JP2006525714A - 無線ネットワークにおける近接の装置及びサービスの発見 - Google Patents

Abstract

少なくとも３つの基地局を備えた無線ネットワークにおける検索装置は、装置G_i（i≠k）が基地局から信号を受信する信号強度ss(i,j)を決定し、発見される装置がこれらの信号を検索装置G_kに送信するように、それに近接した利用可能な装置及びサービスを特定する位置にある。

Description

本発明は、無線ネットワーク（無線LAN（WLAN））の装置がその近接にある他の装置及びサービスを発見することを可能にする方法に関する。

空間的に境界のある領域内の無線ネットワーク（ローカルエリアネットワーク（LAN）と呼ばれる）は、非常に広い分野で使用されている。応用分野は、例えば複数のコンピュータと複数の周辺装置（プリンタ、スキャナ、プロジェクタ等）とが結合されたコンピュータLANである。これらのLANは例えば企業で広く使用されている。これらのLANは複数のアクセスポイント（AP：Access Point）を有しており、そのアクセスポイントを介して、ユーザがネットワークの携帯用WLAN可能装置に接続でき、例えば企業のメインフレームコンピュータを使用することができる。更に、プリンタ、スキャナ、UHPプロジェクタ等のような一般利用可能な周辺装置の使用は、それらもネットワークに接続され、複数のユーザによりアクセス可能にされることで可能になる。このことは、例えば会議室に周辺装置を固定で設置する可能性を提供し、その会議室では、講演者又は演説者が周辺装置と通信するためにネットワークにラップトップを接続しさえすればよい。

このことは、最も近接した装置が複数の等価な装置から時折選択されなければならないという問題を生じる。例えば、ラップトップを有するユーザが未知のビルでプリンタを探す場合、ユーザは他のビル又は他のフロアに存在し得るプリンタではなく、最も近接したプリンタを見つけることに関心がある。

ネットワーク管理者による対応の事前構成（例えば位置の表示を有する名前のリスト）がなければ、現在の技術は、ユーザ独自の装置に近接したサービスを決定する実現性を提供することができない。無線装置（ネットワークエレメント）が一義的所定のネットワークに割り当てられ得るために、無線装置はネットワークの識別表示を認識するべきであり、或いはネットワークは無線装置の一義的な識別表示に関して割り当てを確保しなければならない。双方の技術は実際に使用されている。

802.11標準のIBSSモードでは、ネットワークの識別表示としてネットワーク名が全ての無線装置に入力される。同じ入力名を有する装置のみが相互に通信することができる。

ネットワークによる構成又はネットワークでの固定の設定の例は、DHCPで提供される。DHCPサーバは、一義的な装置アドレス（MACアドレス）のリストと、IPアドレスの割り当てとを有する。そのMACアドレスについて、新しい装置は、DHCPサーバのリストに存在する限り、IPアドレスを必要とし、そのIPアドレスでネットワークに割り当てられる。

双方の技術は、共通のネットワーク識別表示を用いて、又は割り当てられた装置のリストを要求するネットワークの中央権限を用いて、それぞれ個別の装置においてネットワークへの装置の割り当ての事前構成を必要とする。新しい装置が既存のネットワークに割り当てられる場合、それはネットワーク識別表示を備えなければならず、或いはネットワークは新しい装置の一義的な識別表示を認識していなければならない。一般的にこれらの適合は手動で行われる。

例えばユニバーサル・プラグ・アンド・プレイ（UPnP）のような現在の発見フレームワーク（Discovery Framework）は、ネットワークを介して到達可能又はネットワークで利用可能な装置及びサービスを発見する可能性を提供する。しかし、現在の技術では、装置間の距離について利用可能な情報が存在しないため、近接した装置のみに発見を制限することは不可能である。ユニバーサル・プラグ・アンド・プレイ（UPnP）を用いた検索は、同じネットワークに存在する全ての適当な装置及びサービスを見つける。従って、発見される装置の数は非常に大きくなることがある。ユーザは、見つかった装置のリストで既知の名前を検索することができ、又は装置毎にネットワークから記述ページをダウンロードすることができ、そのページでユーザが装置の位置についての情報を検索することができる。当然のことながら、このことはユーザが環境についての情報を有していることを仮定しており、ユーザの相互作用を必要とする。

