JP2009536808A

JP2009536808A - Ｗｌａｎ測位システムにおいてユーザ移動の属性を推定する方法およびシステム

Info

Publication number: JP2009536808A
Application number: JP2009510097A
Authority: JP
Inventors: アリザデシャブディズ，ファーシッド; パーラバン，ケイベー
Original assignee: スカイフックワイヤレス，インク．
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2009-10-15
Also published as: CA2651853C; EP2022278A4; CA2651853A1; WO2007133967A2; US8155673B2; US9052378B2; EP2022278B1; ES2471127T3; EP2022278A2; US20120196621A1; US20090154371A1; WO2007133967A3; KR20090008465A; US20110164522A1; US7515578B2; US20070258421A1; US7916661B2

Abstract

【課題】
ＷＬＡＮ位置情報サービスでＷＬＡＮ（例えばＷｉ−Ｆｉ）アクセスポイントの電波伝播特性を用いて位置を推定する方法およびシステムを提供する。
【解決手段】
ＷＬＡＮ位置情報サービスでＷＬＡＮアクセスポイントの電波伝播特性を用いて位置を推定する方法を提供する。位置情報サービスシステムは対象エリア内に複数のＷｉ−Ｆｉアクセスポイントを有する。Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントは地理的位置に配置され、信号カバレッジエリアを有する。Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの少なくとも１つを特徴付ける方法は、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの地理的位置を割り出すことと、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの信号カバレッジエリアを少なくとも１つのセクションに分割することと、各セクションの電波伝播特性を割り出すことと、を備える。各セクションの電波伝播特性はＷｉ−Ｆｉアクセスポイントの無線チャネルを特徴付け、その特徴は位置測定アルゴリズムに使用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的には測位システム、より具体的にはＷＬＡＮ測位システムにおいてＷＬＡＮアクセスポイントの電波伝播特性を用いてユーザ移動の属性（例えば位置、速度、方向）を推定する方法およびシステムに関する。

位置判定はナビゲーションシステムや位置情報サービス（ＬＢＳ）の主要な要素である。近年のＷＬＡＮアクセスポイントの急増により、ＷＬＡＮ電波はいたるところに広がっている。このためほとんどの場所で、特に市街地では、ＷＬＡＮ電波を検出する可能性が高い。ＷＬＡＮの急増とほとんどの場所でＷＬＡＮ電波が見つかるという事実とを受けて、屋内・屋外用大都市測位システムにこのＷＬＡＮ電波を活用しようという考えが生まれた。大都市ＷＬＡＮ測位システムでは、ＷＬＡＮアクセスポイントの位置が基準点として使用され、ＷＬＡＮアクセスポイントの受信信号強度（ＲＳＳ）が、エンドユーザが随時検出するＷＬＡＮアクセスポイントから当該ユーザまでの距離の指標として使用される。ＷＬＡＮアクセスポイントからエンドユーザまでの距離を知ることによってエンドユーザの位置を割り出すことができる。受信機受信信号強度を距離に変換するには、具体的な無線チャネルモデルを仮定することに依拠することとなる。理想的には、無線チャネルモデルが正確に分かれば、エンドユーザからＷＬＡＮアクセスポイントまでの正確な距離を求めることができる。

これまでいくつかの研究所でＷＬＡＮ方式の屋外・屋内測位システムの研究が行われてきたが、それらのシステムにはいずれも速度と方位の推定が盛り込まれていなかった。ＰｌａｃｅＬａｂ（ｗｗｗ．ｐｌａｃｅｌａｂ．ｃｏｍ、ＭｉｃｒｏｓｏｆｔとＩｎｔｅｌが後援するプロジェクト）と、カリフォルニア大学サンディエゴ校ＡｃｔｉｖｅＣａｍｐｕｓプロジェクト（ＡｃｔｉｖｅＣａｍｐｕｓ−モバイル技術による教育社会の持続、技術報告書第ＣＳ２００２−０７１４号（ActiveCampus-Sustaining Educational Communities through Mobile Technology,technical report#CS2002-0714））と、ＭＩＴ学内位置情報システムはこの分野で最も重要な研究努力であり、ダートマス大学の小規模プロジェクト（例えば、Ｍ．Ｋｉｍ，ＪＪ．Ｆｉｅｌｄｉｎｇ，ａｎｄＤ．Ｋｏｔｚ，「ウォードライビングによって判明したアクセスポイント位置使用の危険（Risks of using AP locations discovered through war driving）」等）で評価が行われた。

