JP6352774B2 - デバイス選択方法、端末、コンピュータプログラム - Google Patents

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本発明は、無線電波を送信するデバイスが複数存在する環境において、端末が接続するデバイスを選択するデバイス選択方法、端末、及コンピュータプログラムに関する。
近年、IEEE802.11a/bに代表される無線LANや、Bluetooth(登録商標)等の近距離無線機能を搭載したデバイスや携帯端末が増えている。携帯端末(以降、端末)は、デバイスに対してホスト(host)的な役割を担う。これらの近距離無線技術を利用したデバイスと端末との通信の確立シーケンスは、次のようになる。
(1)接続可能デバイスの検索、(2)接続可能デバイスリストの作成、(3)接続先デバイスの選択、(4)暗唱番号(PINコード)などの認証、(5)接続確立、(6)通信開始、この6つの手順を踏むことで、デバイスと端末との通信が確立する。この手順はペアリングと称され、端末にデバイスを登録してデバイスを利用するために行う。この通信の確立シーケンスにおいて、デバイスは主に送信端末、端末は主に受信端末として機能する。ここで、(3)の接続先デバイスの選択の手順が、一般の利用者にとって難しいという問題がある。
そこで従来からデバイスの選択を容易にする目的で、デバイスと端末に専用ボタンを用意して、専用ボタンをある手順とタイミングで押下することでデバイスの発見・接続を行う方法が考えられている。また、電波の受信強度(RSSI:Received Signal Strength Identifier)を用いて端末間の距離の推定精度を向上させる方法が提案されている(特許文献1)。この方法を応用すれば最も距離が近い端末同士を接続させる方法が考えられる。
特開2014−120990号公報
デバイスの選択には、製造者が既定した識別子や型番の入力が必要である。利用者にとって、この識別子や型番が分かり難い。特にデバイスが複数存在する場合、利用者は、取扱い説明書等で識別子や型番を確認しなければ接続するデバイスを選択することが難しい。例えば利用者が把持しているスマートフォン(端末)とヘッドセット(デバイス)を接続させようとした場合に、スマートフォンの表示に接続可能なデバイスの識別子や型番が表示されても、利用者がそれを正しく選択するのは困難である。このように(3)の手順は、デバイスを使い始めるときの障壁になっている。
従来の前者の方法では、専用のボタンが必要でありコストアップの原因となる。また、専用のボタン(部品)はデザインを制約するなどの課題がある。また、後者の方法では、RSSIの値のみを参照した場合、送信出力やフェージングの影響により数十センチから数メートルの単位で誤差が生じる。特に、電波の伝搬特性が未知の環境(例えば自宅内等)においては、RSSIの値のみを参照しても至近のデバイスを識別することは困難であり、誤接続してしまう課題がある。
本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、専用の部品を必要とせず、且つ、確実にデバイスを選択できるデバイス選択方法、端末、及コンピュータプログラムを提供することを目的とする。
本発明のデバイス選択方法は、端末がデバイスを選択するデバイス選択方法であって、複数の前記デバイスから電波を受信する受信ステップと、自端末の移動軌跡情報を用いて受信強度推定パターンを生成するパターン生成ステップと、前記受信強度推定パターンと前記受信ステップで受信した前記デバイスの各々の受信強度パターンとを照合し、前記受信強度推定パターンに最も近似する前記受信強度パターンを送信した前記デバイスを、複数の前記デバイスの中から選択するデバイス選択ステップとを行う。
また、本発明の端末は、複数のデバイスから電波を受信する受信部と、自端末の移動軌跡情報を用いて受信強度推定パターンを生成するパターン生成部と、前記受信強度推定パターンと前記デバイスの各々の受信強度パターンとを照合し、前記受信強度推定パターンに最も近似する前記受信強度パターンを送信した前記デバイスを、複数の前記デバイスの中から選択するデバイス選択部とを具備する。
また、本発明のコンピュータプログラムは、コンピュータを上記の端末として機能させるものである。

本発明によれば、専用の部品が不要でありコストアップにならない。また、接続したいデバイスを確実に選択することができる。
本実施の形態のデバイスを選択する方法を概念的に示す図である。 本実施の形態のデバイス選択方法を適用した無線システム1の機能構成例を示す図である。 無線システム1を構成する端末20の動作フローを示す図である。 受信強度記録部22に記録された受信強度のデータの例を示す図である。 無線システム1の変形例の無線システム2の機能構成例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
先ず、図1を参照して本実施の形態のデバイス選択方法の要旨を説明する。図1の(a),(b),(c)は、横軸が経過時間(t)、縦軸が受信強度(RSSI)であり、受信強度の変動パターンを模式的に示す。