装置がその近接にある利用可能な装置及びサービスを特定することを可能にする方法を提供することが本発明の目的である。

WLAN可能携帯用装置と他の装置及びサービスとの間の距離（すなわち、それに対する相対的位置）は、ローカル無線ネットワークで発見される装置が少なくとも３つの基地局と連絡し、基地局から信号を受信し及び検索装置に信号を送信する信号強度を決定したときに、決定及び使用され得ることがわかった。

少なくとも３つの基地局（B_j）を有する無線ネットワークにおいて近接の装置及びサービスを発見する方法を提供することが本発明の目的であり、全ての装置G_i（i≠k）は、基地局B_jから信号を受信する信号強度ss(i,j)を決定し、発見される装置は、これらの信号を検索装置G_kに送信する。

本発明に従った方法により、少なくとも３つの基地局に接続されたWLAN可能装置が他の近接した装置及びそのサービスを発見及び特定することが可能になる。このように、新しい近接に基づく用途が可能になる。更に、本発明に従った方法は、WLANのインフラストラクチャが変更される必要がないという利点を有する。WLAN技術は既に広く使用されているため、本発明に従った方法は、利用可能な装置での使用に直接適用可能である。

本発明に従った方法は、無線モバイル装置を有するユーザが近接したサービスを発見及び使用しようとする場合に特に適している。このようなサービスの例は、プリンタ、プロジェクタ、音楽プレイヤ及び画像サービスである。

ユーザのモバイル装置（以下では“検索装置”とも呼ばれる）とサービスを提供する装置（以下では“発見される装置”とも呼ばれる）との双方は、少なくとも３つの基地局と連絡し、相互に通信することができる同じネットワークに属する。ビル内では、基地局は約100メートルの範囲をカバーすることができる。企業のグラウンドのようなより広い領域は、その領域をカバーする複数の基地局を接続することにより、無線ネットワークでサービス提供可能である。

同じ位置に存在する２つの装置の場合、基地局からこれらの装置により受信された信号の信号強度は実質的に等しい。所定の送信能力の場合には信号強度は装置と関連の基地局との間の距離の関数であるため、信号強度から推定される２つの装置間の距離も実質的に等しい。これらの装置が相互に近くなるにつれて、２つの装置についての距離情報も類似してくる。

本発明に従った方法について、以下の参照符を使用して説明する。

ss(i,j)：装置G_iが基地局B_jから信号を受信するときに[dBm]で測定される信号強度。

r(i,j)：信号強度ss(i,j)から導き出された装置G_iと基地局B_jとの間の[m]での（推定）距離。

σ(i,j)：装置G_jの標準偏差からの装置G_iについて導き出された距離情報の標準偏差。

無線ネットワークでの装置と基地局との間の距離rは、信号強度ssから導き出され得る。2.4GHz帯で動作する無線802.11bネットワークの場合、以下が当てはまる。

この式を用いて、装置G_iと基地局B_jとの間の関連の距離r(i,j)は、信号強度ss(i,j)毎に計算可能である。

２つの装置G_i及びG_j毎に、関連の距離の推定に関する標準偏差σ(i,j)は以下のように決定され得る。

本発明に従った方法により、検索装置G_kは、どの装置G_i（i≠k）がそれに空間的に近接しているかを決定することが可能になる。このため、発見される装置G_i（i≠k）は、基地局B_jから信号を受信し及び検索装置G_kに信号を送信する信号強度ss(i,j)を決定する。

本発明に従った好ましい方法では、検索装置G_kは、信号強度ss(i,j)から全ての発見される装置G_i（i≠k）の距離r(i,j)を計算するために、この情報を利用する。更に、検索装置G_kは、基地局B_jから信号を受信するその独自の信号強度ss(k,j)を決定し、その強度から、基地局B_jまでの距離r(k,j)を計算する。次に、検索装置G_kは標準偏差σ(k,i)を決定することができる。