屋内測位に的を絞ったＷｉ−Ｆｉ位置情報システム商品ならいくつかある。（例えば、スマート環境に向けて：位置測定のための実現技術、２００５年５月、パーベイシブ２００５における位置・位置関係認識に関する国際会議（ＬｏＣＡ２００５）議事録（Kavitha Muthukrishnan,Maria Lijding,Paul Havinga,Towards Smart Surroundings:Enabling Techniques and Technologies for Localization,Proceedings of the International Workshop on Location and Context-Awareness (LoCA 2005) at Pervasive 2005,May 2005）、ならびにＨａｚａｓ，Ｍ．，Ｓｃｏｔｔ，Ｊ．，Ｋｒｕｍｍ，Ｊ．：位置認識コンピューティング時代の到来、ＩＥＥＥコンピュータ（Location-Aware Computing Comes of Age.IEEE Computer），３７（２）：９５〜９７，Ｆｅｂ２００４００５，Ｐａ００５，３５０〜３６２ページを参照。）これらのシステムは、企業用地、病院施設、船積み作業場等、管理された環境の中で資産と人を追跡するためのものである。病院の中で緊急用カートの正確な位置を監視することができ、心停止が発生した場合に病院職員がカート探しに時間を浪費せずにすむシステムはその典型例である。これらの使用事例には非常に高い精度が求められ、通常は１〜３メートルの精度が要求される。

これらのシステムでは、用地における１平方フィート単位の詳しい実地調査を行って無線信号伝播を測定する等、様々な手法を用いて精度を微調整する。また、これらのシステムでアクセスポイントとクライアント無線器がＡ−ＧＰＳの動作と同じように同期情報をやり取りするには常時ネットワーク接続が必要となる。これらのシステムは屋内での使用事例で信頼性を高めつつあるが、広域展開では効果を発揮しない。都市全体にわたってこの種の詳しい実地調査を行うことは不可能であり、大都市全域で、これらのシステムによって要求される程度まで８０２．１１アクセスポイントとの常時通信チャネルに頼ることはできない。最も重要なこととして、屋外の電波伝播は屋内の電波伝播と根本的に異なることから、これらの屋内測位アルゴリズムは、広域状況ではほとんど役に立たない。屋内ＷＬＡＮ方式測位システムの要求精度で無線チャネルモデルを運用するのは困難であり、これはその方面での研究課題とされている。加えて、ＷＬＡＮに基づくこれまでの測位システムでアクセスポイントを区別するものは皆無であり、現在の方法では全てのＷＬＡＮアクセスポイントが同じ扱いになる。

図１はＷｉ−Ｆｉ測位システム（ＷＰＳ）を示す。この測位システムの測位ソフトウェア［１０３］は計算装置［１０１］に存在する。ある特定のカバレッジエリアの中には固定無線アクセスポイント［１０２］があって、それらは制御／共通チャネルブロードキャスト信号を使って情報をブロードキャストする。クライアント装置は、ブロードキャスト信号を監視するか、プローブリクエストによってその伝送を要求する。それぞれのアクセスポイントは、ＭＡＣアドレスとして知られる一意なハードウェア識別子を持つ。クライアント測位ソフトウェアはレンジ内の８０２．１１アクセスポイントから信号ビーコンを受信し、信号ビーコンの特性を基に計算装置の地理的位置を計算する。それらの特性は、ＭＡＣアドレスとして知られる８０２．１１アクセスポイントの一意な識別子と、クライアント装置に達する信号の強度とを含む。クライアントソフトウェアは、観察される８０２．１１アクセスポイントを、アクセスポイントの基準データベース［１０４］の中にあるアクセスポイントと比較するが、この基準データベースは装置に存在する場合と存在しない場合とがある。基準データベースは、算出された地理的位置を格納するほか、収集システムによって収集された全アクセスポイントの電力プロファイルを格納する。この電力プロファイルは、様々な位置からの信号の電力を表す測定値の集合から作ることができる。クライアントソフトウェアはこれらの既知の位置を基にユーザ装置［１０１］の相対的位置を計算し、その地理座標を緯度および経度の測定値の形で割り出す。これらの測定値は、フレンドファインダ、ローカル検索ウェブサイト、フリート管理システム、Ｅ９１１サービス等の位置情報アプリケーションへ供給される。

そこで、本発明は前記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ＷＬＡＮ位置情報サービスでＷＬＡＮ（例えばＷｉ−Ｆｉ）アクセスポイントの電波伝播特性を用いて位置を推定する方法およびシステムを提供する。

