JP6238446B2 - 少なくとも一つのアクセスポイントを有する無線ネットワークを備えた環境で無線デバイスの位置を特定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一つのアクセスポイントを有する無線ネットワークを備えた環境で無線デバイスの位置を特定する方法に関する。

本発明は、特に、少なくとも一つのアクセスポイントを有する無線ネットワークを備え、衛星測位信号、特にＧＰＳ測位信号が利用可能でない、または受信可能範囲が狭い環境で、無線デバイスの位置を特定する方法に関する。

固定デバイスまたは移動デバイスの位置を、デバイス自身に内蔵された無線周波数リーダと、環境内に周知の固定方法で配置された無線自動識別装置（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒｓ）またはＲＦＩＤタグとを介して取得される情報に基づいて、特定する方法およびシステムが、当技術分野で知られている。

デバイスの位置は、一意な連続番号で識別される無線自動識別装置（その正確な位置は、推測的（ａ ｐｒｉｏｒｉ）に知得しなければならない）からの信号の三角測量に基づいて、可変の精度で判定することができる。

したがって、デバイスは、これらの無線自動識別装置の位置を、任意の種類の接続によってデータベースにアクセスすることにより、たとえば、ＨＴＴＰサービスにポーリングすることにより、前もって取得しなければならない。

または、識別装置の位置についてのデータを、無線接続またはメモリカードを介して、デバイスに前もってロードしてもよい。

しかし、このような従来技術のシステムには、いくつかの欠点がある。

第一に、データベースのポーリングには、ローカルエリアネットワークであるかワイドエリアネットワークであるかに拘らず、アクセスされることを許可したネットワークへの接続が必ず必要であり、位置を特定されるべきデバイスのネットワーク認証が問題となる。

また、無線自動識別装置の位置についての情報を取得できるＵＲＬアドレスを知っている必要、または検索する必要がある。

さらに、位置を特定されるべきデバイスが生成するトラフィックが、その他のシステム、たとえば、ラップトップおよびスマートホン等のその他のＷｉＦｉデバイスが交換するトラフィックと競合する。

第二に、データが前もってメモリにロードされている場合、上記の問題は発生しないが、情報更新に関する問題と、周知で予測不可能ではない環境でデバイスの位置を特定しなければならない事実に関する問題とがある。

事実、位置特定されるべきデバイスは、緊急事態（たとえば、消防士が煙が充満した環境に出向く事態）用に構想されていることを考慮する必要があり、緊急事態が発生している環境の位置を特定するのに必要なデータが、救助者の個人的な位置特定デバイスに前もって格納されている、または救助者がそのような環境に入って行くときに救助者の個人的な位置特定デバイスに格納できるとは考えにくい。

国際特許出願第ＷＯ２０１０／００４０８１号は、ＧＰＳ測位信号が受信不可能な大きいビル内でデバイスの位置を特定する方法およびシステムに関する。この方法では、デバイスの受信可能範囲にある少なくとも一つのアクセスポイントから定期的に平文（ｉｎ ｃｌｅａｒ）で送信される信号または「ビーコン」を検出し、そのビーコンに含まれるアクセスポイントの位置情報を取得する。ビーコンの構造は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格および後続の改訂版に規定されている。または、アクセスポイントのＭＡＣ（媒体アクセス制御）アドレスをビーコンから読み出すことができるので、その後、当該アクセスポイントの地理的位置をデータベースから読み出すべくそのＭＡＣアドレスを使用する。

しかし、上記の国際特許出願に記載されたシステムは、システムの精度が、どうしてもデバイスの受信可能なビーコン数に左右されるという欠点を抱えている。事実、デバイスの位置を高精度に取得するには、信号の三角測量または幾何学的計算を行う必要がある。精度をより高めるには、無線ネットワークアクセスポイントの数を増やすべきであり、これによって、ハードウェアコストが上昇し、資源の無駄使いとなる。データベースにアクセスする代替方法は、緊急事態では利用不可能または実行不可能なデータ接続を必要とするので、不利である。

上記の国際特許出願に記載された方法のさらなる欠点として、アクセスポイントを撤去かつ再設置しない限り、またはアクセスポイントを無線ネットワークにさらに追加しない限り、環境内の地理的基準点の位置を簡単かつ経済的な方法で変更することが不可能であることがある。

