JP6300893B1 - 位置測定機能を具備した端末による位置測定情報の送信方法と端末及びサーバ - Google Patents

Abstract

【課題】端末の位置追跡システムにおける位置測定情報の送信方法を提供する。【解決手段】サーバからターゲット基地局を介してターゲット基地局の位置を含むターゲット基地局情報を受信するステップと、サーバからターゲット基地局を介してターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネル情報を受信するステップと、位置測定機能を用いて端末の位置を測定するステップと、ターゲット基地局の位置と端末の位置とから、ターゲット基地局との距離及び方角を算出するステップと、ターゲット基地局の拡散率テーブルを用いて、ターゲット基地局との距離及び方角に対応する拡散率を決定するステップと、端末の位置を含むデータを決定された拡散率でスペクトル拡散し、送信信号を生成するステップと、送信可能なチャネルの中から、混雑チャネル以外のチャネルを用いて送信信号を送信するステップと、を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、位置測定機能を具備した端末による位置測定情報の送信方法に関し、特に拡散率（Spreading Factor: SF）テーブルに基づいた信号拡散による位置測定情報の送信方法と端末及びサーバに関する。

情報家電や機器類、家具、各種センサーなどの様々なモノをインターネットに接続するIoT（Internet of Things）が社会に浸透してきている。IoTを使用することにより、インターネットを介して、離れた場所にあるモノの状態を感知し、離れた場所にあるモノを操作することができるようになる。

IoTにおいて接続されるモノ（IoT機器）に求められる重要な要素の１つとして省電力がある。IoT機器は、必ずしも電源の近くにあるとは限らない。また、電池やバッテリーを内蔵するとしても、人が頻繁に電池を交換したり、充電することができない場所に設置されることもある。このため、頻繁な電池の交換やバッテリーの充電により使用者の手を煩わせることがないように電力消費の抑制が求められる。特に、IoT機器が無線通信により接続される端末タイプの場合、IoT機器は、人が簡単に行くことができない場所に設置されたり、人の手を離れて移動するため、省電力化がより重要となる。

IoT向け無線通信方式として、LPWA（Low Power Wide Area）がある。LPWAでは、IoT機器が低電力で広域エリアをカバーすることを目的としている。LPWAには、現在、複数の通信規格が存在している。これらは、ライセンスの要否、使用する周波数帯域、通信システム、通信方法などにより異なる。

LPWAによりネットワークと接続されるIoT機器の使用例の１つとして、位置測定機能を具備した端末を用いた端末の位置追跡がある。ここで、位置測定機能は、一般的にGPS（Global Positioning System）を用いて位置測定を行う。端末の位置追跡は、位置測定機能を備えた端末がGPSにより端末自身の位置を測定し、その位置情報を無線通信ネットワークを介して、端末を管理する利用者に通知するものである。例えば、配送サービスにおいて、配送品に取り付けて、配送品の位置を知ることで、配送品の現在位置や、配送が無事に完了したかの確認ができる。更に、配送車に取り付けることにより、配送車の配送ルートを確認できる。また、路線バスに取り付けることで、バスの現在位置が把握でき、スケジュール通りの運転がなされているかの確認ができる。

端末の位置追跡では、特に端末が走行車両に取り付けられた場合、端末は短時間に大きく移動する可能性がある。このため、正確な位置追跡を行うために、端末は、数秒間隔で位置を測定し、位置情報を送信することが要求される。このような短時間間隔で位置測定や信号送信を行う場合、電力消費が大きくなり、一般的な電池や内蔵バッテリーであれば、数日での取り換えや充電が必要となってくる。このため、端末における電力消費を抑制することが重要となる。

特許文献１には、位置追跡装置の省電力化方法が記載されている。ここでは、受信したエリアIDから装置が建物内や地下などの電波の届かない場所にあることを判定し、その場合に通信機能の電源を所定の時間OFFとしている。

特開２０１０−１９１８８２公報

端末が電波の届かない場所にある場合に通信機能の電源をOFFとすることで、ある程度の電力消費を抑えることができる。しかし、走行車両等に端末が取り付けられる場合、通常は電波が十分に届く場所を走行している。このため、電波の届かない場合において、通信機能の電源をOFFとすることによる省電力化の効果は小さい。従って、位置追跡の通常動作時における省電力化が必要となる。

位置追跡システムが無線通信ネットワークとして３Gネットワークを使用する場合、端末から送信される信号はスペクトル拡散された信号となる。スペクトル拡散において、一定の周波数帯域を使用する場合、送信する信号の情報量が同じであれば、信号の拡散率（SF）が小さいほど、送信パケット長が短くなり、送信時間も短く済む。送信に必要な時間が短くなるほど、電力消費を抑えることができる。

一方、SFを小さくすると、拡散利得が小さくなるため、端末からの信号を受信する基地局において信号受信品質は低下する。信号受信品質の低下は、パケットロスを生じ、端末の位置情報が利用者に伝送されなくなる。このため、基地局と端末との間の距離や伝搬損失を考慮し、信号受信品質が所定の品質を満足する状態で、最も小さいSFを選択することにより、パケットロスを抑制し、また信号送信時間を最小限として、電力消費を抑えることができる。

本発明は、端末の位置追跡システムにおいて、端末が、サーバから送られるSFテーブルに基づき、基地局と端末との位置関係に応じた最適なSFを選択する位置測定情報の送信方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、端末の位置追跡システムにおいて、SFテーブルに基づいたSFの選択を行う端末を提供することを目的とする。