本発明は、ＷＬＡＮ位置情報サービスでＷＬＡＮ（例えばＷｉ−Ｆｉ）アクセスポイントの電波伝播特性を用いて位置を推定する方法およびシステムを提供する。

無線チャネルモデルに基づいてＷＬＡＮアクセスポイントを分類する本発明の態様ではどんなチャネルモデルでも使用でき、本発明は特定のチャネルモデルに依存しない。

本発明の一態様において、位置情報サービスシステムは対象エリア内に複数のＷｉ−Ｆｉアクセスポイントを有する。Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントは地理的位置に配置され、信号カバレッジエリアを有する。Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの少なくとも１つを特徴付ける方法は、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの地理的位置を割り出すことと、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの信号カバレッジエリアを少なくとも１つのセクションに分割することと、各セクションの電波伝播特性を割り出すことと、を備える。各セクションの電波伝播特性はＷｉ−Ｆｉアクセスポイントの無線チャネルを特徴付け、その特徴は位置測定アルゴリズムに使用できる。

本発明の別の態様においては、信号カバレッジエリアが１つのセクションとして特徴付けられる。

本発明の別の態様においては、信号カバレッジが複数のセクションに分割される。いくつかの実施形態においては、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントから外向きに発せられる輻射によってセクションが形成される。さらなる実施形態においては、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントからの距離に基づいてセクションが形成される。さらなる実施形態においては、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントからの輻射と距離の両方に基づいてセクションが形成される。

本発明の別の態様においては、信号カバレッジエリアの中で複数の受信信号電力値が測定される。それぞれの受信信号電力値は、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントに相対する関連地点で測定される。セクションは複数の受信信号電力値と関連地点とに基づいて割り出される。

本発明の別の態様において、電波伝播特性は信号電力−距離勾配を含む。

本発明の別の態様においては、信号カバレッジエリアの中で前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントに相対する関連地点で複数の受信信号電力値を測定することにより、複数の受信信号電力値と関連地点とに対し線形回帰を実行することにより、そして線形回帰で割り出した傾斜を用いて信号電力−距離勾配を計算することにより、各セクションの信号電力−距離勾配が割り出される。

本発明の別の態様においては、信号カバレッジエリアの中で前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントに相対する関連地点で複数の受信信号電力値を測定することにより、各セクションの信号電力−距離勾配が割り出される。それぞれの信号電力値に対応する距離を計算し、この距離は、信号電力値の関連地点からＷｉ−Ｆｉアクセスポイントの地理的位置までが測定される。距離の標準偏差を用いて信号カバレッジの平均半径が推定され、この信号カバレッジの平均半径を用いて信号電力−距離勾配を計算する。

本発明の別の態様においては、前記Ｗｉ−Ｆｉ対応装置がレンジ内のＷｉ−Ｆｉアクセスポイントと通信してＷｉ−Ｆｉアクセスポイントに信号を送信させることによってＷｉ−Ｆｉ対応装置の位置が推定される。Ｗｉ−Ｆｉ対応装置はＷｉ−Ｆｉアクセスポイントから送信される信号を受信し、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントを識別する。Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの算出位置と推定電波伝播特性は、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイント識別子を用いて基準データベースから取得される。算出位置と推定電波伝播特性とを用いてＷｉ−Ｆｉ対応装置の位置を推定する。

本発明の実施形態は、ＷＬＡＮ方式測位システムの電波伝播特性に基づいてＷＬＡＮアクセスポイントを分類し、位置、速度、および方位推定の精度を上げる方法を提供する。いくつかの実施形態においては、カバレッジエリアにおけるＲＳＳサンプルに基づいてＷＬＡＮアクセスポイントの電波伝播特性が推定される。例えば、少なくとも１つのＷＬＡＮアクセスポイントで１つ以上の信号電力−距離勾配を求めることによって電波伝播特性を求めることができる。

空間と時間の次元における受信信号強度（ＲＳＳ）の変動は様々な物理的現象によって左右される。ＲＳＳの変動は高速フェージングか低速フェージングのいずれかに分類される。ここで開示する手法はＲＳＳの低速フェージング特性の推定に焦点を当てるものであり、推定品質の評価と推定の定量化も行う。

