JP6499837B2 - 移動中継端末位置推定システム - Google Patents

Description

本発明は、無線ビーコン信号を使用した移動中継端末位置推定システムに関する。

近年、スマートフォンなどの移動中継端末が普及し、インターネットへの常時接続が可能となった。このことを利用して、屋内各所に無線送信局（ビーコン）を配置し、無線ビーコン信号を無線送信局から移動中継端末を介してインターネットサーバへ送信し、サーバが信号を解析することにより、端末の位置を推定するシステムが考案されている。

該システムを利用すれば、店舗内に無線送信局を配置し、セール品から一定の距離に近づいた買い物客には商品説明を配信し、手に取れるほど近づいた客には割引クーポンを配信するといった、顧客が携帯する移動中継端末の位置情報に基づいた細やかなマーケティングも可能となる。

このようなシステムを手軽かつ低コストで運営するため、省電力化した無線送信局に注目が集まっている。現在、最も省電力化された無線送信局として、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈＳＩＧによって標準化されているＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）バージョン４．０以降で規定されるＬｏｗＥｎｅｒｇｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ規格に準拠したものが知られている（非特許文献１）。

http://smartphone-ec.net/ibeacon/system.html

しかし、従来の無線送信局では、自身の識別情報を平文で送信していることから、その無線ビーコン信号を傍受したり、偽装ビーコンを持ち込んだりすることで、無線送信局のなりすましが容易になるという問題があった。

一方で、なりすまし防止のため複雑な暗号を用いると、暗号を生成する際に行われる演算量が増えて大量の電力が消費され、無線送信局の消費電力が増大するという問題もある。

そこで、本発明の目的は、消費電力が少なく、かつ、無線送信局のなりすましが困難となる位置推定システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、次のような位置推定システムを提供する。

（１）無線送信局が自身の識別情報を含む無線ビーコン信号を移動中継端末に送信し、
移動中継端末が識別情報と無線送信局から受信した電波の強度を示す受信電波強度情報とをサーバに送信し、サーバが識別情報と受信電波強度情報とに基づいて移動中継端末の位置を推定する位置推定システムにおいて、無線送信局およびサーバにそれぞれ擬似乱数生成部を設け、サーバが無線送信局から移動中継端末を経由して受信した擬似乱数と自身が生成した擬似乱数とに基づいて無線送信局の正当性を認証したのちに、移動中継端末の位置を推定することを特徴とする位置推定システム。

（２）無線ビーコン信号が、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）バージョン４．０以降で規定されるＬｏｗＥｎｅｒｇｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ規格に準拠していることを特徴とする（１）に記載の位置推定システム。

（３）無線送信局およびサーバにそれぞれ設けた擬似乱数生成部が、擬似乱数を生成する毎に内部状態を更新し、更新される内部状態が、１６ビット以上５１２ビット以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の位置推定システム。

（４）無線送信局を４局以上含むことを特徴とする（１）乃至（３）の何れか一つに記載の位置推定システム。

本発明の位置推定システムによれば、擬似乱数を用いて無線送信局を認証するので、無線送信局のなりすましを防止できるとともに、そのために必要な演算量を抑えて、消費電力を節減できるという効果がある。特に、４局以上の無線送信局を使用することで、なりすましの困難性がより一層高まる。

本願発明の一実施形態を示す位置推定システムの概念図である。 無線送信局の構成を示すブロック図である。 サーバの構成を示すブロック図である。 サーバにおいて行われる処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施形態の位置推定システム１は、無線ビーコン信号６を発信する複数の無線送信局２と、ユーザＵにより携帯される移動中継端末９と、移動中継端末９の位置を推定するサーバ１３とにより構成されている。無線送信局２は、好ましくは４台以上が店舗等の所定領域内に分散配置されている。移動中継端末９には、スマートフォンやノートパソコンなどの携帯機器が含まれる。サーバ１３はインターネットに接続されている。

図２に示すように、無線送信局２は、定期または不定期に擬似乱数を生成する擬似乱数生成部３とＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）変調部７と、自身に固有の無線局識別情報を格納する識別情報格納部５とを備えている。擬似乱数生成部３は、１６ビット以上５１２ビット以下の内部状態を、乱数を生成する毎に更新する。ここで、更新される内部状態が１６ビットを下回ると、乱数性能が低下する。

擬似乱数、および無線局識別情報は、変調部７において一まとまりの無線ビーコン信号６に変調される。変調部７はＢｌｕｅｔｏｏｔｈＳＩＧによって標準化されているＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）バージョン４．０以降で規定されるＬｏｗＥｎｅｒｇｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ規格に準拠した無線ビーコン信号６を生成する。

無線送信局２からの無線ビーコン信号６が届く範囲は、概ね無線送信局２を中心とした１０ｍ程度の範囲である。該範囲に入った移動中継端末９は、中継用ソフトウェア８（図１参照）によって無線ビーコン信号６を受信し、この信号６中の擬似乱数および無線局識別情報と、無線送信局２から受信した電波の強度を示す受信電波強度情報とを含む移動中継端末信号１１（図１参照）をサーバ１３へ送信する。

図３に示すように、サーバ１３は、無線送信局２を認証する無線局認証部１６と、移動中継端末９から受信した信号１１に基づいてその移動中継端末９の位置を推定する位置推定部１７と、それらを制御する制御部１８とを備えている。

