JP6087693B2 - チャネル毎の電波受信強度に基づいて特定位置を検知する端末、方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線ＬＡＮ(Local Area Network)のアクセスポイントから受信した電波によって、現在位置を測位する端末の技術に関する。

iPhone（登録商標）やAndroid（登録商標）に代表されるスマートフォンのような携帯端末によれば、携帯電話網に対する通信機能以外に、Bluetooth（登録商標）や無線ＬＡＮのような無線通信機能や、ＧＰＳ(Global Positioning System)測位機能、加速度センサ、地磁気センサ、気圧センサのようなセンサ機能を搭載するものも多い。このようなスマートフォンは、ユーザがどこへでも持ち歩くことが可能であり、リアルタイムなセンシング端末としても期待できる。

携帯端末が屋外に位置する場合、現在位置を測位するために、一般にＧＰＳ測位機能が用いられる。一方で、携帯端末が屋内に位置する場合、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できないため、それに代えて、比較的精度の低い基地局測位方式（フォールバック方式）を用いることもできる。しかしながら、このような測位方式では、屋内へ出入りするタイミングまで計測することはできず、例えば屋内のドア付近で、そのユーザの携帯端末へ所定情報をプッシュ的に送信することまではできない。尚、バッテリを搭載する携帯端末が、ＧＰＳ測位機能を常時起動した場合、高い消費電力を要するという問題もある。

これに対して、ＲＦＩＤ(Radio Frequency IDentification)、Felica(Felicity Card)、ＮＦＣ(Near Field Communication)のような近接通信技術がある。例えば、専用のFelica接触面を近接させることよって、デバイス間でデータを交換する技術がある（例えば特許文献１参照）。この技術によれば、２つのデバイスの接触面を互いに物理的又は光学的に接近させることによって無線接続を確立してデータを送受信する。

また、部屋の出入口に、検知用のＲＦＩＤ受信機を配置した技術もある（例えば特許文献２参照）。この技術によれば、所持者の個人識別情報を無線信号によって一定周期で繰り返し発信するＲＦＩＤタグを、そのＲＦＩＤ受信機に接触させることによって、出入口を通過するユーザの入退室状態を管理することができる。

更に、超音波や、無線ＬＡＮ、Bluetoothのような近距離通信方式を用いて、数ｍから数十ｍの範囲で入退室を検知することもできる。例えば、入側無線アクセスポイント及び出側無線アクセスポイントが、出入口近傍に設置された技術がある（例えば特許文献３参照）。この技術によれば、送信電波の重なる範囲が徐々に狭くなるように電波の出力を制御するコントローラを備え、入側と出側のどちらかに近づいているかを動的に探知して、入室と退室の動きを検知する。

更に、電波受信強度による推定距離を用いてデータを交換する技術がある（例えば特許文献４参照）。この技術によれば、ユーザがデジタル複合機に近づいた際に、ユーザが携帯している識別情報送信装置が、デジタル複合機からの電波を受信する。その識別情報送信装置は、その受信電界強度を計測し、その計測データをユーザ識別情報と共にデジタル複合機へ送信する。そして、デジタル複合機は、記憶した送信電界強度と、識別情報送信装置から取得した受信電界強度と、予め作成・保存した相関データとに基づいて、デジタル複合機と識別情報送信装置の間の距離を算出する。その後、識別情報送信装置とデジタル複合機との間で、無線リンクを自動的に確立し、ユーザのデータを受信する。

更に、指向性アンテナを用いて車の接近を検出する技術がある（例えば特許文献５参照）。この技術によれば、車にアクティブ無線発信器を装着する。そのアクティブ無線発信器から発信された識別コードを指向性アンテナが受信した場合に、ゲートの開放動作が実行される。

更に、画像認識技術について、例えばカメラで撮影されたユーザの顔画像に基づいて、ユーザから画面までの距離（人間の接近）を求める表示装置の技術がある（例えば特許文献６参照）。この技術によれば、撮影されたユーザの顔画像に基づいて、ユーザから画面までの距離を算出することができる。ユーザの顔が画面に近づいた際に、入退室に伴う所定情報をプッシュ的に送信することができる。

更に、無線ＬＡＮやBluetoothを用いて、屋内におけるユーザの携帯端末の位置を検出する技術もある。例えば、携帯端末から複数の無線アクセスポイントへの信号の到達時間差から三点測量によって測位するＴＤＯＡ(Time Difference of Arrival)方式がある（例えば特許文献７参照）。

更に、携帯端末が、複数の無線アクセスポイントから送信されたビーコン信号のＲＳＳＩ（受信信号強度、Received Signal Strength Indication, Received Signal Strength
Indicator）を取得し、統計モデルを作成・利用することによって三点測量で測位するＲＳＳＩ方式もある（例えば特許文献８参照）。

特表２００７−５１３５３２号公報 特開２００８−０７０９５７号公報 特開２０１２−２４３２４８号公報 特開２０１０−１６６３６９号公報 特開２０１０−１１７７９９号公報 特開２００６−０２３９５３号公報 特表２００７−５０２４１４号公報 特表２００９−５４３０７４号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載された技術によれば、端末と受信機とを近接させてデータを交換するために、ユーザは特定の行動を取る必要がある。また、ピンポイントの位置における情報取得が可能である一方で、受信機を設置する必要がある。