更に、本発明は、端末の位置追跡システムにおいて、端末の位置情報及び受信状態情報を保存し、基地局のSFテーブルを保存するサーバを提供することを目的とする。

本発明は、位置測定機能を具備した端末が、位置測定情報をサーバに送信する方法であって、前記サーバから、ターゲット基地局を介して前記ターゲット基地局の位置を含むターゲット基地局情報を受信するステップと、前記サーバから、前記ターゲット基地局を介して前記ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネル情報を受信するステップと、前記位置測定機能を用いて、前記端末の位置を測定するステップと、前記ターゲット基地局の位置と前記端末の位置とから、前記ターゲット基地局との距離及び方角を算出するステップと、前記ターゲット基地局の前記拡散率テーブルを用いて、前記ターゲット基地局との距離及び方角に対応する拡散率を決定するステップと、前記端末の位置を含むデータを前記決定された拡散率でスペクトル拡散し、送信信号を生成するステップと、送信可能なチャネルの中から、前記混雑チャネル情報に含まれる混雑チャネル以外のチャネルを用いて前記送信信号を送信するステップと、を有することを特徴とする。

更に、本発明は、位置測定機能を具備した端末の位置測定情報をサーバが管理する方法であって、基地局を介して、前記端末の位置情報及び前記端末からの信号の受信状態情報を受信するステップと、複数の基地局から前記端末の位置情報及び前記受信状態情報を受信した場合、前記複数の基地局の前記受信状態情報から前記端末に対するターゲット基地局を決定するステップと、前記端末の位置情報及び前記受信状態情報を保存するステップと、前記端末に対する前記決定されたターゲット基地局が前回ターゲット基地局と異なる場合、前記決定されたターゲット基地局を介して、ターゲット基地局情報、ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネルを前記端末に送信するステップと、前記決定されたターゲット基地局を前記前回ターゲット基地局として保存するステップと、を有することを特徴とする。

更に、本発明は、位置測定機能を具備した端末であって、サーバから、ターゲット基地局を介して前記ターゲット基地局の位置を含むターゲット基地局情報、前記ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネル情報を受信する受信部と、前記位置測定機能を用いて、前記端末の位置を測定する位置測定部と、前記受信されたターゲット基地局情報、前記ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネル情報を保存し、前記端末の位置を前回位置として保存する情報保持部と、前記ターゲット基地局の位置と前記端末の位置とから、前記ターゲット基地局との距離及び方角を算出し、前記ターゲット基地局の前記拡散率テーブルを用いて、前記ターゲット基地局との距離及び方角に対応する拡散率を決定する計算制御部と、前記端末の位置を含むデータを前記決定された拡散率でスペクトル拡散し、送信信号を生成し、送信可能なチャネルの中から、前記混雑チャネル情報に含まれる混雑チャネル以外のチャネルを用いて前記送信信号を送信する送信部と、を有することを特徴とする。

更に、本発明は、位置測定機能を具備した端末の位置測定情報を管理するサーバであって、基地局を介して、前記端末の位置情報及び前記端末からの信号の受信状態情報を受信する受信部と、複数の基地局から前記端末の位置情報及び前記受信状態情報を受信した場合、前記複数の基地局の前記受信状態情報から前記端末に対するターゲット基地局を決定し、前記端末の位置情報及び前記受信状態情報を保存し、前記決定されたターゲット基地局を前回ターゲット基地局として保存する端末情報保持部と、各基地局に対する基地局情報、拡散率テーブル及び混雑チャネルを保存する拡散率テーブル保持部と、前記拡散率テーブルを更新する拡散率テーブル更新部と、前記決定されたターゲット基地局を介して、ターゲット基地局情報、ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネルを前記端末に送信する送信部と、を有することを特徴とする。

更に、本発明は、位置測定機能を具備した端末の位置追跡を行う位置追跡システムであって、位置測定機能を具備した端末と、前記端末からの送信信号を受信する複数の基地局と、前記端末の位置測定情報を管理するサーバと、を有し、前記サーバは、各基地局に対する基地局情報、拡散率テーブル及び混雑チャネルを保存し、前記端末に対するターゲット基地局を決定し、前記決定されたターゲット基地局を介して、前記ゲット基地局情報、ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネルを前記端末に送信し、前記端末は、前記サーバから、前記ターゲット基地局を介して前記ターゲット基地局の位置を含むターゲット基地局情報、ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネル情報を受信し、前記位置測定機能を用いて、前記端末の位置を測定し、前記ターゲット基地局の位置と前記端末の位置とから、前記ターゲット基地局との距離及び方角を算出し、前記ターゲット基地局の前記拡散率テーブルを用いて、前記ターゲット基地局との距離及び方角に対応する拡散率を決定し、前記端末の位置を含むデータを前記決定された拡散率でスペクトル拡散し、送信信号を生成し、送信可能なチャネルの中から、前記混雑チャネル情報に含まれる混雑チャネル以外のチャネルを用いて前記送信信号を送信することを特徴とする。

端末の位置追跡において、端末が、サーバから送られるSFテーブルに基づき、基地局と端末との位置関係に応じた最適なSFを選択することにより、端末の消費電力を抑制することができる。