検索装置G_kは、それぞれの発見される装置G_i（i≠k）に所定の値の標準偏差σ(k,i)を割り当てることができ、その偏差は、装置G_kとG_iとの間の距離の指標である。検索装置G_kがその値をその大きさに従って割り当てる場合、最小の標準偏差を有する装置G_jが、空間的にG_kに最も近い装置である。従って、本発明に従った好ましい方法は、以下のステップで実行される。
−全ての装置G_i（i∈{1,2,...,n}）は、全てのj∈{1,2,...,m}について基地局B_jから信号を受信するその独自の信号強度ss(i,j)を決定する。
−全ての発見される装置G_i（i≠k）は、検索装置G_kにその信号強度ss(i,j)を送信する。
−これらの信号強度から、検索装置G_kは、全てのi∈{1,2,...,n}及び全てのj∈{1,2,...,m}について装置G_iと基地局B_jとの間の距離r(i,j)を決定する。
−次に、検索装置G_kは、全てのi∈{1,2,...,n}、i≠kについて、装置G_kとG_iとの間の距離の指標として、標準偏差σ(k,i)を決定する。
−最小の標準偏差（すなわち、全てのi∈{1,2,...,n}、i≠kについてσ(k,j)≦σ(k,i)）を有する装置G_jが、G_kに空間的に最も近い装置である。

前述の方法により、相対距離が関係する限り、装置が他の装置に割り当てられることが可能になり、空間的に最も近い装置を決定することが可能になる。それは見つかった装置と検索装置との間の距離の絶対範囲についての情報を提供しない。しかし、本発明に従った方法は、同様にこの情報を提供するように補足され得る。この場合、以下の参照符が使用される。

d(i,j)：装置G_iと装置G_jとの間の実際の距離。

d_min(i,j)：装置G_i及びG_kが相互に少なくとも有する距離の下限。

d_max(i,j)：装置G_i及びG_kが相互に最大限有する距離の上限。

２つの装置G_i及びG_k毎に、下限及び上限は相互の距離に対して決定され得る。

実際の距離については以下が当てはまる。

例えば、これは、装置G_kが例えば10メートルより遠く離れていない装置G_iのみに関心がある場合に利用され得る。

このため、装置G_kは、他の全ての装置G_i（i≠k）（特に発見される装置）の下限d_min(k,i)を計算する。如何なる場合においても、d_min(k,i)＞10mの装置G_iは、G_kから10mより遠く離れており、そのため、更なる検索では装置G_kによりもはや考慮されない。

他の全ての装置G_i（特に発見される装置）（すなわち、d_min(k,i)≦10mの全ての装置）について、装置G_kは上限d_max(k,i)を計算する。如何なる場合においても、d_max(k,i)≦10mの装置G_iは、G_kから10mより遠く離れておらず、これらの装置のみが装置G_kにより更に考慮される。

装置G_kは、残りの装置G_i（すなわち、d_min(k,i)≦10m且つd_max(k,i)≦10mの全ての装置）の標準偏差σ(k,i)から最大値σ_maxを計算する。このように決定された値σ_maxは、確実に装置G_kから10mより遠く離れていない装置に属するものとして装置G_kに認識されている最大の標準偏差である。

σ_maxより大きくない標準偏差を有する全ての装置（すなわち、σ(k,p)≦σ_maxの全ての装置G_p）は、G_kから10mより遠く離れていない。

要約すると、本発明に従った方法は、検索装置G_kが発見される装置G_i（i≠k）の下限及び上限d_min(k,i)及びd_max(k,i)を計算し、装置の距離の絶対範囲を決定するためにこれらの値を利用するという点で好ましい。

前述のように、本発明に従った方法は、少なくとも３つの基地局を必要とする。本発明に従った方法の精度は、基地局の数と共に増加する。その理由は、より正確に計算可能な標準偏差を計算するための、より多くのデータが利用可能であるからである。

本発明に従った好ましい方法では、無線ネットワークは、少なくとも４つの基地局（B_j）、好ましくは少なくとも５つの基地局（B_j）、特に好ましくは少なくとも６つの基地局（B_j）、特に少なくとも７つの基地局（B_j）を有する。

本発明に従った方法の精度はまた、発見される装置G_iにより検索装置G_kに送信された信号強度についての情報量が向上すると、更なる基地局がなくても増加し得る。これは、最後に測定された信号強度が考慮されるだけではないことで実現され得る。その最後に測定された信号強度は誤った値を有するリスクを有することがある。本発明に従った好ましい実施例では、発見される装置G_iのそれぞれ又は全ては、所定の期間内に測定された信号強度ss(i,j)から平均値を作り、距離を計算するために平均値を使用する検索装置G_kにこの平均値を送信する。

