WO2015045372A1 - 低消費電力近距離無線通信システム - Google Patents

低消費電力近距離無線通信システム Download PDF

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low power
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英典 盛川
剛士 松山
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有限会社Ｇｈ９
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a system for performing wireless communication between communication devices using a low power consumption short-distance oriented wireless communication standard such as Bluetooth (registered trademark) Low Energy, and in particular, ad hoc between communication devices without requiring a server (central).
  • the present invention relates to a low power consumption short-range wireless communication system capable of performing communication.
  • wireless communication devices such as a mobile phone, a portable music player, a headset, a wristwatch, a fitness device, and a home medical device (such as a heart rate monitor) around the user.
  • PAN Personal Area Network
  • Bluetooth Low Energy which is a typical standard, is a communication standard established by the standardization organization Bluetooth SIG of Bluetooth, uses a frequency of 2.4 GHz, a communication speed of 1 Mbps, a transmission power of 10 mW to ⁇ 10 ⁇ W, a communication distance.
  • the specification is 150m.
  • the communication method of Bluetooth Low Energy is as follows. Data transmission / reception data is exchanged by packet transmission / reception every predetermined time period. Data can be broadcast. The distance to the source device can be calculated from the received signal strength of the packet. No pairing (connection authentication) between devices. Connection operation A device (peripheral) seeking a connection partner transmits (broadcasts) an advertisement packet on the advertisement channel, and receives a response packet from a nearby device to detect a connection destination device. The device (central) that is requested to connect receives the radio wave of the advertising channel (scanning), acquires the advertisement packet included in it (passive scan), or receives a connection request response to the advertisement packet (scan packet) ) To establish a connection (active scan).
  • SCAN_REQ is included in the scan packet and transmitted, information that could not be contained in the advertising packet can be further acquired.
  • One device can be central or peripheral, but not both at the same time.
  • the peripheral advertisement mode and the central scan mode can be executed simultaneously.
  • Peripherals can be connected to only one central at a time, and a central can be connected to multiple peripherals.
  • Bluetooth Low Energy is suitable for communication that can be performed immediately (low latency), although communication is infrequent.
  • a wireless communication method between wireless communication devices in accordance with a low power consumption short-range wireless communication standard typified by Bluetooth Low Energy a technique described in Patent Document 1 can be cited.
  • Bluetooth Low Energy and other low power consumption short-distance wireless communications packets for detecting a connection partner (the advertisement packet) are frequently transmitted in a considerably short cycle.
  • transmission can be performed 50 times per second with a minimum period of 20 milliseconds.
  • a device cannot serve as two roles of central and peripheral at the same time. Peripheral can be connected to only one central and central can be connected to multiple peripherals. is there. Even when the attribute information of the transmission source changes, it is necessary to establish a connection with the received device and acquire the information again.
  • the Bluetooth Low Energy standard there is always a relationship between the central and the peripheral. Normally, communication is started by transmission from the central device. In a place where the central device prepared in advance does not exist, Even if there are multiple peripheral devices in close proximity, no interaction will occur between them.
  • the present invention is intended to provide a low power short-range wireless communication system using a new connection / communication method that can eliminate the above inconvenience in conventional low power short-range wireless communication.
  • the present inventors have conducted communication in low power consumption short-range wireless communication to detect the presence of a proximity device at a stage before connection establishment, such as BluetoothBLow Energy.
  • a proximity device such as BluetoothBLow Energy.
  • the present invention in a wireless communication device of a low power consumption short-range wireless communication system, a packet transmitted by the wireless communication device to detect another wireless communication device that is a connection partner in a connection unestablished state, a packet transmitted by the wireless communication device to detect another wireless communication device that is a connection partner in a connection unestablished state,
  • the present invention provides a low-power-consumption short-range wireless communication system characterized by transmitting the identification information and arbitrary communication data.
  • a packet transmitted by the wireless communication device to detect another wireless communication device that is a connection partner in a connection unestablished state The wireless communication device that has received the identification information and arbitrary communication data, and received the received identification information and arbitrary communication data as a response to the other wireless communication that is the connection partner in the connection unestablished state It is an object of the present invention to provide a low power short-range wireless communication system characterized in that it is included in a packet to be transmitted for detecting a device.
  • the low power consumption short-range wireless communication system of the present invention is particularly preferably used as a wireless communication system according to the Bluetooth Low Energy standard.
  • the wireless communication device transmits its own identification information and arbitrary communication data in the advertisement packet transmitted to detect another wireless communication device that is a connection partner in a connection unestablished state; Become.
  • the identification information of the own device included in the packet to be transmitted and arbitrary communication data are transmitted as a plurality of communication data that are time-division multiplexed, and the wireless communication device that has received this packet in a connection unestablished state transmits the time-division multiplexing
  • the wireless communication device can transmit and receive its own identification information and arbitrary communication data in a connection unestablished state. Communication can be performed at high speed. In addition, since the communication is in a connection non-established state, the wireless communication device can perform ad hoc communication without any restriction on the role of each other (central / peripheral, master / slave, server / client, etc.). This is a communication form that could not be realized by a wireless communication standard that has already been widely used, such as WiFi, or a conventional low-power short-range wireless communication system, such as Bluetooth Low Energy.
  • SNS P2P
  • FIGS. 1 to 6 are diagrams illustrating embodiments of the present invention.
  • the same reference numerals denote the same components, and the basic configuration and operation are the same. To do.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a low power consumption short-range wireless communication system according to the present invention.
  • wireless terminal a wireless communication device (hereinafter simply referred to as “wireless terminal”) equipped with a Bluetooth Low Energy module is used as an example of a device that performs low power consumption short-range wireless communication
  • wireless communication is performed in accordance with the Bluetooth Low Energy standard when wireless terminals are within the wireless communication range of each other.