サーバが、端末からの送信信号の受信状態情報の統計データに基づいてSFテーブルを更新することにより、実際の伝搬環境を反映したSFを決定することができる。

IoT向け無線通信ネットワークを用いた端末の位置追跡システムの概略図である。 送信信号の拡散に用いられる拡散率とSF番号の例を示す図である。 SFテーブルと混雑チャネルの例を示す図である。 電源ON時の端末側の処理を表すフローチャートである。 サーバ側の処理を表すフローチャートである。 ネットワーク参加後の端末側の処理を表すフローチャートである。 移動距離と閾値との比較に応じた処理を表すフローチャートである。 移動速度に応じたSFの更新処理を表すフローチャートである。 SFテーブルのその他の例を示す図である。 SFテーブルのエリアを説明する図である。 サーバにおける受信信号の受信状態情報を時系列に並べた図である。 サーバにおける受信信号の統計データを示す図である。 端末側装置の構成を示す図である。 サーバ側装置の構成を示す図である。 本発明の位置測定におけるその他の実施例を示す図である。 アクセスポイント情報の例を示す図である。 本発明の位置測定における更にその他の実施例を示す図である。

以下図面を参照して、位置測定機能を具備した端末による位置測定情報の送信方法と端末及びサーバについて説明する。しかしながら、本発明が、図面又は以下に記載される実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。

IoT向け無線通信ネットワークを用いた端末の位置追跡システムの概略図を図１に示す。図１において、参照番号10は端末の位置追跡システムである。参照番号11はGPS衛星、12はGPSを用いた位置測定機能を備えた端末、13は基地局BS1、14は基地局BS2、15は基地局BS3、16はサーバ、17はユーザ装置を表す。ここで、基地局13〜15は、3G／4G（以下、3Gと表記する）ネットワーク用基地局を想定するが、これに限定されるものではない。

LPWAには、幾つかの規格が存在する。その１つにLoRa規格がある。LoRa規格は、LoRa Allianceが策定したものである。LoRaでは、920 MHz帯域のアンライセンスバンドを使用し、全38のチャネルを使用することができる。38チャネルのうち、信号送信に使用されるチャネルは、端末がランダムに選定する。また、スペクトル拡散として、CSS（Chirp Spread Spectrum）方式を用いる。以下、LoRa規格に沿った端末位置追跡について説明するが、本発明は、その他の規格においても適用可能である。

端末12は、GPSを用いた位置測定機能を備えており、GPS衛星11からGPS信号を受信し、自身の位置を測定する。端末12は、測定した位置情報を送信信号形式に変換し、スペクトル拡散変調を行った後、パケット化して送信する。端末12からのパケット送信は、ランダムアクセスにより行われる。図１において、端末12からの送信信号は、BS1(13) とBS2(14)で受信されるとする。BS3(15)は、端末12からの距離が遠く、十分な品質の信号が受信されないとする。端末12は、車両等に取り付けられて移動するため、移動に応じて、端末12からの信号が受信される基地局は変更される。

端末12からの信号を受信したBS1(13)とBS2(14)では、信号を逆拡散して位置情報に変換する。BS1(13) とBS2(14)は、得られた端末12の位置情報をサーバ16に送信する。ここで、位置情報は、端末の現在位置情報、端末の識別情報、送信パケットのフレームカウンタ値を含む。各基地局とサーバ16の間は、３Gネットワーク及びインターネットで接続される。サーバ16では、送られた端末の位置情報を保存、管理する。サーバ16には、ユーザ装置17が接続されて、端末の管理者は、ユーザ装置17を介して、端末位置情報を閲覧、処理することができる。ユーザ装置17は、例えば、パソコンやスマートフォンである。

本発明では、端末における電力消費の抑制のため、信号を拡散する拡散率（SF）を基地局からの距離や伝搬路状態に応じて、変更できるようにする。図２は、LoRa規格で使用されるSFとSF番号を表したものである。SF番号として、SF7〜SF12が使用される。SF7でのSFは128、SF12でのSFは4096となる。チップレートが一定のため（即ち、チャネルの帯域幅が一定のため）、SF番号が大きくなる程、シンボルレートは小さくなり、同じ情報量を送るために必要な送信時間が長くなる。端末と基地局との間の距離が近い場合や伝搬路状態が良好な場合、小さいSF番号のSFを使用することで、送信時間を減らし、消費電力を抑えることができる。一方、端末と基地局との間の距離が遠い場合や伝搬路状態が良好でない場合、大きいSF番号を使用して、拡散利得を増加させることにより、パケットロスを防止することができる。

図３は、サーバから端末に送られるSFテーブルと混雑チャネルの例である。（a）がSFテーブル、（b）が混雑チャネルを表す。SFテーブルと混雑チャネルは、サーバにおいて、基地局毎に用意される。各端末には、信号を送信するためのターゲット基地局が設定され、ターゲット基地局に対するSFテーブルと混雑チャネルが送られて、保持される。

図３（a）のSFテーブルは、端末と基地局間の距離、及び基地局から端末への方角で規定されている。このSFテーブルは、無線伝搬モデルに基づき計算されるとする。端末−基地局間距離Rの間隔、方角の間隔や個数は任意に設定可能である。このため、全基地局に対して同一形式のテーブルを使用することができる。また、基地局毎に異なる形式のテーブルを使用することも可能である。例えば、基地局が設置される地形を考慮し、方角１と方角２で異なる角度間隔とすることもできる。

伝搬路モデルは、例えば、大都市伝搬モデル、中都市伝搬モデル、郊外地伝搬モデル、開放地伝搬モデルなどを使用できる。各基地局が設置される場所から適切な伝搬モデルを選択し、端末までの距離、基地局のアンテナ高などを伝搬モデルの式に入れることで、距離に対する伝搬損失が算出される。算出された伝搬損失から適切なSFを選択して、SFテーブルとする。また、方角により異なる伝搬モデルを使用することもできる。例えば、基地局の方角４方向に開放地が広がっている場合、方角１〜３に対しては中都市伝搬モデルを用い、方角４に対しては開放地伝搬モデルを用いることができる。