したがって、本発明の目的の一つは、無線デバイスの位置を高精度に特定することを可能にする少なくとも一つのアクセスポイントを有する無線ネットワークを備えた環境で無線デバイスの位置を特定する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、無線デバイスの位置を低コストで特定することを可能にする少なくとも一つのアクセスポイントを有する無線ネットワークを備えた環境で無線デバイスの位置を特定する方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、無線デバイスが自己の位置を特定するべく利用可能な位置特定点のネットワークを簡単かつ迅速に編成することを可能にする少なくとも一つのアクセスポイントを有する無線ネットワークを備えた環境で無線デバイスの位置を特定する方法を提供することである。

本発明のこれらの目的およびその他の目的は、本記載の不可欠の一部である添付の特許請求の範囲で権利請求された少なくとも一つのアクセスポイントを有する無線ネットワークを備えた環境で無線デバイスの位置を特定する方法により達成される。

本発明は、本発明に係る方法を実行する無線デバイス、無線ネットワークのアクセスポイント、アクセスポイントにより送信される無線周波数信号、および、無線デバイスの位置を特定するシステムにも関する。

手短に、本発明に係る方法では、無線ネットワークの受信範囲にある環境に、当該無線ネットワークに接続されていない複数の要素、より特定的には、複数の無線自動識別装置またはＲＦＩＤタグを配置する。

この無線ネットワークに接続されていないこれらの各識別装置の地理的情報を、この無線ネットワークのアクセスポイントによって定期的に送信されるビーコンまたは任意のブロードキャストチャネルに入力して、各識別装置に接続できるようにする。

上記の地理的情報は、たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に規定された「ベンダ固有情報（ＶＳＩ）」というデータフィールドに入力してよい。地理的情報は、環境内での自己の絶対位置を特定するべく無線デバイスが使用可能な情報、たとえば、要素識別子、緯度、経度、標高、建物名または建物の番号、階数、部屋番号等を含む。

したがって、無線デバイスは、ネットワークに認証される必要なく、環境内での自己の位置を特定することができ、非常に高い精度で自己の位置を特定可能にする複数の地理的情報を利用することができる。

本発明のさらなる特性が、本記載の不可欠の一部と意図される添付の特許請求の範囲に定義される。

少なくとも一つのアクセスポイントを有する無線ネットワークを備えた環境で無線デバイスの位置を特定する方法について添付の図面を特に参照して説明した以下の詳細な記載から、上記の目的はより明確になるであろう。
少なくとも一つのアクセスポイントを有する無線ネットワークを備えた環境を示す図である。 本発明の方法にしたがって使用される無線ネットワークのビーコンを示す図である。

図１および図２を参照すると、少なくとも一つのアクセスポイント３、少なくとも一つの無線周波数デバイス５、および無線デバイス７を有する無線ネットワーク１を備えた環境２を示す図が示されており、無線周波数デバイス５は、無線ネットワーク１に接続されていない。

無線デバイス７は、無線ネットワーク１でデータを受信する手段を少なくとも有し、たとえば、移動電話、スマートホン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、移動電話およびＰＤＡを組み合わせたもの、コンピュータ、ラップトップ等から構成されてよい。

アクセスポイント３は、無線ネットワーク１へのアクセスを許可し、無線デバイス７をアクセスポイント自身と、したがって無線ネットワーク１とに接続可能にするのに必要な基本的情報を含む無線周波数信号またはビーコン１０を平文で定期的に送信するデバイスである。

たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１１規格にしたがって、ビーコン１０は、一定間隔で、たとえば１００ｍｓおきに送信され、いくつかの必須情報と、その他の任意情報を含む。

したがって、ビーコン１０を受信するには、無線デバイス７は無線ネットワーク１に対して認証される必要がある。

無線周波数デバイス５は、無線ネットワーク１に接続されておらず、無線ネットワーク１に従属しない無線周波数要素として設けられている。無線周波数デバイス５は、無線ネットワーク１とは異なる周波数を使用するデバイスであってよく、たとえば、無線周波数デバイス５の一意な識別子が予め格納されたメモリ手段６を有する能動タイプまたは受動タイプのＲＦＩＤトランスポンダーであってよい。

アクセスポイント３によって送信される地理的情報２０は、無線デバイス７が、環境２内での自己の地理的位置を、無線ネットワーク１に接続されていない無線周波数デバイス５が設けられた地理的位置に基づいて特定するべく使用することが可能な情報を含む。地理的情報２０は、たとえば、無線周波数デバイス５の識別子と、無線ネットワーク１に接続されていない無線周波数デバイス５が設けられた地理的位置の緯度、経度、標高、ならびに建物の名前、番号、階数、部屋番号等とを含む。