本発明の実施形態は、いずれも２００５年１０月２８日に提出された、表題「位置ビーコンデータベース（Location Beacon Database）の米国特許出願第１１／２６１，８４８号と、表題「位置ビーコンデータベースを更新するサーバ（Server for Updating Location Beacon Database）」の米国特許出願第１１／２６１，８９８号と、表題「位置ビーコンデータベースを構築する方法およびシステム（Method and Systems for Building a Location Beacon Database）」の米国特許出願第１１／２６１，９８７号と、表題「ユーザ装置のレンジ内で検出されるアクセスポイント数に基づいて位置測定アルゴリズムを選択する位置情報サービス（Location-Based Services that Choose Location Algorithms Based on Number of Detected Access Points Within Range of User Device）」の米国特許出願第１１／２６１，９８８号とを含むがこれらに限定されない、先に提出された出願で開示された手法、システム、および方法を基礎とし、これらの内容はここで参照により全文を援用する。これらの出願では、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの上質な位置データを収集し、かかるデータを用いて位置情報サービスを利用するＷｉ−Ｆｉ対応装置の地理的位置を割り出す具体的方法と、前記位置データを使ってシステムユーザの位置を推定する手法が教示されている。ただしここでの手法は、援用する特許出願で開示されたシステムおよび方法に限定されない。したがって、かかるシステムおよび出願を参照すると役に立つこともあるが、本実施形態または発明を理解するにあたって不可欠とは考えられない。

図２は、ＷＬＡＮ方式測位システムでＷＬＡＮアクセスポイントの信号電力−距離勾配を推定することによってＷＬＡＮアクセスポイントの電波伝播特性をつかむ本発明の実施形態の一例を示す。信号電力−距離勾配はＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアを使って求めることができる。最小ＲＳＳ［２０４］はスキャナの感度によって制限される。これに対し、最大送信電力はＷｉ−Ｆｉ規格の一部と定義されていることから、最大ＲＳＳ［２０３］はどのＷＬＡＮアクセスポイントでも同じと仮定できる。したがって、ＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアは当該ＷＬＡＮアクセスポイントの信号電力−距離勾配に直接関係する。

図２は、アクセスポイントからのＲＳＳサンプルの距離（ｄＢ単位）［２０６］との対比でＲＳＳ電力（ｄＢ単位）［２０５］を描いたグラフ上の点としてＲＳＳサンプル［２０１］を表している。信号電力−距離勾配αはＲＳＳサンプル点［２０１］に線［２０２］を当てはめることによって割り出すことができ、この線の傾斜が信号電力−距離勾配に相当する。本発明の実施形態によるＷＬＡＮ方式測位システムは公共・私用ＷＬＡＮアクセスポイントの電波を使ってユーザの位置を継続的に推定することから、本発明の態様は、標準値ではなく各ＷＬＡＮアクセスポイントの電波伝播特性を使って位置推定の精度を上げる。

本発明の別の実施形態ではＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアをセクタに分割し、セクタごとに電波伝播特性を割り出し、例えばセクタごとに信号電力−距離勾配を求める。例えば大都市圏では、アクセスポイントの電波伝播特性はそのカバレッジエリア全体にわたって相称ではなく、つまり特性は方向によって異なる。本発明の実施形態においては、ＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジが全ての方向で相称でなければ、その３６０度カバレッジエリアを複数のセクタに分割する。セクタは、ＷＬＡＮアクセスポイントの推定位置から発せられる輻射に従って分割できる。

簡潔を図るため、セクタは同じ軸、例えば北方向から参照できる。それぞれの方向でＷＬＡＮアクセスポイントの電波伝播特性を求める必要があることから、各セクタには十分なＲＳＳサンプルが必要である。セクタ数は、ＲＳＳ電力サンプル数の統計と分布に基づいて割り出すことができる。セクタ数が増えればより小さなセクタの中で平均化が行われるため、電波伝播特性の分解能は増す。ただし、電波伝播特性、例えば電力距離勾配を各セクタで正確に推定するには、十分なＲＳＳサンプルが条件となる。

図３は、カバレッジエリアが４つのセクタ［３０１］に分割されたＷＬＡＮアクセスポイント［３０２］の一例を示す。セクタ数はＷＬＡＮアクセスポイントごとに異なり、ＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアにおけるＲＳＳサンプルの数とＲＳＳサンプルの分布に基づき、ＷＬＡＮアクセスポイントごとに個別に選択される。例えば大都市ＷＬＡＮ方式測位システムで、ある特定のＷＬＡＮアクセスポイントのＲＳＳサンプルが不均一なら、比較的少数のセクタはそのＷＬＡＮアクセスポイントに使用されることになる。ＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアから抽出したＲＳＳサンプルの電波伝播特性、例えば信号電力−距離勾配が方向によって異なるなら、そのＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアは多数のセクタに分割される。