図３（b）の混雑チャネルは、特定のチャネルにアクセスが集中し、受信SNR（Signal-Noise Ratio）が低下しているチャネルを示す。端末は、このようなチャネルを回避して送信することで、パケットロスを防止できる。図３（b）の例では、チャネル数を18として、混雑チャネルのチャネル番号を示している。混雑チャネルは、時間と共に変わるため、常に更新される。更新の方法については、後で説明する。

本発明による端末の位置測定情報の送信方法を以下に説明する。図４は、端末が電源を入れた時の端末側の処理を表すフローチャートである。S11にて、端末の電源をONとする。S12にて、端末が位置追跡システムのネットワークに参加する。端末のネットワークへの参加は、まず、端末がGPS情報に基づき自身の位置を測定する。端末は、測定された位置情報を信号として発信する。端末の近傍にあり、端末からの信号を受信した基地局は、端末の識別情報及び位置情報をサーバに送信する。サーバは、端末の識別情報を受信することにより、サーバのメモリ内に保存される端末識別情報と比較する。サーバのメモリ内に同一の識別情報がない場合、新規の端末として登録される。メモリ内に同一の識別情報が存在する場合、当該端末が新たな位置追跡動作を開始したことを判断する。これにより、端末のネットワークへの参加が完了する。

端末からの送信信号が複数基地局で受信され、サーバに複数基地局から端末の位置情報が送られてきた場合、サーバは１つの基地局をターゲット基地局として選定する。サーバは、選定したターゲット基地局を介して、そのターゲット基地局情報、ターゲット基地局のSFテーブル及び混雑チャネルを端末に送信する。端末は、S13において、ターゲット基地局情報を受信し、S14において、そのターゲット基地局のSFテーブル及び混雑チャネルを受信する。端末は、S15において、GPSにより自身の位置測定を行う。端末は、受信したターゲット基地局情報に含まれるターゲット基地局の位置情報と自身の位置情報を用いて、S16において、ターゲット基地局との距離及び方角を算出する。S17において、ダウンロードされたターゲット基地局のSFテーブルを用いて、算出された距離及び方角から信号送信に使用するSFを決定する。端末は、決定されたSFを用いて、信号のスペクトル拡散を行う。S18において、混雑チャネル情報から混雑チャネルを特定し、混雑チャネル以外のチャネルを用いて信号を送信する。また、信号送信した位置情報は、前回の位置情報として保存される。

図５は、サーバにおける処理を示すフローチャートである。S21において、サーバは、基地局で受信された端末位置情報と基地局で測定された受信状態情報を基地局から受信する。受信状態情報には、信号受信強度（Received Signal Strength Indicator: RSSI）、SNR、パケットエラーなどが含まれる。S22において、端末位置情報から、端末の識別情報及び位置情報を抽出して、保存する。サーバは、サーバ内に登録されている端末識別情報と比較し、同一識別情報の端末に対応するメモリ内に位置情報を時間系列で保存していく。

端末から送信された信号は複数の基地局で受信される可能性がある。このため、複数の基地局で受信された信号が、サーバに伝送されることになる。サーバは、同一端末の同一フレームカウンタ値を持つ信号に含まれる位置情報をクロスチェックする。ここで、位置情報が異なる場合、それらの位置情報を破棄することができる。あるいは、最も受信状態の良い（例えば、SNRが高い）信号の位置情報を選択することができる。また、端末にダウンリンク信号を伝送ためのターゲット基地局を決定する必要がある。ダウンロード信号には、基地局位置、SFテーブルや混雑チャネル、あるいは、端末からの送信信号に対するACKや端末に対する制御情報を含めることができる。S23において、サーバは、ターゲット基地局を決定する。これには、２つの方法が考えられる。１つは、受信強度またはSNRの高い信号の基地局をターゲット基地局とする。他の１つは、端末に距離的に近い基地局をターゲット基地局とする。これは、端末位置と各基地局位置から決定される。決定されたターゲット基地局の情報は、サーバ内の当該端末用に割当てられたメモリ内に保存される。

S24において、決定されたターゲット基地局とメモリ内に保存されているターゲット基地局（即ち、前回の端末位置に対して決定されたターゲット基地局）を比較し、決定されたターゲット基地局がメモリ内のターゲット基地局から変更されたかを判定する。ターゲット基地局の変更があった場合、端末の移動により、端末が新たに決定されたターゲット基地局の範囲内に入ったと判断する。このため、サーバは、S25において、ターゲット基地局情報及びそのターゲット基地局のSFテーブルと混雑チャネルをターゲット基地局を介して端末に送信する。但し、混雑チャネルは、刻々と変化するため、ターゲット基地局の変更がない場合でも随時送信することができる。

ターゲット基地局の変更がない場合、端末は、これまでのターゲット基地局の範囲内に留まっていると判断する。この場合、端末がターゲット基地局に送信する信号のSFが適切なものであるかを判定する。S26において、受信強度、パケットエラーが基準値を満足するかの判定を行う。基準値を満足する場合、SFを下げるよう端末に指示する。一方、基準値を満足しない場合、SFを上げるよう端末に指示する。あるいは、受信強度、パケットエラーが基準値〜基準値＋αの範囲内にある場合、SFを現状維持とすることもできる。