本発明に係る方法では、少なくとも一つのアクセスポイント３によって送信されるビーコン１０に、無線ネットワーク１に接続されておらず、無線ネットワーク１の受信範囲にある環境２内に位置する少なくとも一つの電子無線周波数デバイス５の地理的情報２０を入力する。地理的情報２０は、たとえば、適切なソフトウェアによってビーコンに入力される。

たとえば、図２を特に参照すると、この地理的情報は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格および後続の改訂版にしたがって、ビーコンの「ベンダ固有情報」（ＶＳＩ）と呼ばれるデータフィールドに入力することができる。

ＶＳＩデータフィールドは、最大で２５２バイトまでの情報を含むことができる。無線ネットワーク１に接続されていない無線周波数デバイス５のそれぞれについて、関連付けられる地理的情報は、たとえば、２１〜２８バイトを必要とするであろう。したがって、９〜１２個の無線周波数デバイス５に関する地理的情報２０を同一のビーコン１０で送信することができる。

ＶＳＩデータフィールドは、「要素ＩＤ２２１」で識別され、「要素ＩＤ」（１バイト）、「長さ」（１バイト）、「ＯＵＩ」または「組織固有識別子」（３バイト）、および「ＶＳＩコンテンツ」（最大２５２バイト）のフィールドから構成される。

ＯＵＩデータフィールドは、製造者、または、可能性としては、ＯＵＩデータフィールド自身が示す情報要素によって提供されるサービスの種類を特定する。

より多くの地理的情報を送信するべく、同一のビーコン１０にさらなるＶＳＩデータフィールドを追加することができ、または地理的情報を２つ以上のビーコン１０に分割することができる。通常、１つのビーコン１０と次のビーコン１０との間の時間間隔は、約１００ｍｓであるので、毎秒９０〜１２０個の無線周波数デバイス５に関する地理的情報を送信することができる。

たとえば、ＶＳＩデータフィールドの「ＶＳＩコンテンツ」は、無線ネットワーク１に接続されていない電子無線周波数デバイス５の地理的情報に関する以下のデータを含むことができる。
−無線周波数デバイス５の識別子（８〜１２バイト）
−緯度（４バイト）
−経度（４バイト）
−標高（２〜４バイト）
−建物の識別子（１バイト）
−階数（１バイト）
−部屋番号（１〜２バイト）

無線デバイス７が、データを送信する必要も、暗号化されたパケットを復号する必要も一切ないのは、利点である。無線デバイス７が解析しなければならないビーコン１０は、一つ以上の所定のＯＵＩデータフィールドで識別される、ＶＳＩデータフィールドに含まれる情報要素を含むビーコンだけである。

２つ以上の異なるＯＵＩデータフィールドを使用して、次のビーコン１０は、無線ネットワーク１に接続されていないその他の無線周波数デバイス５についての情報を含むこと、または、情報は完了したこと、を無線デバイス７に示すことが考えられる。

無線デバイス７は、連続的に、または規則的かつ可変の間隔で、ビーコンを受信して、エネルギーを節約してよい。

環境２内に存在し、一つ以上の無線周波数デバイス５から無線信号を受信する無線デバイス７は、ビーコン１０に含まれる当該無線周波数デバイス５の位置についての知識と、無線周波数デバイス５が送信し、無線デバイス７が受信した無線信号とに基づいて、また、可能性としては、任意の周知の技術、たとえば、このようにして取得したデータに三角測量システムを適用することにより、無線信号に基づいて、各無線周波数デバイスからの距離を推定することにより、自己の位置を推定することができる。このようにして、無線デバイス７は、少なくとも一つの無線周波数デバイス５から受信した無線信号と、少なくとも一つのアクセスポイント３によって送信されたビーコン１０に含まれる地理的情報２０とに基づいて、自己の位置を算出することができる。

本発明の好適な実施形態では、ネットワークに接続されていない無線周波数デバイス５は、無線デバイス７が自己の直近に存在する場合にだけ電磁的に活性化される受動ＲＦＩＤトランスポンダーである。

受動ＲＦＩＤトランスポンダーが低コストであることを考えると、無線ネットワーク１の受信範囲にある環境２には、非常に多くの数のトランスポンダー５を分散させて、無線デバイス７の位置特定の精度レベルを高めることができる。