例えばＷＬＡＮアクセスポイントの片側が野外エリアに面し、反対側が住宅エリアに面するなら、そのカバレッジエリアを２つのセクタに分割し、セクタごとに電波伝播特性を割り出すことができる。少なくとも１つの実施形態において、一般的な大都市測位システムの場合に実用的な最大セクタ数は４〜６セクタの範囲であり、これよりも多くのセクタ数でセクタを区別してもさほど有意義でない。最小セクタ数は１でもよく、これは例えば、カバレッジエリア全体で使用される信号電力−距離勾配が１つになることを意味する。

セクタ数を選択したら、セクタごとに電波伝播特性を計算する必要がある。なお、ある１つのセクタのＲＳＳサンプル数が同セクタにおける電波伝播特性を推定するにあたって十分でなければ、近接セクタの特性の平均を使用することもできる。

本発明の一実施形態においては、区分的線形推定によってＷＬＡＮアクセスポイントの電波伝播特性を提示できる。それには、ＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアを複数の層に分割し、層ごとに電波伝播特性を求める。この方法を用いて、例えばＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアが屋内環境と屋外環境とからなる場合に、ＲＳＳ電力−距離変換の精度を上げることができる。従って、このアプローチを用いれば、各層の信号電力−距離勾配を推定することによって屋内と屋外の電波伝播特性を別々につかむことができる。

図４は、ＷＬＡＮアクセスポイントのＲＳＳサンプル例を示すものであり、ここではアクセスポイントの近傍と遠距離とにそれぞれ用いる２つの信号電力−距離勾配値でＲＳＳサンプルを明示できる。図４では、ＲＳＳ電力［４０５］とＷＬＡＮアクセスポイントからの距離［４０６］との対比でＲＳＳサンプルが描かれている。最小スキャナ感度［４０４］と最大ＲＳＳ値［４０３］も示してある。ＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアは、必要に応じて複数の層に分割される。例えば、ＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアが部分的に屋内で部分的に屋外であることが分かっている場合がこれにあたる。あるいは、ＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアを特徴付けるにあたって多層アプローチを用いる必要があるかどうかを、ＲＳＳサンプルを観察して判断することもできる。第１のＲＳＳサンプル群［４０１］と第２のＲＳＳサンプル群［４０２］の傾斜の違いが示すように、ＲＳＳサンプル電力値の平均的減衰における急激な変動は環境の変化を意味する。有用層数は２であることは判明している。

図５は、カバレッジエリアをセクタと層の組み合わせに分割する実施形態を示す。この場合はＷＬＡＮアクセスポイント［５０１］のカバレッジエリアを複数のセクタ［５０２］に分割し、各セクタをさらに複数の層［５０３］に分割することによって複数のセクション［５０４］を形成できる。ＷＬＡＮアクセスポイントが基準データベース［１０４］に蓄積されるときに、セクタおよび層の数と、対応する電波伝播特性は各ＷＬＡＮアクセスポイントの属性の一部とみなされ、これらの属性はエンドユーザによって取得され、ユーザ位置の推定に使用される。

本発明の一実施形態においては、各セクタの信号電力−距離勾配を用いてＷＬＡＮアクセスポイントの電波伝播特性を推定でき、この信号電力−距離勾配は所定のエリアにおけるＲＳＳサンプルに基づいて求められる。信号電力−距離勾配を求める１つのアプローチは、図２との関係で上述したとおり、電力（ｄＢ単位）と距離（ｄＢ）との相関でＲＳＳサンプルに線を当てはめるものである。この方法では、大都市屋内・屋外ＷＬＡＮ測位システムにおける電力変動のため、典型的な大都市環境の典型的なＲＳＳサンプル数で精度が落ちることがある。

本発明の一態様においては、信号電力−距離勾配を求める新しいアプローチが開示され、ＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアの平均半径を計算し、信号電力−距離勾配の推定に用いる。信号電力−距離勾配はＷＬＡＮアクセスポイントからの距離に対するＲＳＳ電力の比であることから、カバレッジエリアの平均半径は信号電力−距離勾配の指標として使用できる。再び図２を参照すると、最小電力はスキャナの感度によって決まり、最大電力はアクセスポイントの最大送信電力であることから、最小ＲＳＳ［２０４］に対応する点と最大ＲＳＳ［２０３］対応する点を検討すると、最小電力点と最大電力点との電力差は、どのアクセスポイントでも同じになる。系統的なスキャンでＲＳＳサンプルを収集するスキャナの感度はほぼ同じであり、最大送信電力は、例えばＷＬＡＮアクセスポイントのそれはＦＣＣによって制限され、どのアクセスポイントでも同じと仮定できる。したがって、カバレッジエリアの半径は信号電力−距離勾配値に直接左右される。