図示しない利用者の周りには、近距離無線機能を備えた複数のデバイス10a,10bが存在すると仮定する。デバイス10aは例えばテーブルの上に置かれたヘッドセットであり、デバイス10bは例えばウオッチであり利用者の左手首に装着されていると仮定する。
利用者が所持するスマートフォン20(以降、端末20)に、デバイス10aを接続して音楽を楽しみたい場合、デバイス10aを端末20に接続して登録する必要がある。そのために端末20は、複数のデバイスの中からデバイス10aを選択する必要がある(上記の(3)の手順)。
本実施の形態では、デバイス10aを選択する方法として例えば、利用者が右手で把持する端末20を、デバイス10aの近傍にかざして円を描くように移動させるジェスチャ(gesture)を行う。ここで近傍とは、デバイス10aを中心とした同一平面上の直径数十センチの範囲、又は、異なる平面上の同一直径の範囲である。
デバイス10aの送信する電波が無指向性で放射されていると仮定すると、移動させた端末20で受信する受信強度は、デバイス10aと端末20との間の距離が概ね一定であるので、その強度パターンは図1(a)に示すように一定になると考えられる。
一方、端末20はデバイス10bからの電波も受信する。端末20とデバイス10bとの距離は近づいたり遠ざかったりするので、端末20で受信するデバイス10bの電波の受信強度は、強まり、弱まり、強まると変動し、図1(b)に示すようにカーブを描くと考えられる。
このように端末20で受信する受信強度パターンは、デバイス10a,10bと端末(スマートフォン)20との位置の関係によって異なる。本実施の形態では、ジェスチャから推定される推定受信強度パターン(図1(a))と、端末20が実際に受信した受信強度パターン(図1(c))とを照合し、例えば両方のパターンが最も近似するデバイス10aを接続先として選択する。
このように選択対象である特定のデバイスから受信されることが予想される受信強度推定パターンを基に デバイスを選択することができる。このデバイス選択方法によれば、従来必要であった識別子や型番等の入力を不要にすることができる。
以降において、本実施の形態の具体的な機能構成例を示してその動作を詳しく説明する。図2に、本実施の形態のデバイスを選択する方法を適用した無線システム1の機能構成例を示す。無線システム1は、複数のデバイス10a,10b,…,10nと、端末20とで構成される。各デバイス10a,10b,…,10nと端末20は、例えばROM、RAM、CPU等で構成されるコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて、CPUがそのプログラムを実行することで実現されるものである。
デバイス10aと他のデバイス10bとは異なる機器である。例えば、デバイス10aはヘッドセット、10bはウオッチであるとして説明する。デバイス10aと10bは、機能や製造者は異なるが、同一規格の近距離無線技術に適合した送信部11a,11bをそれぞれ具備している。なお、デバイス10a,10bのそれぞれに必要な一般的な機能構成部の表記は省略している。以降で説明する他のデバイスと端末についても同様である。
端末20は例えばスマートフォンである。端末20は、受信部21と、受信強度記録部22と、移動軌跡計算部23と、受信パターン生成部24と、パターン生成部25と、デバイス選択部26とを具備する。
端末20の動作フローを示す図3も参照してその動作を説明する。受信部21は、デバイス10a,10b,…,10nと同一規格の近距離無線技術に適合した受信部である。よって受信部21は、複数のデバイス10a,10b,…,10nの電波を受信する(ステップS1)。
受信強度記録部22は、受信部21で受信した電波の受信強度を記録する。受信強度は、例えばデバイス10aと端末20とがペアリングされるまでの時間記録される。ペアリングされるまでの時間は、数秒〜数十秒の時間であり、その間、例えば60msec程度の時間間隔で受信強度が記録される。
図4に、受信強度記録部22に記録された受信強度の例を示す。図4の1行目はデバイスを識別する端末ID、2行目は受信強度(RSSI)(dBm)、3行目は経過時間(msec)である。端末IDのAはデバイス10a、端末IDのBはデバイス10bを表す。
移動軌跡計算部23は、端末20(自端末)に加わる加速度と角速度を測定して自端末の移動軌跡情報を計算する(ステップS2)。移動軌跡計算部23は、端末20(スマートフォン)に標準的に実装される加速度センサとジャイロセンサを用いて自端末に加わる加速度と角速度を測定する。測定した加速度と角速度から移動軌跡情報は、周知の方法で計算することができる。以降において、加速度センサとジャイロセンサとを含めて慣性センサと称する。
ステップS1とステップS2の処理は、所定時間が経過するまで繰り返される(ステップS3の所定時間以内)。所定時間は、例えば上記のペアリングされるまでの時間である。
ペアリングされるまでの間、利用者は、例えば右手で把持した端末20(受信部21を実装)を、テーブル上に置かれたデバイス10aの上の数十センチの空間において当該デバイス10aを中心として円を描くように移動させるジェスチャを実行する(図1の太線矢印)。
所定時間の経過後(ステップS3の所定時間経過)、受信パターン生成部24は、受信強度記録部22に記録された電波の受信強度を読み出してデバイスの各々の受信強度パターンを生成する(ステップS4)。受信強度パターンは、経過時間に対する受信強度の変動を表す。