また、特許文献３に記載された技術によれば、出入口近傍に設置された２つの無線アクセスポイントが、それぞれの電波の送信範囲の重なる範囲を徐々に狭くするべく、電波強度の細かい制御が必要となる。

更に、特許文献４に記載された技術によれば、実際の屋内環境について、遮蔽物・反射物・ノイズ・ユーザの移動等の影響を受けてしまい、検出結果が変動し、距離の推定結果が不安定となるという問題もある。

更に、特許文献５に記載された技術によれば、指向性アンテナを用いることによって、距離の推定結果の不安定を抑制できるものの、専用の指向性アンテナを導入する必要がある。

更に、特許文献６に記載された技術によれば、ユーザに合わせて情報を提示するために、ユーザを正確に識別する必要がある。

更に、特許文献７に記載された技術によれば、ＴＤＯＡ方式によって高精度な測位が可能であるが、到達時間差を測定するための専用機能を実装する必要があり、携帯端末や情報端末への搭載は困難である。

一方で、特許文献８に記載の技術によれば、三点測量のようなＲＳＳＩの測定方式は、ＴＤＯＡ方式と比較して精度が低下するものの、特別なハードウェアを用意する必要がない。市販の無線機器であっても、ＲＳＳＩの検出機能が標準的に搭載されているために、屋内環境における現在位置の測位への適用が比較的容易であると考えられる。しかしながら、無線ＬＡＮのアクセスポイントの位置は、既知でなければならないという制約があり、各場所で観測される無線ＬＡＮのアクセスポイントのＭＡＣ(Media Access Control)アドレスを予め特定しておく必要がある。

そこで、本発明は、屋内外に拘わらず、アクセスポイントから受信する電波によって、携帯端末が特定の位置に到達したことを検知することができる携帯端末、方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明によれば、複数のアクセスポイントと無線を介して通信可能な端末において、
検知すべき特定位置について、無線方式に基づく複数のチャネルと、チャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数とを対応付けて記憶した電波品質記憶手段と、
自らの周辺のアクセスポイントをサーチすることによって、１つ以上のアクセスポイントからチャネル毎の電波品質を計測する電波品質計測手段と、
電波品質記憶手段におけるチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターンと、電波品質計測手段によって計測されたチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターンとが、所定閾値以内で類似するか否かを判定するパターン類似判定手段と、
パターン類似判定手段によって真と判定された際に、検知すべき特定位置に達したことを通知する特定位置到達通知手段と
を有することを特徴とする。

本発明の端末における他の実施形態によれば、
検知すべき特定位置について、電波品質計測手段によって計測されたチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数を、電波品質記憶手段へ学習させる電波品質学習手段を更に有することも好ましい。

本発明の端末における他の実施形態によれば、
電波品質は、受信信号強度であり、
電波品質記憶手段は、チャネル毎に、受信信号強度の平均値、中央値又は総和を記憶することも好ましい。

本発明の端末における他の実施形態によれば、パターン類似判定手段は、パターンを特徴ベクトルとして、電波品質記憶手段のパターンと電波品質計測手段のパターンとの間の距離が、所定閾値よりも小さい場合に類似すると判定することも好ましい。

本発明の端末における他の実施形態によれば、
電波品質記憶手段は、複数の位置について複数回取得したパターンについて算出された尤度関数を記憶しており、
パターン類似判定手段は、パターンを尤度関数へ入力し、その尤度が所定閾値以上となる場合に類似すると判定することも好ましい。

本発明の端末における他の実施形態によれば、
特定位置到達通知手段から特定位置に達したことが通知された際に、所定のアクセスポイント又は他のネットワークとの間で無線リンクを確立する無線リンク確立手段と、
外部サーバ又はローカルサーバへアクセスし、所定情報を受信する情報取得手段と
を更に有することも好ましい。

本発明の端末における他の実施形態によれば、情報取得手段は、当該端末の利用者識別子を特定のサーバへ送信することも好ましい。

本発明の端末における他の実施形態によれば、
電波品質記憶手段は、チャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターン毎に識別子を対応付けると共に、複数のパターンを記憶しており、
情報取得手段は、パターン類似判定手段によって真と判定されたパターンの識別子を特定のサーバへ送信することによって、その識別子に応じた所定情報を当該サーバから受信することも好ましい。

本発明の端末における他の実施形態によれば、
アクセスポイントは、無線ＬＡＮ用のものであり、
電波品質は、ビーコン信号に基づくものであり、
チャネルは、同一又は異なる無線方式の全てのチャネルに基づくものであることも好ましい。

本発明の端末における他の実施形態によれば、
当該端末は、センサを搭載しており、
パターンは、チャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数に加えて、センサによって取得されたセンサ情報を更に含むことも好ましい。