本発明の特性および利点は、上記の記載から明らかである。

少なくとも一つのアクセスポイントを有する無線ネットワークを備えた環境で無線デバイスの位置を特定する本方法の第一の利点は、無線デバイスの位置が、従来技術と比べてより高い精度で特定されることである。事実、本発明に係る方法は、非常に安価でしたがって、無線ネットワークの受信範囲にある環境内に多くの数を分布させることができる電子要素、たとえば受動ＲＦＩＤトランスポンダーを利用している。この要素の数が多いほど、無線デバイスは、より多くの情報を用いて、たとえば、周知の三角測量法により、自己の位置を特定することができるので、位置特定の精度が向上する。

本発明に係る方法の第二の利点は、無線ネットワークに接続されていない無線周波数デバイスによって形成される地理的情報点のネットワークを、非常に簡単に変更することができることである。事実、変更するには、無線ネットワークに接続されていない無線周波数デバイスの新しい地理的情報をビーコンに含めることにより、ビーコンの情報コンテンツを変更するだけで十分である。したがって、（無線であるか有線であるかに拘らず）ローカルネットワークを変更する必要は全くない。

本発明に係る方法の別の利点は、無線自動識別装置の(したがって、三角測量により無線デバイスの)位置を特定するのに必要なデータを簡単かつ迅速にブロードキャストすることができ、無線デバイスが前もって知っている必要がないことである。

本発明のさらなる利点は、無線デバイスは、自己を識別して認証させるべく、無線ローカルネットワークにアクセスする必要が無いことである。

本発明のさらなる利点は、ネットワークに接続されていない無線周波数デバイスの地理的情報のブロードキャストにより、無線デバイスの位置の特定に要する時間が最小限に短縮され、一対一の通信プロトコルによるオーバーヘッドが回避されることであり、無線デバイスは、ブロードキャストされる送信を単に受信するだけで、それに応答する必要がなく、エネルギーが節約される。

本発明のさらなる利点は、緊急事態が発生した場合には、救助者は、無線ネットワークのアクセスポイントに届く範囲に入ったと同時に、ブロードキャストされているデータを取得することができることである。

本発明に係る方法のさらに別の利点は、アクセスポイントおよび無線ネットワークが、ＩＥＥＥ８０２．１１規格、たとえば「ｇ」および「ｎ」の変形版に適合し続けることである。

本明細書に例として記載した少なくとも一つのアクセスポイントを有する無線ネットワークを有する環境で無線デバイスの位置を特定する方法には、発明概念の新規な趣旨から逸脱することなく、多くの潜在的な変更を加えてよく、本発明を実際に実施するとき、例示した詳細は、異なる形状にしてよく、その他の技術的に均等な要素に置き換えてよい。

たとえば、上記した情報に加えて、無線ネットワークに接続されていない無線周波数デバイスの位置を特定するためのその他の追加的または代替的な情報として、以下のものがあってよい。
−アパート、階数、街路、街路番号、街、州−建物、セクター、通路、ラック、棚
−ホール、行、列、スタンド
−セクター、行、列、席
−有効期間／満了日
−応答信号の最大電力、距離の変化にしたがって予測される電力変化
−タグ／アンテナの向き、対応するローブ（ｌｏｂｅｓ）の形状および方向
−最大／最小受信距離
−障害物、越えられない限界、危険物（電気的、化学的、生物学的）、避難方法、扉、階段

たとえば、地理的情報は、たとえばＭＤ５等の誤り訂正によって圧縮および／または暗号化および／または保護してよい。

たとえば、本方法は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に規定された技術を参照して記載されたが、ＬＴＥまたはＵＭＴＳ等（仕様は、３ＧＰＰグループによって規定される）のその他の規格にしたがって使用してもよい。特に、後者のＬＴＥまたはＵＭＴＳ規格は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格のＶＳＩ要素と同じ方法で使用することができるブロードキャストメッセージにフィールド（情報要素）を含む。

たとえば、３ＧＰＰ−ＬＴＥ規格のＴＳ３６．３３１仕様書または３ＧＰＰ−ＵＭＴＳ規格のＴＳ２５．３３１仕様書では、ブロードキャストチャネルに、「ＳｙｓｔｅｍＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＢｌｏｃｋＴｙｐｅ１０」または「ＳｙｓｔｅｍＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＢｌｏｃｋＴｙｐｅ１２」と呼ばれ、ブロードキャスト情報用に用意され、緊急事態の場合に使用することができる汎用的なバイトストリングを含む情報フィールドを規定している。