換言すると、スキャナで検出できる最小ＲＳＳ［２０４］はスキャナ受信機の感度によって制限される。したがって、信号電力−距離勾配値はＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアの半径に直接影響する。受信機感度はＲＳＳサンプルを収集するどのスキャン装置でも同じであることから、図２に示すとおり、ＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアの半径は、信号電力−距離勾配値の指標として使用できる。

ＷＬＡＮアクセスポイントのカバレッジエリアの半径を求め、ＲＳＳ電力測定値、ひいてはカバレッジに対する高速フェージングの影響を回避するために、カバレッジエリアの絶対半径の代わりにカバレッジエリアの半径の標準偏差を使用する。換言すると、カバレッジエリアの半径の絶対値はカバレッジエリアの端部における限られた数の測定値に依拠するものだが、総ＲＳＳサンプル数に基づいて計算される標準偏差は、カバレッジエリアの端部における電力変動の影響を抑えつつ、カバレッジエリアのサイズを示す。

図６は、アクセスポイント［６０１］のカバレッジエリアと電力分布［６０４］を電力測定値の緯度［６０２］および経度［６０３］との関係で示す。アクセスポイント［６０１］の位置を基準とするＲＳＳサンプルの標準偏差は、カバレッジの平均半径に直接相関する。

カバレッジエリアを複数のセクションに分割せず、エリア全体を１つのエリアとして考える場合は、アクセスポイントをとりまく全ＲＳＳ測定値に基づいて標準偏差を計算する。アクセスポイントの総ＲＳＳサンプル数をＮで表し、ＲＳＳサンプルｉの緯度および経度を（ｌａｔ_ｉ，ｌｏｎｇ_ｉ）で表すと、カバレッジエリアの半径の標準偏差σは次のとおりに計算する。

式中

変数ｄ_ｘｉおよびｄ_ｙｉは、デカルト座標のＸおよびＹ方向におけるＷＬＡＮアクセスポイントからの電力サンプルの距離である。標準偏差計算は次のとおりに簡略化できる。

式中

この式の（ｌａｔ，ｌｏｎｇ）は、ＷＬＡＮアクセスポイントの算出位置である。カバレッジの平均半径はデカルト位置表示に基づいて計算する。カバレッジ半径の計算も、緯度および経度をデカルト座標に変換せずに検討することによって簡略化できる。カバレッジエリアが複数のセクタに分割される場合は、ＷＬＡＮアクセスポイントからのＲＳＳサンプルの距離に基づいて標準偏差を計算し、これを一次元とみなすことができる。したがって標準偏差は次のとおりに計算する。

式中ｄ_ｉは、ＷＬＡＮアクセスポイントからの電力サンプルｉの距離である。

カバレッジエリアの半径の標準偏差は次式を用いて信号電力−距離勾配に変換される。

式中α_ｍｉｎおよびα_ｍａｘは信号電力−距離勾配の最小および最大値であり、σ_ｍｉｎおよびσ_ｍａｘはＷＬＡＮアクセスポイントカバレッジの最小および最大閾値である。α_ｍｉｎとα_ｍａｘの値は、ＷＬＡＮ装置の動作環境に左右される。以下は、大都市ＷＬＡＮ方式測位システムで有用な最小および最大信号電力−距離勾配値の一例である。
α_ｍｉｎ＝２
α_ｍａｘ＝６
この場合、αの最大値は市街地の典型的最大値である。

標準偏差の最小および最大値は、ＷＬＡＮアクセスポイントの典型的最小および最大半径に基づいて求め、これは実験的に求めることができる。ＷＬＡＮＡＰカバレッジの有用最小および最大半径はそれぞれ６０および７００メートルである。カバレッジをファイブシグマ値と考えれば、最小および最大シグマ値を計算できる。

多層アプローチで各層の境界を求めた後には、図２との関係で上述した方法を用いて各層の中でＲＳＳサンプルに線を当てはめることによって各層の信号電力−距離勾配を求めることができる。カバレッジエリア全体の場合と違って層ごとの最小および最大電力値は不明であることから、標準偏差アプローチを使うことはできない。図４は多層アクセスポイントの一例を示すものであり、第１の群［４０１］に属すると考えられるいくつかのＲＳＳサンプルが実際には第２の群［４０２］に属することもあるため、第１のＲＳＳサンプル群［４０１］および第２のＲＳＳサンプル群からの正確な遷移点が不明であることを例証している。標準偏差アプローチを用いてこの遷移点を推定すると誤差が生じる。