図６は、ネットワークに参加後の端末側の処理のフローチャートである。S31において、基地局から端末向けダウンロード信号に、ターゲット基地局変更の情報が含まれているかを確認する。ターゲット基地局が変更された場合、端末は、S32において、ターゲット基地局情報を受信する。ターゲット基地局情報は、ターゲット基地局の位置情報を含む。更に、S33において、そのターゲット基地局のSFテーブルと混雑チャネルを受信する。S34において、端末は、GPS情報を用いて、自身の位置測定を行う。端末は、新たなターゲット基地局の位置情報と自身の位置情報を用いて、S35において、ターゲット基地局に対する距離及び方角を算出する。S36において、新たなターゲット基地局のSFテーブルを用いて、算出された距離及び方角から信号送信に使用するSFを決定する。また、S37において、混雑チャネルから特定された混雑チャネル以外のチャネルを用いて信号を送信する。送信した位置情報は、前回の位置情報として更新される。

ターゲット基地局の変更がない場合、端末は、S38において、前回受信したターゲット基地局からSF情報を受信する。S39において、端末は自身の位置を測定する。現在位置と前回測定された位置とを比較し、前回位置からの移動距離を算出する。S40において、移動距離と閾値１を比較する。移動距離が閾値１以上の場合、前回使用したSFテーブル内の１つのエリアから別のエリアに移動した可能性があると判断する。例えば、SFテーブルの（100〜200 m、方角２）エリアから（200〜300 m、方角２）エリア、あるいは、（100〜200 m、方角３）エリアなどに移動した可能性がある。このため、新たな位置に適したSFを決定する必要が生じる。S35において、現在位置とターゲット基地局との距離及び方角を算出する。S36において、SFテーブルを用いて、算出された距離及び方角から信号送信に使用するSFを決定する。ここでのターゲット基地局は、前回測定時と同一のターゲット基地局である。端末は、新たに決定されたSFを用いて信号のスペクトル拡散を行い、S37において、混雑チャネルを避けて、信号を送信する。

前回位置からの移動距離が閾値１未満の場合、端末の移動量が少なく、前回使用したSFテーブル内の１つのエリアに留まっていると判断する。S41において、前回使用したSFを受信したSF情報で更新する。端末は、更新されたSFを用いてスペクトル拡散を行い、S37において、混雑チャネルを避けて、信号を送信する。このように端末の移動量が少ないと考えられる場合、SFテーブルを用いた新たなSFの決定を行わないことで、不要な演算を減らすことができる。

移動距離と閾値１との比較について、図７のフローチャートを用いて、詳細に説明する。S51において、前回位置からの移動距離を算出する。これは、図６におけるS39に相当する。S52において、移動距離と閾値１とを比較する。移動距離が閾値１以上場合、S53において、測定された位置を前回位置として保存する。そして、S54において、信号送信する。一方、移動距離が閾値１未満の場合、S55において、測定された位置を前回位置として保存せず、S54において、信号送信する。この場合、数回の位置測定後の合計の移動距離が閾値１以上となったとき、前回位置として保存される。

本発明のその他の実施例として、図８に端末の移動速度に応じたSFの補正処理についてのフローチャートを示す。S61において、端末の位置を測定し、移動距離を算出する。S62において、移動距離と閾値１とを比較する。移動距離が閾値１未満の場合、S63において、端末は低速以下で移動していると判断する。S63において、SF情報により更新されたSFで送信を行う。S63は、図６におけるS41に相当する。移動距離が閾値１以上の場合、S64において、移動速度を算出する。移動速度は、算出された移動距離と位置測定の間隔から算出できる。S65において、移動速度と閾値２とを比較する。移動速度が閾値２未満の場合、S66において、端末は低速で移動していると判断する。S66において、SFテーブルに基づいて、新たなSFを決定し、決定したSFを用いて送信する。移動速度が閾値２以上の場合、S67において、更に、移動速度を閾値３と比較する。移動速度が閾値３未満の場合、S68において、端末は中速で移動していると判断する。端末の移動速度が速くなると、受信精度が劣化してくる。このため、S68において、前回指定されたSF番号よりN大きいSF番号のSFを用いて送信する。移動速度が閾値３以上の場合、S69において、高速移動と判断する。端末が高速移動すると、受信が困難となるため、送信は行わないとする。

図３において、SFテーブルを伝搬モデルより決定し、基地局からの距離と方角によりSFを割り当てている。その他のSFテーブルとして、図９に示すように、対象エリアをメッシュ状に区切り、各メッシュに対応するSFを割り当てることができる。

更に、SFテーブルを統計データに基づき更新することもできる。統計データは、基地局が受信した各エリア内にいる端末からの送信信号について、チャネル別、SF毎に、パケットロス率、SNR、信号受信強度（RSSI）の平均を算出することで得られる。平均は、最新のNパケットを用いて行う。

図１０は、SFテーブルにおいてSFを割り当てるエリアの例を示す図である。図１１は、１つの基地局で受信された複数の端末からの信号についての信号情報と受信状態情報を時系列で並べたデータを示すものである。サーバは、各端末の位置情報から端末がいるエリアを算出する。信号情報には、端末が送信に使用したチャネルとSF番号が含まれる。受信状態情報には、基地局でのパケットロス、SNR、RSSIが含まれる。パケットロスは、パケットロスがない場合に0とし、パケットロスがある場合に1とした。

続いて、サーバは、エリア、チャネル、SF毎に、統計をとり、パケットロス率、平均SNR、平均RSSIを算出する。平均を算出するサンプル数として、基地局で受信された全パケット数がN1になった時に、基地局全体として各平均を算出することができる。あるいは、エリア、チャネル、SF毎に、受信されたパケット数がN2になった時に、エリア、チャネル、SF毎に平均を算出することもできる。図１２に、エリア、チャネル、SF毎のパケットロス率、平均SNR、平均RSSIの例を示す。