本発明によれば、複数のアクセスポイントと無線を介して通信可能な装置に搭載されたプログラムにおいて、
検知すべき特定位置について、無線方式に基づく複数のチャネルと、チャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数とを対応付けて記憶した電波品質記憶手段と、
自らの周辺のアクセスポイントをサーチすることによって、１つ以上のアクセスポイントからチャネル毎の電波品質を計測する電波品質計測手段と、
電波品質記憶手段におけるチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターンと、電波品質計測手段によって計測されたチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターンとが、所定閾値以内で類似するか否かを判定するパターン類似判定手段と、
パターン類似判定手段によって真と判定された際に、検知すべき特定位置に達したことを通知する特定位置到達通知手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明によれば、複数のアクセスポイントと無線を介して通信可能な装置を用いた特定位置検知方法において、
検知すべき特定位置について、無線方式に基づく複数のチャネルと、チャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数とを対応付けて記憶した電波品質記憶部を有し、
自らの周辺のアクセスポイントをサーチすることによって、１つ以上のアクセスポイントからチャネル毎の電波品質を計測する第１のステップと、
電波品質記憶手段におけるチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターンと、電波品質計測手段によって計測されたチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターンとが、所定閾値以内で類似するか否かを判定する第２のステップと、
パターン類似判定手段によって真と判定された際に、検知すべき特定位置に達したことを通知する第３のステップと
を有することを特徴とする。

本発明の端末、方法及びプログラムによれば、屋内外に拘わらず、アクセスポイントから受信する電波によって、端末が特定の位置に到達したことを検知することができる。

本発明が想定するシステム構成図である。 本発明が適用される特定の位置を表す説明図である。 本発明の携帯端末の機能構成図である。 本発明におけるシーケンス図である。 本発明におけるチャネル毎の電波受信強度を表す説明図である。 チャネル毎の周波数帯域を表す説明図である。 加速度のモデルデータ（既知の基準波形）を表すグラフである。 階段昇降時における加速度のモデルデータを表すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明が想定するシステム構成図である。

図１によれば、ユーザに所持された携帯端末１が、ユーザと共に移動している。携帯端末１としては、例えば無線ＬＡＮ通信機能を搭載したスマートフォンや、タブレット端末、携帯電話機である。また、図１によれば、屋内又は屋外に限られず、様々な位置に無線ＬＡＮのアクセスポイント(Access Point)２が配置されている。携帯端末１は、様々な位置で、１つ以上のアクセスポイント２からビーコン信号（プローブ要求に対するプローブ応答であってもよい）を受信することができる。即ち、携帯端末１が屋内に位置しているとしても、屋外のアクセスポイントからのビーコン信号も受信することができる。

携帯端末１は、いずれかのアクセスポイント２又は携帯電話基地局５と無線リンクを確立し、アクセスネットワーク又は携帯電話網を介してインターネットに接続することができる。携帯端末１は、インターネットに接続された外部サーバ３から、所定情報（コンテンツ）を取得することができる。また、携帯端末１は、アクセスポイント２を介して屋内のＬＡＮに接続されたＮＡＳ(Network Attached Storage)から、所定情報を取得するものであってもよい。

図２は、本発明が適用される特定の位置を表す説明図である。

図２によれば、携帯端末１を所持したユーザが、屋内と屋外とをドアを介して出入りしている。本発明によれば、例えば以下のようなサービスを想定している。
（１）ユーザが自宅から外出しようとした時、リアルタイムな交通遅延情報や天気予報を、その携帯端末へプッシュ的に送信する。
（２）ユーザが自宅へ入ろうとした時、テレビ番組情報や部屋の状況情報を、その携帯端末へプッシュ的に送信する。
（３）ユーザが店舗へ入ろうとした時、タイムサービス情報や店内地図情報を、その携帯端末へプッシュ的に送信する。
（４）ユーザが店舗を出ようとした時、次回に利用可能なクーポン情報を、その携帯端末へプッシュ的に送信する。

このようなサービスを実現するためには、携帯端末１が、例えばドア付近の特定位置に達したことを検知する必要がある。ここで、本発明によれば、屋内又は屋外に拘わらずに携帯端末１は、アクセスポイント２から受信する電波を用いて、特定位置に達したか否かを検知することができる。少なくとも２時点の変化を見ることによって、屋内のドアから出ようとしているのか、又は、ドアから入ろうとしていうのかを認識することもできる。

図３は、本発明の携帯端末の機能構成図である。
図４は、本発明におけるシーケンス図である。

図３によれば、携帯端末１は、ハードウェア的に、無線ＬＡＮ通信部１００を搭載することを必須とすると共に、オプション的に、広域通信部１０１（３Ｇ／４Ｇのような携帯電話通信部、又は、ＷｉＭＡＸ(Worldwide Interoperability for Microwave Access)のような広域通信部）と、方位を計測する地磁気センサ１０２と、緯度経度を計測するＧＰＳセンサ１０３と、加速度を計測する加速度センサ１０４と、高度（気圧）を計測する気圧センサ１０５とを搭載していてもよい。既存のスマートフォンのような携帯端末によれば、これらセンサを搭載したものも多い。

また、図３によれば、携帯端末１は、アプリケーションを実行可能であると共に、電波品質計測部１１と、電波品質記憶部１２と、電波品質学習部１３と、パターン類似判定部１４と、特定位置到達通知部１５と、無線リンク確立部１６と、情報取得部１７と、センサ情報計測部１８と、センサ情報学習部１９とを有する。これら機能構成部は、携帯端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。

［電波品質計測部１１］
電波品質計測部１１は、自らの周辺のアクセスポイント２をサーチ（スキャン）することによって、１つ以上のアクセスポイント２からチャネル毎の電波品質を計測する（図４のＳ１参照）。無線ＬＡＮ（例えばIEEE802.11）の場合、その電波品質は、アクセスポイント２から報知されるビーコン信号（又はプローブ応答）における電波受信強度であってもよい。電波受信強度は、例えばＲＳＳＩ(Received Signal Strength Indication)とも称される。また、同一の無線方式に限られず、異なる無線方式の全てのチャネルをサーチすることも好ましい。ビーコン信号には、ＳＳＩＤ及びＢＳＳＩＤが含まれるが、本発明によればこれら情報を特に必要とするものではない。