本発明の実施形態によると、ユーザは、各ＷＬＡＮアクセスポイントの信号電力−距離勾配を基にレンジ内の各ＷＬＡＮアクセスポイントまでの距離を求め、最終的には自身の位置を特定する。距離は、信号電力−距離勾配を次式に用いて求めることができる。

表記Ｐ_ＲＳＳはＷＬＡＮアクセスポイントからのワット数による受信電力であり、Ｋは他の全てのパラメータを集約する定数である。ｄの値は、Ｋが１に等しいと仮定することにより、精度を犠牲にすることなくＫまで正規化できる。Ｋが１に等しいと仮定することは距離測定の尺度を変更することと同じであり、これは全てのアクセスポイントで同じにできることから、Ｋの正規化は位置推定の精度に影響しない。

本発明の態様ではアクセスポイントの位置（ｌａｔ，ｌｏｎｇ）を計算できる。アクセスポイントの正確な位置が不明である場合でも、ＲＳＳサンプルとそれらの位置を基にアクセスポイントの位置を推定できる。例えばアクセスポイントの位置は、次のとおり電力測定値の中心を求めることによって求めることができる。

式中、総電力サンプル数はＮに等しい。

位置情報システム全ＷＬＡＮアクセスポイントに対して１組の特性を使う代わりに各アクセスポイントに固有の電波伝播特性をつかむことにより、ＷＬＡＮ方式測位システムにおける位置、移動速度、および移動方向推定の精度は上がる。測位アルゴリズムの一例を以下に示す。この例は、本発明の実施形態に従って推定された信号電力−距離勾配を使用した場合を例証するものであり、アクセスポイントからユーザまでの距離に応じて重み付けした三角測量アルゴリズムである。

ユーザがＲＳＳ値Ｐ_ｉと、信号電力−距離勾配α_ｉと、緯度ｌａｔ_ｉと、経度ｌｏｎｇ_ｉとによりＮ個のアクセスポイントを検出したら、アクセスポイントまでのユーザの距離を次のとおりに計算する。

ユーザの緯度および経度Ｕ_ｌａｔおよびＵ_ｌｏｎｇは次のとおりに求めることができる。

本発明の別の態様では、エンドユーザによるＲＳＳ測定値を正規化でき、ＲＳＳ電力測定値を基に電波伝播特性の適正値、例えば多層アプローチの場合の信号電力−距離勾配を選ぶことができる。カバレッジエリアの区分的線形推定によりカバレッジエリアが複数の層に分割される場合、ユーザは自身が位置する層がどれかを判断することができなくてはならず、さらには電波伝播特性を使用しなければならない。この場合は、異なるハードウェアと異なるＷｉ−Ｆｉ受信機実装でＲＳＳ電力測定値を正規化する必要がある。ＲＳＳ電力測定値を正規化するには、ユーザ装置の最小および最大電力感度を、基準データベース［１０４］へのデータ供給に使用するスキャナの電力ダイナミックレンジに対応付ける。

基準データベースへのデータ供給に使用するスキャナが標準電力ダイナミックレンジを持たない場合は、同じ正規化方法を用いて、異なるスキャン装置の個々のダイナミックレンジを標準ダイナミックレンジに対応付けることができる。したがって、ハードウェアがスキャナによって異なる場合は、この方法をＷＬＡＮ測位システムに用いることができる。この場合は、電力測定値の最小および最大値を選択することによって電力の標準ダイナミックレンジが選択され、異なる装置の測定値はどれもこのレンジに対応付けられる。

例えば、標準の最小電力値と最大電力値がそれぞれ−１００ｄＢｍと−４０ｄＢｍとに設定され、ユーザ装置の最小および最大範囲が−９０ｄＢｍと−６０ｄＢｍとの間であれば、ユーザの電力測定値は次のとおりに正規化される。

本発明の範囲は上述した実施形態に限定されず、むしろ添付の請求項によって定められ、これまで説明した内容に対する改変と改良がこれらの請求項に含まれることは理解されよう。

Ｗｉ−Ｆｉ測位システムの特定の実施形態を示す。本発明の特定の実施形態によるＲＳＳサンプルへの線の当てはめを示し、例示的アクセスポイントカバレッジエリアを定義する。本発明の特定の実施形態によるアクセスポイントカバレッジエリアのセクタ分割を示す。本発明の特定の実施形態に従い複数の電力距離勾配によって特徴付けられたアクセスポイントカバレッジエリアを示す。本発明の特定の実施形態に従い複数のセクタと層とに分割されたアクセスポイントカバレッジエリアを示す。本発明の特定の実施形態に従い二次元平面でカバレッジエリアの半径を特定するＲＳＳサンプル統計を示す。