図１２で示した統計結果から各エリアで使用されるSFを決定する。各エリアにおいて、平均パケットロス率が閾値以下となる最小のSFを選択する。例えば、パケットロス率の閾値を10^-6とすると、エリアA1のチャネル１では、閾値を満足する最小のSFはSF7となる。チャネル６では、閾値を満足する最小のSFはSF８となる。図２に示すようにSF７より小さいSF番号を使用しないとすると、エリアA1のSFとしてSF7が選択される。エリアA8のチャネル１では、閾値を満足する最小のSFはSF9となる。エリアA8の他のチャネルにおいて、閾値を満足する最小のSFがSF9より小さいSF番号でなければ、エリアA8のSFとしてSF9が選択される。

このような方法により、各エリアのSFを決定し、SFテーブルを更新する。基地局において、統計データを得るほどのサンプル数がない場合、SFテーブルの更新は行わない。また、SFテーブルは、時間帯に応じて、用意することができる。例えば、日中と夜間では、人や車両の量が異なり、信号の干渉量も異なる。このため、日中と夜間で使用するSFテーブルを別とすることができる。

続いて、混雑チャネルの決定について説明する。各エリアで、決定されたSFにおいて、平均RSSI値が閾値以上で、平均SNRが閾値以下となるチャネルを混雑チャネルとする。例えば、図１２の例において、エリアA1では、SFとしてSF7が選択されるとする。エリアA1において、SF7の全チャネルの平均RSSI値が閾値以上だとする。平均SNRの閾値を20 dBとすると、チャネル１では、SF7の平均SNRは閾値を満たす。しかし、チャネル６では、SF7の平均SNRは閾値以下となる。このため、エリアA1において、チャネル６は、混雑チャネルとして決定される。

また、フロアノイズレベルを用いて、混雑チャネルを決定することができる。判定を行うチャネルにおいて、通信が行われていない期間、そのチャネルのフロアノイズレベルを測定する。測定されたフロアノイズレベルが閾値以上の場合、そのチャネルを混雑チャネルとして決定する。

図１３に、端末の装置構成を示す。図１３において、参照番号21は端末装置、22は位置測定部、23は計算制御部、24は情報保持部、25は送信部、26は受信部を表す。位置測定部22は、GPS衛星からのGPS信号を受信して、自身の位置を算出する。算出された位置情報は、サーバに送るために送信部25に送られる。情報保持部24は、基地局を介してサーバから送られるターゲット基地局情報、SFテーブル、混雑チャネルなどを保持する。計算制御部23は、自身の位置と基地局位置からターゲット基地局に対する距離及び方角を算出し、情報保持部24内のSFテーブルを用いてSFを決定する。送信部25は、決定されたSFを用いて、位置情報の信号をスペクトル拡散して、送信する。

図１４にサーバの装置構成を示す。図１４において、参照番号31はサーバ装置、32は送信部、33は受信部、34はSFテーブル保持部、35はSFテーブル更新部、36は端末情報保持部を表す。受信部33は、基地局を介して送られてくる端末の位置情報や受信状態情報を受信する。端末情報保持部36は、各端末の位置情報、ターゲット基地局情報を時系列で保持する。端末がネットワークに新たに参加する度に、新たな時系列データ用にメモリが割当てられる。また、同一端末の位置情報が複数の基地局から送信される場合、受信SNR等に基づき、ターゲット基地局を決定する。SFテーブル保持部34は、各基地局に対するSFテーブルを保持する。端末のターゲット基地局が変更された際には、新たなターゲット基地局のSFテーブルをターゲット基地局を介して端末に送信する。SFテーブル更新部３５は、受信されたパケットの受信情報に基づいた統計データからSFテーブルの更新を行う。本システムを用いて、端末の管理を行うユーザは、自身のパソコン等のユーザ装置から端末情報保持部66にアクセスし、端末の位置情報を取り出すことができる。

上記の実施例では、位置測定機能を備えた端末は、GPSを用いて位置測定を行うものとした。しかし、その他の方法により端末の位置測定を行うことができる。以下に、Wi-Fiビーコンを用いる方法とBT（Bluetooth）ビーコンを用いる方法を説明する。

図１５は、Wi-Fiビーコンを用いた端末の位置追跡システムの概略図である。図１５において、41はWi-Fiビーコン用いた位置測定機能を備えた端末、42はWi-FiのアクセスポイントAP1、43はアクセスポイントAP2、44はアクセスポイントAP3、45は基地局BSを表す。ここで、基地局BS(45)は、図１に示される基地局BS1(13)、BS2(14)、BS3(15)の１つに相当し、各基地局はサーバ16に接続される。

サーバ16は、各基地局とその基地局のセル内にあるアクセスポイントのアクセスポイント情報を保存する。アクセスポイント情報は、例えば、アクセスポイントのSSID（Service Set Identifier）とAP位置である。SSIDは、アクセスポイントのネットワーク識別子である。図１６は、基地局とアクセスポイントのSSID、AP位置の関係を示す例である。図１５に示される構成に対応して、BS(45)のセル内にAP1(42)、AP2(43)、AP3(44)が配置されているとする。

端末41は、図４のS13、または図６のS32において、ターゲット基地局情報を受信する際に、ターゲット基地局配下のアクセスポイント情報をダウンロードする。アクセスポイント情報のダウンロードは、ターゲット基地局が変更される度に行われる。