上記の様に、デバイス10a(端末ID:A)の上の空間において端末20を円を描くように移動させると、図4に示すような受信強度が受信強度記録部22に記録される。デバイス10aの受信強度は、1msec後が−10dBm、60msec後が−11dBm、1080msec後が−11dBmとほぼ同じ値である。これは、デバイス10aに対して円を描くように端末20を移動させているので、両者間の距離が大きく変化しないためである。
一方、デバイス10b(端末ID:B)の受信強度は、1msec後が−23dBm、60msec後が−15dBm、1080msec後が−18dBmと大きく変動している。これは、利用者の行うジェスチャによって、利用者の左手首に装着されたデバイス10bと右手で把持した端末20との間の距離が変化するためである。このように、利用者の行うジェスチャによって受信強度パターンに差が生じる。
パターン生成部25は、移動軌跡計算部23で計算した移動軌跡情報を用いて受信強度推定パターンを生成する(ステップS5)。パターン生成部25は、移動軌跡情報が「円」の場合、デバイス10aと端末20の間に距離的な変化は存在しないと予測されるため、受信強度が一定で変化のない受信強度推定パターンを生成する。受信強度推定パターンは振幅が一定(RSSI=α)で、その時間幅は受信強度パターンと同じ時間幅で生成される。なお、受信強度推定パターンの振幅(α)の絶対値については意味がない。
デバイス選択部26は、パターン生成部25が生成した受信強度推定パターンとデバイス10a,10bの各々の受信強度パターンとを照合し(ステップS6)、受信強度推定パターンに最も近似する受信強度パターンを送信したデバイスを、複数のデバイスの中から選択する(ステップS7)。デバイス選択部26は、受信強度推定パターンの形状に最も近似する受信強度パターンを送信したデバイスを選択する。
この例では、受信強度推定パターンは一定であるので、この受信強度推定パターンに、パターンの形状が最も近いデバイス10aが接続先として選択される。選択する方法には、例えば、一定時間ごとにそれぞれのパターンを区切ってベクトルに変換し、コサイン類似度などで類似度を算出して類似度が最も大きいものを選択する周知の方法を用いることができる。
なお、所定の類似度が得られない場合は、近似する受信強度パターンが無いとして動作を終了する(ステップS6の近似するもの無)。
以上説明したように本実施の形態によれば、電波を受信する端末20において、デバイス10a,10b毎に受信した受信電波強度を一定時間収集して得られる時系列的な受信強度の変化パターンである受信強度パターンと、接続先として選択するデバイスから受信されると予測される受信強度の変化パターンである受信強度推定パターンとの照合を行い、受信強度推定パターンに最も近似する受信強度パターンを送信するデバイスを接続先として選択する。したがって、デバイス10aと端末20との通信を確立するのに、識別子や型番等の情報を入力しなくてよい。
また、端末20は、利用者が接続したいデバイスの近傍で行う簡単なジェスチャによってデバイスを選択する。ジェスチャは、端末20(スマートフォン)がその姿勢を検出する目的で備えている慣性センサを利用することで検出することができる。したがって、本実施の形態を実施する場合に、従来技術では必要であった専用の部品(例えばボタン)の追加が不要であり、余分なコストを生じさせない。
なお、端末20側を利用者のジェスチャによって移動させる例で説明を行ったが、デバイス10a側をジェスチャによって移動させることで端末20にデバイスを選択させるようにしてもよい。次に、デバイス側を移動させる場合の本実施の形態の変形例について説明する。
〔変形例〕
図5に、無線システム1(図2)の変形例の無線システム2の機能構成例を示す。無線システム2は、複数のデバイス210a,210b,…,210nと、端末220とで構成される。
デバイス210aと他のデバイス210bとは、無線システム1と同様に異なる機器であるが、同一規格の近距離無線技術に適合した送信部211a,211bをそれぞれ具備している。デバイス210aは、例えば慣性センサを備えた運動量を計測するウオッチと仮定する。
デバイス210a,210bは、各デバイスの移動軌跡情報を計算する移動軌跡計算部212a,212bを具備する。移動軌跡計算部211a,212bは、移動軌跡計算部23(図2)と同じものである。移動軌跡情報は、送信部211a,211bを介して端末20に送信される。
端末220は、受信部221と、移動軌跡情報記録部227と、移動軌跡パターン生成部228と、デバイス選択部226とを具備する。受信部221は、デバイス210a,210bから送信されて来る電波を受信する。
移動軌跡情報記録部227は、受信部221で受信した移動軌跡情報をデバイス210a,210bの各々について記録する。移動軌跡パターン生成部228は、移動軌跡情報記録部227に記録された移動軌跡情報をデバイスの各々について読み出して移動軌跡パターンを生成する。
