ミリ秒の間に終わるので、次の追跡処理の開始を遅らせません。したがって、追跡処理に使える時間は $2T$ から前処理の時間だけを引いた次の値です。

1. 方式2では「全体の座標空間の5%分を重複して処理する必要がある」ので、実際に測定できる範囲を $S$ とすると、$1.05S=1,050$ より $S=1,000$ m${}^2$ です。方式1の $1,100$ m${}^2$ の方が広いため、答えは方式1です。

誤りやすいポイント

• 「2コアで並列に処理する」ことだけを見て、方式2の方が広い範囲を測定できると判断しないようにします。方式2は1回の周期が $2T$ で、方式1の $4T$ より短くなります。
• 方式1で、1コアの処理時間を $T$ と取り違えたり、4コア分の範囲を合計したりしないようにします。4コアは同じ範囲を時間差で順番に担当しています。
• 方式2では、つなぎ合わせ処理と後処理は次の前処理と並行して行われるので、追跡処理の時間からは引きません。一方、5%の重複分は実際の測定範囲に含めないように、$1.05$ で割ります。

FAQ

解答の導き方

1. 方式1と方式2の違いは、追跡処理の進め方です。方式1は「従来の処理をそれぞれのコアで順番に実施する」ので、1回分の処理では、前処理、追跡処理、後処理を順に行います。
2. 方式2は、前処理で作った座標空間を二等分し、分割した範囲ごとにコアを割り当てて追跡処理を並列に行います。そのため、図3では、前処理の後に二つのコアが同時に追跡処理を行い、その後につなぎ合わせ処理と後処理を行う流れになっています。
3. 出力データのレイテンシは、データの処理を始めてから、その処理結果を出力するまでの時間です。したがって、図3では、前処理の開始から後処理の完了までを見ると、方式1は約$3.4T$、方式2は約$2.1T$です。方式2にはつなぎ合わせ処理が追加されますが、追跡処理を並列に行うことで全体の処理完了が早くなっています。

誤りやすいポイント

• どちらの方式も4コアを使うため、「方式2だけが複数コアを使う」と考えないようにします。違いは、追跡処理を1回分のデータについて並列に行うかどうかです。
• 測定可能な範囲の広さと、出力データのレイテンシは別の観点です。この設問では、図3の処理開始から出力までの時間を比較します。
• 方式2には、座標空間の重複処理とつなぎ合わせ処理があります。ただし、それらの追加処理を含めても、図3では方式2の方が後処理を早く完了しています。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 1秒間に16回の処理が必要なので、$T$ は1秒を16で割って求めます。LIDARが点群データを取得する頻度と混同しないようにします。
• 方式2では同じ2コアの組が2周期ごとに担当するため、追跡処理に使える時間を求める際は $2T$ を使います。
• 1コア当たりの処理範囲を求めるときは、処理時間を「1m${}^2$当たり0.2ミリ秒」で割ります。
• 重複分は測定範囲そのものの5%です。2コア分の処理範囲から5%を単純に引くのではなく、実際の範囲に重複分を加えたものが2コア分の処理範囲になると考えます。

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