本発明に従った好ましい実施例では、発見される装置G_iが信号強度ss(i,j)を平均化する期間は2〜60秒、好ましくは5〜40秒、特に8〜20秒である。

発見される装置が分離したデータ量をそれほど長く待つ必要がないように、これらの装置がその情報を定期的に送信することが推奨される。本発明に従った好ましい実施例では、装置G_i（i≠k）がその信号強度（好ましくは平均信号強度）ss(i,j)を検索装置G_kに送信する繰り返し周波数は、0.1〜50Hz、好ましくは0.25〜25Hz、特に好ましくは0.5〜20Hz、特に1〜10Hzである。

前述の方法では、検索装置のユーザは、その近接にある発見される装置のリストを取得する。ユーザの希望のサービスがその近接にあるか否かを見つけるために、本発明に従った方法は、発見フレームワーク（Discovery Framework）を用いて、好ましくはユニバーサル・プラグ・アンド・プレイ（UPnP）を用いて、検索装置G_kが発見される装置G_i（i≠k）のサービスにアクセス可能であるように実行され得る。

その方法の変形形態では、検索装置は、それに近接した少なくとも１つの装置を発見した後に、発見した装置の間でUPnP検索を開始する。UPnPは、検索装置が他の装置により提供されているサービスを見つけて使用できることを確保する。ユーザは、その近接にある適切なサービスについて通知され得る。

本発明に従った好ましい実施例では、検索装置G_kは、発見される装置G_i（i≠k）の間でユニバーサル・プラグ・アンド・プレイ（UPnP）検索を用いて所望のサービスを提供する装置を見つける。

その方法の変形形態はまた、最初に全ての近接の装置が見つけられ、これらの装置の間で適切なサービスが検索されるように実行され得る。代替として、適切なサービスを提供し、空間的に最も近接した装置の間で、適切なサービス及び検索の検索要求を開始することも可能である。従って、検索要求に対する応答の場合に、それぞれの発見される装置G_i（i≠k）が無線で近接した基地局B_jに信号強度ss(i,j)についての情報を追加するような本発明に従った方法が好ましい。

この情報により、前述の方法で、検索装置が空間的に近接した装置及びサービスを決定することが可能になる。

Claims (10)

1. 少なくとも３つの基地局を有する無線ネットワークにおいて、近接の装置及びサービスを発見する方法であって、
   全ての装置は、前記基地局から信号を受信する信号強度を決定し、
   発見される装置は、前記信号を検索装置に送信する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記検索装置は、前記信号強度から全ての発見される装置の距離を計算し、標準偏差を決定する方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、
   前記検索装置は、発見される装置の下限及び上限を計算し、前記装置の距離の絶対範囲を決定するためにこれらの値を利用する方法。
4. 請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の方法であって、
   前記無線ネットワークは、少なくとも４つの基地局、好ましくは少なくとも５つの基地局、特に好ましくは少なくとも６つの基地局、特に少なくとも７つの基地局を有する方法。
5. 請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の方法であって、
   全ての発見される装置は、所定の期間内に測定された信号強度から平均値を作り、距離を計算するために平均値を使用する検索装置に前記平均値を送信する方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、
   前記期間は、2〜60秒、好ましくは5〜40秒、特に8〜20秒である方法。
7. 請求項５又は６に記載の方法であって、
   前記発見される装置がその信号強度、好ましくは平均信号強度を前記検索装置に送信する繰り返し周波数は、0.1〜50Hz、好ましくは0.25〜25Hz、特に好ましくは0.5〜20Hz、特に1〜10Hzである方法。
8. 請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載の方法であって、
   発見フレームワークを用いて、好ましくはユニバーサル・プラグ・アンド・プレイを用いて、前記検索装置が前記発見される装置のサービスにアクセス可能である方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、
   前記検索装置は、前記発見される装置の間でユニバーサル・プラグ・アンド・プレイ検索を用いて所望のサービスを提供する装置を見つける方法。
10. 請求項８又は９に記載の方法であって、
    検索要求に対する応答の場合に、それぞれの発見される装置は、無線で近接した基地局に前記信号強度についての情報を追加する方法。