例えば、テーブルの上に置いた端末220の上の所定の空間の範囲において、利用者が把持したデバイス210aを、端末220を中心として円を描くジェスチャで移動させたと仮定する。その場合のデバイス210aの移動軌跡情報は、所定の大きさを持って変動する値となり、その値を座標上に展開すると円が描ける情報である。
デバイス選択部226は、デバイス210a,210bの各々の移動軌跡パターンの変化量の最大値が所定値以上の大きさである場合に、当該移動軌跡情報を送信したデバイスを、複数のデバイスの中から選択する。この例では、移動軌跡パターンの変化量の最大値はジェスチャで描かれた円の直径に相当する移動軌跡情報の値の差分である。
一方、デバイス210bは利用者のジェスチャによって移動されていないので、移動軌跡情報の値はほぼ零である。したがって、デバイス選択部226は、利用者のジェスチャによって移動させられたデバイス210aを選択する。
このようにデバイス210a,210b側をジェスチャによって移動させて、端末20に選択させることも可能である。以上説明した本実施の形態によれば、受信強度パターン又は移動軌跡情報によって接続する相手を選択することができる。簡単なジェスチャによる選択が可能であるので、近距離無線技術を利用したデバイスと端末との通信の確立シーケンスを容易にする効果を奏する。
なお、端末20を例えばスマートフォン、デバイス10aをウオッチとした例で説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、スマートフォンはGPS端末で有っても良いし、ウオッチは例えば高度計や壁に備え付けられたエアコンで有っても良い。本発明は、例えばGPS端末の精度を向上させる目的でGPS端末と高度計を接続する場合に適用することができる。
また、スマートフォンに実装されている加速度センサはx軸・y軸・z軸の3軸、角速度センサはピッチ・ロール・ヨーの3軸を、それぞれ測定できるのが一般的である。これらの6軸の慣性センサを用いることで、利用者のより複雑なジェスチャによる移動軌跡情報を求めることも可能である。上記の例ではジェスチャを「円」を描く例で説明したが、他のジェスチャと受信強度パターンとの関係でデバイスを選択するようにしてもよい。このように本発明は、説明した実施形態に限定されるものではなくその要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
上記のデバイスと端末の各処理部をコンピュータによって実現する場合、各処理部が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記装置における処理部がコンピュータ上で実現される。
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記録装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としても良い。
1:無線システム
10a,10b,…,10n:デバイス
11a,11b:送信部
20:端末
21:受信部
22:受信強度記録部
23:移動軌跡計算部
24:受信パターン生成部
25:パターン生成部
26:デバイス選択部

Claims (6)

  1. 端末がデバイスを選択するデバイス選択方法であって、
    複数の前記デバイスから電波を受信する受信ステップと、
    自端末の移動軌跡情報を用いて受信強度推定パターンを生成するパターン生成ステップと、
    前記受信強度推定パターンと前記受信ステップで受信した前記デバイスの各々の受信強度パターンとを照合し、前記受信強度推定パターンに最も近似する前記受信強度パターンを送信した前記デバイスを、複数の前記デバイスの中から選択するデバイス選択ステップと
    を行うことを特徴とするデバイス選択方法。
  2. 請求項1に記載したデバイス選択方法において、
    前記パターン生成ステップの前に
    前記自端末に加わる加速度と角速度とから当該自端末の前記移動軌跡情報を計算する移動軌跡計算ステップを更に備えることを特徴とするデバイス選択方法。
  3. 複数のデバイスから電波を受信する受信部と、
    自端末の移動軌跡情報を用いて受信強度推定パターンを生成するパターン生成部と、
    前記受信強度推定パターンと前記デバイスの各々の受信強度パターンとを照合し、前記受信強度推定パターンに最も近似する前記受信強度パターンを送信した前記デバイスを、複数の前記デバイスの中から選択するデバイス選択部と
    を具備することを特徴とする端末。
  4. 請求項3に記載した端末において、
    前記受信部で受信した前記電波の受信強度を記録する受信強度記録部と、
    前記受信強度記録部に記録された前記受信強度を読み出して前記デバイスの各々の前記受信強度パターンを生成する受信パターン生成部と
    を具備することを特徴とする端末。
  5. 請求項3又は4に記載した端末において、
    前記自端末に加わる加速度と角速度とから当該自端末の移動軌跡情報を計算する移動軌跡計算部を具備することを特徴とする端末。
  6. 請求項3乃至5の何れかに記載した端末としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。
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