チャネルスキャンには、パッシブ（受動的）スキャン方式と、アクティブ（能動的）スキャン方式との２つがある（図４のＳ１参照）。パッシブスキャン方式によれば、携帯端末１は、一定時間（例えば２０秒毎）、アクセスポイント２から報知されるビーコン信号を待って受信することによって、周辺のアクセスポイントを確認する。一方で、アクティブスキャン方式によれば、携帯端末１が自らプローブ要求を周辺へ報知し、アクセスポイント２からプローブ応答を受信することによって、周辺のアクセスポイント２を確認する。尚、パッシブスキャン方式は、使用上に様々な制限があるために、アクティブスキャン方式を用いるのが好ましい。

IEEE802.11a/b/g/nのアクティブスキャン方式によれば、携帯端末１は、全てのチャネル（チャネル数N）に対して、順次、スキャンを実行する。携帯端末１は、チャネル毎に切り替えながら、プローブ要求を繰り返し送信する。プローブ要求には、ＳＳＩＤやＢＳＳＩＤ（ＭＡＣアドレス）を含む。これによって、携帯端末１は、そのプローブ要求を受信した全てのアクセスポイント２から、プローブ応答を順次受信することができる。

例えば、携帯端末１は、各チャネル（CHA1、CHA2、...CHA N）について、プローブ要求を送信した後、MinChannelTime以内にプローブ応答を受信した場合、MaxChannelTimeまで他のプローブ応答を待つ。一方で、MinChannelTime以内にプローブ応答を受信しなかった場合、次のチャネルへ切り替えて、再度のスキャンを実行する。
N×MinChannelTime ＜ アクティブスキャンの１周期 ＜ N×MaxChannelTime
端末によっては、MaxChannelTime及びMinChannelTimeの設定が異なるが、１周期が短ければ短いほど、多くのサンプリング数を検知することができる。そのために、具体的には、アクティブスキャンの１周期は、１秒程度であってもよい。

図５は、本発明におけるチャネル毎の電波受信強度を表す説明図である。

図５（ａ）によれば、アクセスポイントのＳＳＩＤ及びＢＳＳＩＤ毎に、ＲＳＳＩ及びチャネル番号が計測されたものである。ＲＳＳＩの値が大きいほど、通信距離が近く且つ電波受信強度が強いことを表している。逆に、ＲＳＳＩの値が小さくなるほど、通信距離が遠く且つ電波受信強度が弱いことを表している。

図５（ａ）によれば、端末として、Android（登録商標）を搭載したスマートフォンについて、ＲＳＳＩの値の範囲が、-113dBm（理論最小値）〜0dBm（理論最大値）であり、携帯端末とアクセスポイントとの間の通信距離は、半径数十〜100メートル程度となっている。駅やショッピング街等の公共空間や、マンション等の住居空間によれば、例えば十数個〜数十個といったアクセスポイントが検出される。このような電波受信強度は、ユーザに対して、例えば５本の棒グラフで明示される。
レベル５：〜-50dBm （Excellent）
レベル４：〜-60dBm （better）
レベル３：〜-70dBm （good）
レベル２：〜-80dBm （not good）
レベル１：〜-113dBm （bad）

図５（ｂ）によれば、２．４ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚ帯の合計３３チャネルについて、チャネル毎に計測された電波受信強度を、「パターン」として表している。このパターンは、３３（チャネル数）次元の変数（電波受信強度）を含む「特徴ベクトル」として表される。

図６は、チャネル毎の周波数帯域を表す説明図である。

図６によれば、２．４ＧＨｚ帯では、2400〜2483.5MHzの間に5MHz間隔で合計１３チャネルが用いられ、例えば802.11bの場合、更に１４チャネルまで用いることができる。一方、５ＧＨｚ帯では、5150〜5725MHzの間に20MHz間隔で合計１９チャネルが用いられる。その１９チャネルの中で、屋内利用専用に８チャネルがあり、屋外でも利用可能なものに１１チャネルがある。

［電波品質記憶部１２］
電波品質記憶部１２は、検知すべき特定位置について、無線方式に基づく複数のチャネルと、チャネル毎の電波品質とを対応付けて記憶する。電波品質記憶部１２は、例えば図２で表した各出入口を「特定位置」とすることができる。その特定位置について、チャネル毎の電波品質を「パターン」として記憶する。ここで、パターン毎に「識別子」を対応付ける。これによって、各出入口について、識別子が付与されたパターンを複数、記憶することができる。即ち、電波品質記憶部１２は、ユーザ操作に応じて、ユーザが検知したい特定位置で計測されたパターンに対して、その特定位置を表す識別子を対応付けて記憶する。

また、屋内／屋外の境界となる出入口について、ドアの屋内側と屋外側とでは、チャネル毎の電波品質が大きく異なる。即ち、２．４ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯のような高周波数帯によれば、ドアであっても遮蔽物となってしまうからである。従って、１つの出入口について、屋内側と屋外側とで別々のパターンを用意することができる。これによって、ドアの屋内側から屋外側へ出かけるか、又は、ドアの屋外側から屋内側へ入るかを判定することもでき、それによって、当該携帯端末へプッシュ的に送信される情報を切り替えることができる。