アクセスポイントは、Wi-Fi通信のため、SSIDや通信に必要なパラメータを含むWi-Fiビーコンを報知している。端末は、複数のアクセスポイントから報知されるWi-Fiビーコンを監視し、最も受信強度が高いアクセスポイントを選定する。選定されたアクセスポイントからのWi-Fiビーコンに含まれるSSIDとダウンロードしたアクセスポイント情報に含まれるSSIDを比較し、一致するSSIDに対応するAP位置を端末位置と判定する。

図１５の例において、端末41は、AP1(42)からのWi-Fiビーコンが最も強いと判断し、AP1(42)のAP位置（x1, y1）を端末位置とする。この処理は、図４におけるS15、図６におけるS34またはS39に相当する。測定された端末位置は、サーバに報告されると共に、本発明により、信号送信時のSF決定に使用される。

図１７は、BTビーコンを用いた端末の位置追跡システムの概略図である。原理は、上記のWi-Fiビーコンを用いた方法と同じである。図１７において、51はBTビーコン用いた位置測定機能を備えた端末、52はBTのビーコンデバイスBD1、53はビーコンデバイスBD2、54はビーコンデバイスBD3、55は基地局BSを表す。ここで、基地局BS(55)は、図１に示される基地局BS1(13)、BS2(14)、BS3(15)の１つに相当し、各基地局はサーバ16に接続される。

サーバ16は、各基地局とその基地局のセル内にあるビーコンデバイスのビーコンデバイス情報を保存する。ビーコンデバイス情報は、例えば、ビーコンデバイスのUUID（Universally Unique Identifier）とBD位置である。UUIDは、ビーコンデバイスのネットワーク識別子である。ビーコンデバイス情報は、図１６に示されるアクセスポイント情報と同様の構成とすることができる。

端末51は、図４のS13、または図６のS32において、ターゲット基地局情報を受信する際に、ターゲット基地局配下のビーコンデバイス情報をダウンロードする。ビーコンデバイス情報のダウンロードは、ターゲット基地局が変更される度に行われる。

ビーコンデバイスは、BT通信のため、UUIDや通信に必要なパラメータを含むBTビーコンを報知している。端末は、複数のビーコンデバイスから報知されるBTビーコンを監視し、最も受信強度が高いビーコンデバイスを選定する。選定されたビーコンデバイスからのBTビーコンに含まれるUUIDとダウンロードしたビーコンデバイス情報に含まれるUUIDを比較し、一致するUUIDに対応するBD位置を端末位置と判定する。

図１７の例において、端末51は、BD1(52)からのBTビーコンが最も強いと判断し、BD1(52)のBD位置（x1, y1）を端末位置とする。この処理は、図４におけるS15、図６におけるS34またはS39に相当する。測定された端末位置は、サーバに報告されると共に、本発明により、信号送信時のSF決定に使用される。

１０ 位置追跡システム
１１ GPS衛星
１２、４１、５１ 端末
１３〜１５、４５、５５ 基地局
１６ サーバ
１７ ユーザ装置
２１ 端末装置
２２ 位置測定部
２３ 計算制御部
２４ 情報保持部
２５ 送信部
２６ 受信部
３１ サーバ装置
３２ 送信部
３３ 受信部
３４ SFテーブル保持部
３５ SFテーブル更新部
３６ 端末情報保持部
４２〜４４ アクセスポイント
５２〜５４ ビーコンデバイス

Claims (12)