Claims

対象エリア内に複数のＷｉ−Ｆｉアクセスポイントを有する位置情報サービスシステムにおいて、前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントは地理的位置に配置されて信号カバレッジエリアを有し、前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの少なくとも１つを特徴付ける方法であって、
前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの前記地理的位置を割り出すことと、
前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの前記信号カバレッジエリアを少なくとも１つのセクションに分割することと、
各セクションの電波伝播特性を割り出すことと、
を備え、
各セクションの前記電波伝播特性は前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの無線チャネルを特徴付け、前記特徴は位置測定アルゴリズムで使用できる、方法。
前記信号カバレッジエリアは１つのセクションである、請求項１に記載の方法。
前記セクションは、前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントからの少なくとも２つの輻射に従って分割される、請求項１に記載の方法。
前記輻射数は６以下である、請求項３に記載の方法。
前記セクションは、前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントからの少なくとも１つの距離に従って分割される、請求項１に記載の方法。
前記距離数は１である、請求項５に記載の方法。
前記セクションは、前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントからの少なくとも２つの輻射と少なくとも１つの距離とに従って分割される、請求項１に記載の方法。
さらに、
前記信号カバレッジエリアの中で前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントに相対する関連地点で各々測定される複数の受信信号電力値を測定することと、
前記複数の受信信号電力値と関連地点とに基づき前記セクションを割り出すことと、
を備える、請求項１に記載の方法。
前記電波伝播特性は信号電力−距離勾配を含む、請求項１に記載の方法。
各セクションの前記信号電力−距離勾配は、
前記信号カバレッジエリアの中で前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントに相対する関連地点で各々測定される複数の受信信号電力値を測定することと、
前記複数の受信信号電力値と関連地点とに対し線形回帰を実行することと、
前記信号電力−距離勾配を計算するため前記線形回帰で割り出した傾斜を使用することと、
を備える方法によって割り出される、請求項９に記載の方法。
各セクションの前記信号電力−距離勾配は、
前記信号カバレッジエリアの中で前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントに相対する関連地点で各々測定される複数の受信信号電力値を測定することと、
前記信号電力値の前記関連地点から前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの前記地理的位置にかけて測定される前記信号電力値の各々に対応する距離を計算することと、
前記距離の標準偏差を用いて信号カバレッジの平均半径を推定することと、
前記信号電力−距離勾配を計算するため前記信号カバレッジの平均半径を使用することと、
を備える方法によって割り出される、請求項９に記載の方法。
前記距離の前記標準偏差σは、

の形を有する式に従って計算され、式中、
ｄ_ｉは前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントからの受信電力値ｉの前記関連地点の前記距離であり、Ｎは信号電力値数である、請求項１１に記載の方法。
前記信号電力−距離勾配αは、

の形を有する式を用いて計算され、式中、
σ_ｍｉｎは最小信号カバレッジ閾値であり、
σ_ｍａｘは最大信号カバレッジ閾値であり、
σは前記信号カバレッジの平均半径であり、
α_ｍｉｎは最小信号電力−距離勾配であり、
α_ｍａｘは最大信号電力−距離勾配である、請求項１１に記載の方法。
σ_ｍｉｎのファイブシグマ値は約６０メートルであり、
σ_ｍａｘのファイブシグマ値は約７００メートルであり、
α_ｍｉｎは２ｄＢワット／ｄＢメートルであり、
α_ｍａｘは６ｄＢワット／ｄＢメートルである、請求項１３に記載の方法。
Ｗｉ−Ｆｉ対応装置の位置を推定する方法であって、
前記Ｗｉ−Ｆｉ対応装置のレンジ内にあるＷｉ−Ｆｉアクセスポイントに信号を送信させるため前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントと通信する前記Ｗｉ−Ｆｉ対応装置と、
前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントによって送信される前記信号を受信する前記Ｗｉ−Ｆｉ対応装置と、
前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントを識別することと、
Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイント識別子を用いて基準データベースから前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの算出位置と推定電波伝播特性とを取得することと、
前記Ｗｉ−Ｆｉ対応装置の位置を推定するため前記算出位置と前記推定電波伝播特性とを使用することと、
を備える、方法。
前記Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの少なくとも１つは信号カバレッジエリアを有し、前記信号カバレッジエリアは少なくとも１つのセクションを有し、各セクションは対応する電波伝播特性を有する、請求項１５に記載の方法。