［電波品質学習部１３］
電波品質学習部１３は、検知すべき特定位置について、電波品質計測部１１によって計測されたチャネル毎の電波品質（パターン）を、電波品質記憶部１２へ学習させる。具体的には、電波品質学習部１３は、ユーザ操作に応じて、図２のような出入口の屋内側及び屋外側の両方で、電波品質計測部１１を起動させて、チャネル毎の電波品質を計測する。このとき、例えば時間帯を変えて、複数回、チャネル毎の電波品質を計測し、これらの平均値、中央値又は総和を、電波品質記憶部１２へ学習させることも好ましい。

また、電波品質学習部１３は、チャネル毎の電波品質を表すパターン（特徴ベクトル）に、更に、各チャネルで検知されたアクセスポイント数を含めることも好ましい。
［チャネル番号->ＲＳＳＩ->アクセスポイント数］
例えば１つのチャネルが、複数のアクセスポイントによって利用されている場合もあるからである。

［パターン類似判定部１４］
パターン類似判定部１４は、電波品質記憶部１２におけるパターン（チャネル毎の電波品質）と、電波品質計測部１１によって計測されたパターンとが、所定閾値以内で類似するか否かを判定する（図４のＳ２参照）。電波品質計測部１１から出力されたパターンは、当該携帯端末を所持したユーザが現に存在する位置で計測されたものである。現に存在する位置のパターンが、電波品質記憶部１２のパターンと類似するか否かを判定する。図４のＳ２から明らかなとおり、類似するパターンが発見されなかった場合、何ら処理を実行しない。

尚、パターンに、アクセスポイント数が更に含められている場合、チャネル毎の電波品質に加えて、アクセスポイント数の類似度も判定される。例えばチャネル毎の電波品質としては類似しているものの、アクセスポイント数が全く異なる場合、パターンとしては類似しないと判定される。

（パターン間距離を用いたパターン類似判定）
両パターンが完全一致することは少ないために、両パターン（特徴ベクトル）間の距離を算出し、その距離が所定閾値以下であれば、両パターンが類似すると判定する。即ち、携帯端末１が、その特定位置に到達したと判定される。パターン間距離は、例えば以下のような式で算出される。
dist(Ｆw,Ｆc)＝ＥＤ(Ｆw,Ｆc)×{((|Ｆw|＋|Ｆc|)−|Ｆw∩Ｆc|)／|Ｆw∩Ｆc|}
Ｆw：電波品質計測部から出力された現在位置のパターン（特徴ベクトル）
Ｆc：電波品質記憶部に記憶された特定位置のパターン
ＥＤ：現在位置と記憶された特定位置のユークリッド距離√Σ(Ｆw−Ｆc)²

（最尤推定を用いたパターン類似判定）
計算量が少ないパターン間距離に対して、高い推定精度が求められる場合、最尤推定法を用いることも好ましい。この場合、屋内における各場所について、チャネル毎の電波受信強度を複数回取得（サンプリング）する。そして、多数のパターン（チャネル毎の電波受信強度）における尤度を算出し、その尤度を最大にする場所を、その特定位置として推定することができる。

具体的には、例えば自宅のような屋内のx個の標本位置で、何回かのサンプルを測定した３３チャネル毎の電波強度平均値を用いる。これら３３チャネル毎の電波強度平均値を、正規分布によって、各標本位置でチャネル毎の電波強度平均値の確率密度関数を以下のように算出する。
p（P_r1|θ_r2）(1<=r1<=x、1<=r2<=33)
θ_r：ユーザ端末のx個の標本位置 （1<=r<=x）
（θ₁は出入口の外側、θ₂は出入口の内側、θ₃〜θ_xはそれ以外の標本位置）
P_r（1<=r<=33）：３３チャネルの平均電波受信強度
ｐ：各位置に到達する可能性を推定する尺度
この確率は、p（P|θ）で表現され、携帯端末と各アクセスポイントと間の伝搬路が独立であるとすると、以下のように、携帯端末の各位置での確率密度関数の積で表すことができる。
p（P|θ）＝p（P₁|θ）×p（P₂|θ）×p（P₃|θ）・・・×p（P₃₃|θ）
p（P|θ）：尤度関数
電波品質記憶部１２は、複数の位置について複数回取得した前記パターンについて算出された尤度関数を記憶する。
そして、パターン類似判定部１４は、電波品質計測部１１から出力されたパターンを尤度関数へ入力し、その尤度が所定閾値以上となる場合に類似すると判定する。ｘ個の標本位置θ₁,θ₂,・・・.θ_xに対して観測される実際の電波受信強度P'を代入し、p（P'|θ）を最大にするθが推定位置とする。一方、計算量を削減するには、実際の電波受信強度P'を、出入口外側と内側の標本位置のみに代入し、尤度が閾値を超えた場合、出入口外側又は内側に到達したものと判定してもよい。

［特定位置到達通知部１５］
特定位置到達通知部１５は、パターン類似判定部１４によって真と判定された際に、検知すべき特定位置に達したことを通知する（図４のＳ３参照）。特定位置に達したことは、アプリケーションへ通知される。