したがって、本発明は、少なくとも一つの無線ポイントを有する無線ネットワークを備えた環境で無線デバイスの位置を特定する方法に限定されず、以下の特許請求の範囲に明確に規定される発明概念の新規な趣旨から逸脱することなく、多くの改変、改良、または均等の部品および要素との交換を行ってよいことは、容易に理解されよう。

Claims (13)

1. 少なくとも一つのアクセスポイントを有する無線ネットワークを備えた環境で無線デバイスの位置を特定する方法であって、
   前記少なくとも一つのアクセスポイントによって定期的にブロードキャストされ、前記少なくとも一つのアクセスポイントに接続するための基礎的情報を含むビーコンを前記無線デバイスによって受信する段階を備え、
   前記無線ネットワークの受信範囲にある前記環境内に位置し、前記無線ネットワークに接続されていない少なくとも一つの電子無線周波数デバイスの地理的位置についての地理的情報を、前記ビーコンは含み、
   前記無線デバイスは、少なくとも一つの前記電子無線周波数デバイスから受信した無線信号と前記ビーコンに含まれる前記地理的情報とに基づいて、自己の位置を算出することができ、
   前記無線デバイスは、前記地理的情報を受信するために、自己を識別して認証させるべく、前記無線ネットワークにアクセスする必要がない、方法。
2. 前記電子無線周波数デバイスは、ＲＦＩＤトランスポンダーである請求項１に記載の方法。
3. 前記ＲＦＩＤトランスポンダーは、受動タイプである請求項２に記載の方法。
4. 前記地理的情報は、少なくとも２つの前記ビーコンに分割される請求項１に記載の方法。
5. 前記ビーコンは、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠したビーコンフレームである請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記地理的情報は、前記ビーコンフレームの少なくとも一つのＶＳＩデータフィールドに含められる請求項５に記載の方法。
7. 前記ビーコンは、３ＧＰＰ−ＬＴＥ規格のＴＳ３６．３３１仕様書または３ＧＰＰ−ＵＭＴＳ規格のＴＳ２５．３３１仕様書に準拠したデータパケットである請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記データパケットは、「Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｂｌｏｃｋ」メッセージに含まれる請求項７に記載の方法。
9. 前記地理的情報は、前記電子無線周波数デバイスの識別子、緯度、経度、標高、建物、階数、および部屋のうち一つ以上を含む請求項１に記載の方法。
10. 前記電子無線周波数デバイスは、前記電子無線周波数デバイスの前記識別子を格納するメモリ手段を有する請求項９に記載の方法。
11. 請求項１から９のいずれか１項に記載の方法を実施する手段を備える無線デバイス。
12. アクセスポイントであって、前記アクセスポイントは、前記アクセスポイントに接続するための基礎的情報を含み、定期的にブロードキャストされるビーコンである無線周波数信号を送信する手段を備えた環境で動作する無線ネットワークのアクセスポイントであり、
    前記無線ネットワークの受信範囲にある前記環境内に位置し、前記無線ネットワークに接続されていない少なくとも一つの電子無線周波数デバイスの地理的位置についての地理的情報を前記ビーコンに入力する手段を備え、
    無線デバイスは、前記地理的情報を受信するために、自己を識別して認証させるべく、前記無線ネットワークにアクセスする必要がない、
    アクセスポイント。
13. 無線デバイスの位置を特定するシステムであって、
    少なくとも一つのアクセスポイントを有する無線ネットワークと、
    環境内に位置し、前記無線ネットワークに接続されておらず、一意な識別子を格納するメモリ手段を有する少なくとも一つの電子無線周波数デバイスと、
    を備え、
    前記少なくとも一つのアクセスポイントは、前記少なくとも一つのアクセスポイントに接続するための基礎的情報を含むビーコンを定期的にブロードキャストし、前記無線ネットワークの受信範囲にある前記環境内に位置する前記少なくとも一つの電子無線周波数デバイスの地理的位置についての地理的情報を前記ビーコンに入力する手段を含み、
    前記無線デバイスは、前記ビーコンを受信する手段を有し、前記少なくとも一つの電子無線周波数デバイスから受信する無線信号と、前記ビーコンに含まれる前記地理的情報とに基づいて、自己の位置を算出することができ、
    前記無線デバイスは、前記地理的情報を受信するために、自己を識別して認証させるべく、前記無線ネットワークにアクセスする必要がない、
    システム。

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