無線局認証部１６には、正規の無線送信局２が備える擬似乱数生成部３の各々に対応する擬似乱数生成部１４が設けられている。この擬似乱数生成部１４は無線送信局２の擬似乱数部３と同一の乱数生成アルゴリズムを備え、同一の初期値が与えられることにより、内部状態の同期が図られている。仮に、内部状態がずれて同期はずれの状態に陥った場合は、サーバ１３側の擬似乱数生成部１４が内部状態を補正し、同期を回復する。

無線局認証部１６は、無線送信局２から移動中継端末９を経由して受信した擬似乱数と、自身の擬似乱数生成部１４が生成した擬似乱数とを対比することにより、所定の認証条件を満たした無線送信局２を認証する。

制御部１８は、全ての受信情報のうち、認証部１６により認証された無線送信局２の情報のみを有効情報として位置推定部１７へ引き渡す。

次に、サーバ１３の制御部１８が実行する位置推定プログラムについて説明する。図４に示すように、サーバ１３は、移動中継端末９から移動中継端末信号１１を受信し（Ｓ１）、該信号１１から無線局識別情報、擬似乱数情報、受信電波強度情報を取得する（Ｓ２）。

続いて、無線局認証部１６は、移動中継端末信号１１から取得した擬似乱数と自身に設けられた擬似乱数生成部１４により生成された擬似乱数とに基づいて、無線送信局２の正当性を認証する（Ｓ３）。

位置推定部１７は、所定時間が経過する毎に、認証済み無線送信局２の位置情報および受信電波強度情報を用いて移動中継端末９の位置を推定するための演算を行う（Ｓ４）。あるいは、一定数（特に４局以上）の無線送信局２の情報が蓄積されたタイミングで演算を行ってもよい。

受信電波強度は、無線ビーコン信号６の発生源へ向かうほど増幅し、発生源から離れるほど減衰する。よって、無線送信局２の位置情報と受信電波強度情報が分かれば、移動中継端末９の位置を推定することができる。
この場合において、位置を推定するための演算方式としては、１点に設置された無線送信局２の情報をもとに演算を行うセルＩＤ方式、３点に設置された無線送信局２の情報をもとに演算を行う三角方式、４点以上に設置された無線送信局２の情報をもとに演算する環境分析方式などがあり、何れも使用可能であるが、高度の乱数性能を得られる点で環境分析方式を好ましく採用できる。

この実施形態の位置推定システムによれば、認証された無線送信局の情報のみを使用するため、無線局のなりすましによる影響を受けることなく、移動中継端末９の位置を高精度に推定できる。また、擬似乱数生成部３，１４において、更新される内部状態を１６ビット以上５１２ビット以下としたので、擬似乱数を生成する際の演算量を少なくし、無線送信局２の消費電力を抑えることができる。さらに、無線送信局２を４局以上使用する構成を採れば、移動中継端末９の位置を偽ろうとする者はより多くの偽装無線送信局を設置する必要があるため、無線局のなりすましが実質的に不可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、擬似乱数を生成するアルゴリズム、システムに含まれる無線送信局の数、無線送信局を認証する条件、位置を推定するための演算方式を変えるなど、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。

１ 移動中継端末位置推定システム
２ 無線送信局
３ 無線送信局の擬似乱数生成部
５ 識別情報格納部
６ 無線ビーコン信号
７ Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）変調部
８ 中継用ソフトウェア
９ 移動中継端末
１１ 移動中継端末信号
１３ サーバ
１４ サーバの擬似乱数生成部
１６ 無線局認証部
１７ 位置推定部
１８ 制御部

Claims (5)

1. 無線送信局が自身の識別情報を含む無線ビーコン信号を移動中継端末に送信し、移動中継端末が前記識別情報と無線送信局から受信した電波の強度を示す受信電波強度情報とをサーバに送信し、サーバが前記識別情報と前記受信電波強度情報とに基づいて移動中継端末の位置を推定する位置推定システムにおいて、前記無線送信局および前記サーバにそれぞれ擬似乱数生成部を設け、前記擬似乱数生成部が、擬似乱数を生成し、擬似乱数を生成する毎に内部状態を更新し、前記サーバが無線送信局から移動中継端末を経由して受信した擬似乱数と自身が生成した擬似乱数とに基づいて前記無線送信局の正当性を認証したのちに、前記移動中継端末の位置を推定することを特徴とする位置推定システム。
2. 前記無線ビーコン信号が、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）バージョン４．０以降で規定されるＬｏｗＥｎｅｒｇｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ規格に準拠している請求項１に記載の位置推定システム。
3. 前記無線送信局および前記サーバの擬似乱数生成部において更新される前記内部状態が、１６ビット以上５１２ビット以下である請求項１又は請求項２に記載の位置推定システム。
4. 前記無線送信局を４局以上含み、前記擬似乱数生成部は、前記無線送信局ごとに異なる初期値を用いて擬似乱数を生成する請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の位置推定システム。
5. 前記サーバの擬似乱数生成部は、対応する無線送信局の擬似乱数生成部と同一の初期値を用いて擬似乱数を生成し、対応する無線送信局の擬似乱数生成部と内部状態がずれた場合には自身の内部状態を補正して同期を回復する請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の位置推定システム。

Images