［無線リンク確立部１６］
無線リンク確立部１６は、特定位置到達通知部１５から特定位置に達したことが通知された際に、所定のアクセスポイント又は他のネットワークとの間で無線リンクを確立する（図４のＳ４参照）。他のネットワークとしては、携帯電話網（３Ｇや４Ｇ）やＷｉＭＡＸのような広域ネットワークであってもよい。これによって、携帯端末１は、外部サーバ３との間でコネクション（例えばＴＣＰ／ＩＰ(Transmission Control Protocol / Internet Protocol)）を確立する。また、携帯端末１は、ホームネットワークとしてのＬＡＮの接続されたＮＡＳ４との間で、コネクションを確立するものであってもよい。

［情報取得部１７］
情報取得部１７は、外部サーバ３又はＮＡＳ４へアクセスし、所定情報を受信する（図４のＳ５参照）。このとき、情報取得部１７は、所定情報を取得するためのコンテンツ要求（例えばHTTP GETリクエスト／HTTP POSTリクエスト）に、当該携帯端末の利用者識別子を含めることも好ましい。これによって、外部サーバ３又はＮＡＳ４は、いずれの利用者が所持した携帯端末１へ、その所定情報を送信したかを記録することができる。携帯端末１は、取得した所定情報を、例えばディスプレイに表示することによって、ユーザから見て、プッシュ的に情報が配信されたように感じることができる。

また、情報取得部１７は、パターン類似判定部１４によって真と判定されたパターンの識別子を、外部サーバ３又はＮＡＳ４へ送信することも好ましい。これによって、外部サーバ３は、その識別子に応じた所定情報を、携帯端末１へ送信することができる。例えばドアを境界として、屋内へ入った際に送信すべき所定情報と、屋外へ出た際に送信すべき所定情報とを、別々に送信することができる。

例えば、携帯端末１が、インターネットに接続された外部サーバ３へ、以下のＵＲＬに基づくHTTP GETリクエストを送信することによって、自宅近くの駅における電車遅延情報を取得することができる。
http://contentsserver0077.kddi.com/gettrain.cgi?gps=xxxxxx&time=xxxx
また、例えば、携帯端末１が、ローカルネットワークに接続されたＮＡＳ４へ、以下のＵＲＬに基づくHTTP GETリクエストを送信することによって、自宅の録画情報やお勧めの番組情報を取得することができる。
http://192.168.11.2/gettv.cgi?myfavourite=xxxx&time=xxxx
更に、HTTP GET又はPOSTのリクエストに、当該携帯端末の環境情報をパラメタとして組み込むことによって、ユーザ所望の所定情報を取得することができる。このように、様々なカスタマイズが可能である。例えばパラメタの例としては、日時、曜日、場所、季節、天候、所在地（市街地／郊外地）、イベント等であってもよい。

［センサ情報計測部１８］
センサ情報計測部１８は、地磁気センサ１０２、ＧＰＳセンサ１０３、加速度センサ１０４、及び／又は、気圧センサ１０５から、センサ情報を取得する。ユーザ操作に基づく特定位置における学習用のセンサ情報は、センサ情報学習部１９へ出力される。また、現在位置でリアルタイムに計測されるセンサ情報は、パターン類似判定部１４へ出力される。

［センサ情報学習部１９］
センサ情報学習部１９は、特定位置における学習用のセンサ情報を、チャネル毎の電波品質のパターンに含める。センサ情報を用いることなく、チャネル毎の電波品質を表すパターンのみの場合、検知すべき特定位置以外の様々な場所にあっても、パターンが類似したと判定されるケースも生じ得る。そのために、パターンに、地磁気、緯度経度、加速度又は気圧のようなセンサ情報を更に含めることによって、総合的にパターンの類似度を判定することができる。例えば、チャネル毎の電波品質を表す両パターンの距離が所定閾値以下で類似する場合、更に、以下のような判定を加えて、特定位置を検知することができる。
（１）地磁気の方位が、自宅のドアの方位と一致しているかどうか？
（２）緯度経度が自宅の圏内範囲（半径１００ｍ）以内に入っているかどうか？
（３）加速度の変位が、自宅のドア付近における行動変位と類似しているかどうか？
（４）気圧の変位が、自宅のドア付近における行動変位と類似しているかどうか？
これら判定について真となった場合、検知すべき特定位置に達したとすることによって、推定精度も高まることとなる。
［チャネル番号->ＲＳＳＩ->地磁気］
［チャネル番号->ＲＳＳＩ->緯度経度］
［チャネル番号->ＲＳＳＩ->加速度変位］
［チャネル番号->ＲＳＳＩ->気圧変位］
・・・・・
［チャネル番号->ＲＳＳＩ->地磁気＋緯度経度＋加速度変位＋気圧変位］