1. 位置測定機能を具備した端末が、位置測定情報をサーバに送信する方法であって、
   前記サーバから、ターゲット基地局を介して前記ターゲット基地局の位置を含むターゲット基地局情報を受信するステップと、
   前記サーバから、前記ターゲット基地局を介して前記ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネル情報を受信するステップと、
   前記位置測定機能を用いて、前記端末の位置を測定するステップと、
   前記ターゲット基地局の位置と前記端末の位置とから、前記ターゲット基地局との距離及び方角を算出するステップと、
   前記ターゲット基地局の前記拡散率テーブルを用いて、前記ターゲット基地局との距離及び方角に対応する拡散率を決定するステップと、
   前記端末の位置を含むデータを前記決定された拡散率でスペクトル拡散し、送信信号を生成するステップと、
   送信可能なチャネルの中から、前記混雑チャネル情報に含まれる混雑チャネル以外のチャネルを用いて前記送信信号を送信するステップと、
   を有する、位置測定情報の送信方法。
2. 前記サーバから、ターゲット基地局の変更に関する情報を受信すると、新たなターゲット基地局を介して新たなターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネル情報を受信するステップと、を更に有する、請求項１に記載の位置測定情報の送信方法。
3. 所定の時間間隔毎に、前記位置測定機能を用いて、前記端末の位置を測定するステップと、
   前記測定された端末の位置に対する前回位置からの移動距離が第１の閾値以上か否かを判定するステップと、
   前記測定された端末の位置を前記前回位置として保存するステップと、
   前記移動距離が前記第１の閾値未満の場合、前回使用した拡散率と同じ拡散率で、前記端末の位置を含むデータをスペクトル拡散するステップと、
   前記移動距離が前記第１の閾値以上の場合、
   前記ターゲット基地局の位置と前記端末の位置とから、前記ターゲット基地局との距離及び方角を算出するステップと、
   前記ターゲット基地局の前記拡散率テーブルを用いて前記ターゲット基地局との距離及び方角に対応する拡散率を決定するステップと、
   前記端末の位置を含むデータを前記決定された拡散率でスペクトル拡散するステップと、
   を更に有する、請求項１に記載の位置測定情報の送信方法。
4. 前記移動距離が前記第１の閾値以上の場合、
   前記移動距離と前記所定の時間間隔から、前記端末の移動速度を算出するステップと、
   前記移動速度が第２の閾値未満であるとき、前記ターゲット基地局の位置と前記端末の位置とから、前記ターゲット基地局との距離及び方角を算出し、前記ターゲット基地局の前記拡散率テーブルを用いて前記ターゲット基地局との距離及び方角に対応する拡散率を決定するステップと、
   前記移動速度が前記第２の閾値以上であり、第３の閾値未満であるとき、拡散率を前回使用した拡散率より大きい拡散率に更新するステップと、
   前記移動速度が前記第３の閾値以上であるとき、前記送信信号を送信しないステップと、
   を有する、請求項３に記載の位置測定情報の送信方法。
5. 前記位置測定機能は、GPS、Wi-FiまたはBTのいずれかによる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の位置測定情報の送信方法。
6. 位置測定機能を具備した端末の位置測定情報をサーバが管理する方法であって、
   基地局を介して、前記端末の位置情報及び前記端末からの信号の受信状態情報を受信するステップと、
   複数の基地局から前記端末の位置情報及び前記受信状態情報を受信した場合、前記複数の基地局の前記受信状態情報から前記端末に対するターゲット基地局を決定するステップと、
   前記端末の位置情報及び前記受信状態情報を保存するステップと、
   前記端末に対する前記決定されたターゲット基地局が前回ターゲット基地局と異なる場合、前記決定されたターゲット基地局を介して、ターゲット基地局情報、ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネルを前記端末に送信するステップと、
   前記決定されたターゲット基地局を前記前回ターゲット基地局として保存するステップと、
   を有する、位置情報管理方法。
7. 前記ターゲット基地局の拡散率テーブルは、伝搬路モデルを用いて算出された伝搬損失から決定される、請求項６に記載の位置情報管理方法。
8. 前記ターゲット基地局の拡散率テーブルは、複数の端末から送信された信号の受信状態情報の統計データを用いて更新される、請求項７に記載の位置情報管理方法。
9. 位置測定機能を具備した端末であって、
   サーバから、ターゲット基地局を介して前記ターゲット基地局の位置を含むターゲット基地局情報、前記ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネル情報を受信する受信部と、
   前記位置測定機能を用いて、前記端末の位置を測定する位置測定部と、
   前記受信されたターゲット基地局情報、前記ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネル情報を保存し、前記端末の位置を前回位置として保存する情報保持部と、
   前記ターゲット基地局の位置と前記端末の位置とから、前記ターゲット基地局との距離及び方角を算出し、前記ターゲット基地局の前記拡散率テーブルを用いて、前記ターゲット基地局との距離及び方角に対応する拡散率を決定する計算制御部と、
   前記端末の位置を含むデータを前記決定された拡散率でスペクトル拡散し、送信信号を生成し、送信可能なチャネルの中から、前記混雑チャネル情報に含まれる混雑チャネル以外のチャネルを用いて前記送信信号を送信する送信部と、
   を有する、端末。
10. 前記位置測定機能は、GPS、Wi-FiまたはBTのいずれかによる、請求項９に記載の端末。
11. 位置測定機能を具備した端末の位置測定情報を管理するサーバであって、
    基地局を介して、前記端末の位置情報及び前記端末からの信号の受信状態情報を受信する受信部と、
    複数の基地局から前記端末の位置情報及び前記受信状態情報を受信した場合、前記複数の基地局の前記受信状態情報から前記端末に対するターゲット基地局を決定し、前記端末の位置情報及び前記受信状態情報を保存し、前記決定されたターゲット基地局を前回ターゲット基地局として保存する端末情報保持部と、
    各基地局に対する基地局情報、拡散率テーブル及び混雑チャネルを保存する拡散率テーブル保持部と、
    前記拡散率テーブルを更新する拡散率テーブル更新部と、
    前記決定されたターゲット基地局を介して、ターゲット基地局情報、ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネルを前記端末に送信する送信部と、
    を有する、サーバ。
12. 位置測定機能を具備した端末の位置追跡を行う位置追跡システムであって、
    位置測定機能を具備した端末と、
    前記端末からの送信信号を受信する複数の基地局と、
    前記端末の位置測定情報を管理するサーバと、
    を有し、
    前記サーバは、各基地局に対する基地局情報、拡散率テーブル及び混雑チャネルを保存し、前記端末に対するターゲット基地局を決定し、前記決定されたターゲット基地局を介して、前記ゲット基地局情報、ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネルを前記端末に送信し、
    前記端末は、前記サーバから、前記ターゲット基地局を介して前記ターゲット基地局の位置を含むターゲット基地局情報、ターゲット基地局の拡散率テーブル及び混雑チャネル情報を受信し、前記位置測定機能を用いて、前記端末の位置を測定し、前記ターゲット基地局の位置と前記端末の位置とから、前記ターゲット基地局との距離及び方角を算出し、前記ターゲット基地局の前記拡散率テーブルを用いて、前記ターゲット基地局との距離及び方角に対応する拡散率を決定し、前記端末の位置を含むデータを前記決定された拡散率でスペクトル拡散し、送信信号を生成し、送信可能なチャネルの中から、前記混雑チャネル情報に含まれる混雑チャネル以外のチャネルを用いて前記送信信号を送信する、位置追跡システム。