図４のＳ１からも明らかなとおり、プローブ要求のスキャン周期が短ければ短いほど、適切なタイミングにおける特定位置の検知が実現できる。しかしながら、バッテリを搭載した携帯端末にとって、無線ＬＡＮ通信部を常時起動しておくことは、無駄な消費電力を要することとなる。そこで、以下のシーケンスで特定位置を検知する。
（Ｓ０）携帯端末１は、地磁気センサ、加速度センサ及び／又は気圧センサによって得られた現在のセンサ情報が、電波品質記憶部１２に記憶された特定位置のセンサ情報と、所定閾値以下で類似するか否かを判定する。
（Ｓ１）携帯端末１は、センサ情報が一致すると判定された場合、割り込み信号によって、無線ＬＡＮ通信部を起動する。そして、携帯端末１は、自らの周辺のアクセスポイント２をサーチすることによって、１つ以上のアクセスポイント２からチャネル毎の電波品質を計測する。
（Ｓ２）携帯端末１は、電波品質記憶部１２における「センサ情報で類似するパターン」と、電波品質計測部１１によって計測されたパターンとが、所定閾値以内で類似するか否かを判定する。
（Ｓ３）携帯端末１は、パターン類似判定部１４によって真と判定された際に、検知すべき特定位置に達したことを通知する。
このシーケンスによれば、少なくともセンサ情報で類似した場合にのみ、無線ＬＡＮ通信部を起動することができ、無駄な消費電力の低減につながる。

以下では、「加速度センサ」を用いて、無線ＬＡＮ通信部を起動するか否かを判定する技術について説明する。

「加速度センサ」とは、加速度の測定を目的とした慣性センサである。振動センサと異なって、直流（ＤＣ）の加速度が検出可能であるため、重力を検出することもできる。想定した加速度センサは、一般的な携帯端末に搭載されている３軸加速度センサであり、数ミリ秒周期でx,y,z軸の加速度を取得することができる。これら加速度から、所定の信号処理によって、動きや傾き、振動や衝撃といった様々な情報を得ることができる。

加速度センサから、携帯端末を所持するユーザにおける歩行・停留状態を認識するために、各移動状態の特徴を表したモデルデータを用意する。そして、所定時間毎に、計測されたN個の加速度とモデルデータとの類似度を比較する。但し、加速度センサで計測された加速度の波形をそのまま比較した場合、お互いの位相を合わせる等の操作が必要になるために、本発明によれば、N個の加速度をフーリエ変換し、周波数毎の強さ（パワースペクトルと称する）を算出する。

図７は、加速度のモデルデータ（既知の基準波形）を表すグラフである。

図７によれば、横軸に周波数と、縦軸にパワースペクトルとを表している。図７（ａ）は、走行時のモデルデータであり、図７（ｂ）は、停留時のモデルデータである。このように移動状態によって、スペクトルが高くなる周波数や大きさなどの特徴が異なるため、特定位置付近におけるユーザの加速度を表すモデルデータと、計測された加速度のスペクトルとを比較して、類似度を算出する。

スペクトルの類似度を判定するためには、前述した最尤推定法を用いて、尤もらしい移動状態を推定する。特定位置における移動状態のモデルデータとして、何サンプルかを計測し、正規分布によって、以下のように算出する。
p（P|θ）：各移動状態θで周波数Pごとの確率密度関数
p（P_r1|θ_r2）(1<=r1<=x、1<=r2<=n）
尤度関数： p（P|θ）＝p（P₁|θ）×p（P₂|θ）×p（P₃|θ）....×p（P_n|θ）
ここで、計測された加速度から得られたスペクトルP'を代入し、p（P'|θ）を最大にするθが推定の移動状態とする。一方で、計算量を削減するには、実際の電波受信強度P'を、出入口外側と内側の標本位置のみに代入し、尤度が閾値を超えた場合、出入口外側又は内側に到達したものと判定してもよい。

図７（ａ）の走行状態によれば、パワースペクトル値の周波数は、3Hz近くで飛び抜けて大きく、他の部分での値は小さい。
図７（ｂ）の停留状態によれば、ほとんどの周波数に見られるパワースペクトル値は、ゼロを表している。

ユーザの行動を更に正確に把握するために、加速度センサに加えて、地磁気センサ、ＧＰＳセンサ及び／又は気圧センサを併用してもよい。例えば２階以上のアパート・マンション・高層ビルの場合、加速度センサ及び気圧センサを用いることによって、歩行・停留だけでなく、階段上り下り・エレベータ昇降の行動パターンも検知することができる。気圧であっても、走行と階段昇降については、加速度と同様に周波数に対した山状となり、全体的な形が類似する。

図８は、階段昇降時における加速度のモデルデータを表すグラフである。

図８（ａ）は、階段下りのモデルデータであって、パワースペクトルが大きくなる周波数は、2Hz,4Hz,6Hz辺りである。図８（ｂ）は、階段上りのモデルデータであって、パワースペクトル大きくなる周波数は、2Hz,3Hz,4Hz,5Hz辺りである。図８（ａ）は、図８（ｂ）と似ているが、全体的により大きなパワースペクトルを表しており、特に、歩行時と比べると、2Hzのパワースペクトルがその２倍となっている。一方で、図８（ｂ）は、6Hzから15Hzまでは急激に減衰しており、全体的なパワースペクトルは歩行時よりも小さい。

気圧については、例えばエレベータの上昇時、１秒あたり約１０〜２０気圧の変化で低くなる。また、例えばエレベータの下降時、１秒あたり約１０〜２０気圧の変化で高くなる。

以上、詳細に説明したように、本発明の端末、方法及びプログラムによれば、端末が屋内環境にあっても、アクセスポイントから受信する電波によって、特定の位置に到達したことを検知することができる。

本発明によれば、例えば屋内の出入口のような特定位置におけるパターン（チャネル毎の電波受信強度）に対して、計測されたパターンの類似度が判定できればよく、アクセスポイントの絶対的位置の認識を必要としない。また、本発明によれば、既存のアクセスポイントから送信される電波を用いているだけであるので、特別な機器を設置する必要もない。また、携帯端末も、少なくとも無線ＬＡＮ通信部のみを備えていればよく、既存のスマートフォンや、タブレット端末又はノートパソコンなどを用いることができる。

前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

１ 携帯端末
１００ 無線ＬＡＮ通信部
１０１ 広域通信部
１０２ 地磁気センサ
１０３ ＧＰＳセンサ
１０４ 加速度センサ
１０５ 気圧センサ
１１ 電波品質計測部
１２ 電波品質記憶部
１３ 電波品質学習部
１４ パターン類似判定部
１５ 特定位置到達通知部
１６ 無線リンク確立部
１７ 情報取得部
１８ センサ情報計測部
１９ センサ情報学習部
２ アクセスポイント
３ サーバ
４ ＮＡＳ
５ 基地局

Claims (12)

1. 複数のアクセスポイントと無線を介して通信可能な端末において、
   検知すべき特定位置について、無線方式に基づく複数のチャネルと、チャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数とを対応付けて記憶した電波品質記憶手段と、
   自らの周辺のアクセスポイントをサーチすることによって、１つ以上のアクセスポイントからチャネル毎の電波品質を計測する電波品質計測手段と、
   前記電波品質記憶手段におけるチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターンと、前記電波品質計測手段によって計測されたチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターンとが、所定閾値以内で類似するか否かを判定するパターン類似判定手段と、
   前記パターン類似判定手段によって真と判定された際に、検知すべき前記特定位置に達したことを通知する特定位置到達通知手段と
   を有することを特徴とする端末。
2. 検知すべき特定位置について、前記電波品質計測手段によって計測されたチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数を、前記電波品質記憶手段へ学習させる電波品質学習手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の端末。
3. 前記電波品質は、受信信号強度であり、
   前記電波品質記憶手段は、チャネル毎に、受信信号強度の平均値、中央値又は総和を記憶することを特徴とする請求項１又は２に記載の端末。
4. 前記パターン類似判定手段は、前記パターンを特徴ベクトルとして、前記電波品質記憶手段のパターンと前記電波品質計測手段のパターンとの間の距離が、所定閾値よりも小さい場合に類似すると判定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の端末。
5. 前記電波品質記憶手段は、複数の位置について複数回取得した前記パターンについて算出された尤度関数を記憶しており、
   前記パターン類似判定手段は、前記パターンを前記尤度関数へ入力し、その尤度が所定閾値以上となる場合に類似すると判定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の端末。
6. 前記特定位置到達通知手段から前記特定位置に達したことが通知された際に、所定のアクセスポイント又は他のネットワークとの間で無線リンクを確立する無線リンク確立手段と、
   外部サーバ又はローカルサーバへアクセスし、所定情報を受信する情報取得手段と
   を更に有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の端末。
7. 前記情報取得手段は、当該端末の利用者識別子を特定のサーバへ送信することを特徴とする請求項６に記載の端末。
8. 前記電波品質記憶手段は、チャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターン毎に識別子を対応付けると共に、複数のパターンを記憶しており、
   前記情報取得手段は、前記パターン類似判定手段によって真と判定されたパターンの識別子を特定のサーバへ送信することによって、その識別子に応じた所定情報を当該サーバから受信する
   ことを特徴とする請求項６に記載の端末。
9. 前記アクセスポイントは、無線ＬＡＮ用のものであり、
   前記電波品質は、ビーコン信号に基づくものであり、
   前記チャネルは、同一又は異なる無線方式の全てのチャネルに基づくものである
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の端末。
10. 当該端末は、センサを搭載しており、
    前記パターンは、チャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数に加えて、前記センサによって取得されたセンサ情報を更に含む
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の端末。
11. 複数のアクセスポイントと無線を介して通信可能な装置に搭載されたプログラムにおいて、
    検知すべき特定位置について、無線方式に基づく複数のチャネルと、チャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数とを対応付けて記憶した電波品質記憶手段と、
    自らの周辺のアクセスポイントをサーチすることによって、１つ以上のアクセスポイントからチャネル毎の電波品質を計測する電波品質計測手段と、
    前記電波品質記憶手段におけるチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターンと、前記電波品質計測手段によって計測されたチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターンとが、所定閾値以内で類似するか否かを判定するパターン類似判定手段と、
    前記パターン類似判定手段によって真と判定された際に、検知すべき前記特定位置に達したことを通知する特定位置到達通知手段と
    してコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
12. 複数のアクセスポイントと無線を介して通信可能な装置を用いた特定位置検知方法において、
    検知すべき特定位置について、無線方式に基づく複数のチャネルと、チャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数とを対応付けて記憶した電波品質記憶部を有し、
    自らの周辺のアクセスポイントをサーチすることによって、１つ以上のアクセスポイントからチャネル毎の電波品質を計測する第１のステップと、
    前記電波品質記憶手段におけるチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターンと、前記電波品質計測手段によって計測されたチャネル毎の電波品質及びアクセスポイント数のパターンとが、所定閾値以内で類似するか否かを判定する第２のステップと、
    前記パターン類似判定手段によって真と判定された際に、検知すべき前記特定位置に達したことを通知する第３のステップと
    を有することを特徴とする特定位置検知方法。

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