  • the wireless terminal in the present embodiment is any device that can be mounted with the Bluetooth Low Energy module, and will be described below assuming a smartphone, a mobile phone, a wireless access point device, etc. illustrated in FIG.
  • the wireless terminal used in the low power consumption short-range wireless communication system of the present invention is equipped with a wireless communication application based on Bluetooth Low Energy, and can perform a communication operation as described below.
  • FIG. 2 is a sequence diagram showing a flow of processing at the start of communication between wireless terminals in the low power consumption short-range wireless communication system of the present invention.
  • a peripheral wireless terminal broadcasts an advertisement packet constantly on an advertisement channel of a predetermined frequency (sends 50 times per second with a minimum 20 millisecond period). All the wireless terminals within the communication range of this peripheral wireless terminal can receive it.
  • the central wireless terminal that has received the advertisement packet from the peripheral wireless terminal acquires information included in the packet, and first transmits an advertisement packet for collision avoidance when attempting to connect to the peripheral wireless terminal. .
  • This advertisement packet broadcast transmission it is possible to suppress connection requests from other central wireless terminals to peripheral wireless terminals.
  • the central wireless terminal transmits a scan packet including a connection request.
  • the peripheral wireless terminal that has received the scan packet from the central wireless terminal acquires information included in the packet and approves / denies the connection request.
  • a predetermined process (Initiation) is performed to establish a connection.
  • a mode in which a connection request is made from a central radio terminal to a peripheral radio terminal has been described. However, a mode in which a connection request is made from a peripheral radio terminal to a central radio terminal can be similarly executed.
  • wireless terminals exchange information even in a non-connection state before the connection is established. Using this, we established a mechanism that allows wireless terminals to communicate with each other even in a disconnected state before establishing a connection.
  • the advertisement packet in the link layer is composed of a preamble, an access address, a header, a data part, and a CRC.
  • the header and the data part are combined into an advertising PDU.
  • the header includes a PDU (Protocol Data Unit) Type describing the type as PDU data, TxAdd describing the identification information of the transmitting terminal and the receiving terminal, RxAdd, Length describing the subsequent data length, and a field whose use is not determined.
  • RFU Reserved for Future Use
  • the header length is 16 bits (2 bytes).
  • the data part includes Adv_A and Adv_DATA.
  • Adv_A describes the address of the advertiser, and advertising data is included in Adv_DATA.
  • Adv_DATA can store a plurality of data. In this case, the Length and the data describing the subsequent data length are described alternately and continuously.
  • the data length of Adv_DATA is 248 bits (31 bytes) at the longest, but when the data amount is small and the field has a remainder, it is filled with 0.
  • communication between wireless terminals is performed by using the data field padded with 0 and accompanying the exchange of the advertisement packet. That is, communication between wireless terminals becomes possible in a non-connected state before connection is established.
  • the information included in the advertisement packet includes UUID (Universally Unique ID) uniquely assigned to the wireless terminal and various data depending on the purpose of use. For example, a unique ID set for each provided service, attribute information of the wireless terminal and the user, information on a communication state of the wireless terminal, and the like can be included. It is preferable that the UUID is generated with a length of about 128 bits or more by combining these pieces of information.
  • the usable data field in one packet may be about several bytes, but information may be embedded by dividing into a plurality of packets. In this case, a known method can be adopted for data division, reintegration, and the like.
  • This mechanism allows wireless terminals to communicate freely in a disconnected state before establishing a connection. Compared to the case where communication is performed after establishing a connection that takes several seconds as described above, there is a great advantage that communication using an advertisement packet can be performed within several tens of milliseconds. Further, since the connection is not established and the relationship between central and peripheral is not restricted, ad hoc communication between a plurality of peripheral wireless terminals is also possible.
  • the low power consumption short-range wireless communication system of the present invention described above can be used in various forms. Specific examples are shown below.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an example when the low power consumption short-range wireless communication system of the present invention is used in a store.
  • the store is equipped with a wireless terminal (in this case, a fixed terminal, but any device may be used) that has a wireless communication range within the store, and the store has a wireless terminal carried by a customer who visits the store. Perform wireless communication.
  • a wireless terminal in this case, a fixed terminal, but any device may be used
  • the wireless communication may be started from either the store terminal or the customer terminal, but in the following, the case of starting from the customer terminal will be described as an example (see FIG. 2).
  • the customer terminal always broadcasts advertisement packets at regular time intervals.
  • a data field that has not been used in the past includes the following information.
  • Service ID, user ID, user information update date, terminal communication status, user attribute information, etc Store ID, store information update date, terminal communication status, store attribute information, store message, etc
  • the user attribute information can include information such as name (nickname), address, gender, age, occupation, and hobbies.
  • the store terminal that has received the advertisement packet from the customer terminal acquires the above user information and transmits a response advertisement packet.
  • the customer terminal obtains the store information from the received advertisement packet (acquires information from the advertisement packet instead of waiting for a scan packet as shown in FIG. 2).
  • the store terminal and the customer terminal can immediately perform information communication with each other (in the order of several tens of milliseconds) while being in a disconnected state before the connection is established.
  • O2O Online to Offline
  • the advertisement packet from the store terminal may be transmitted by changing the content for each individual customer terminal instead of broadcast transmission. For example, based on the acquired customer attribute information, send information and coupons for customers of a specific age group and gender, inform them of preferential treatment for birthdays, and use the acquired customer name If you send a message such as "Thank you for visiting our store", it will become a communication tool with higher added value.
  • the store terminal can be connected to a device such as a PC, and the acquired information can be stored and accumulated.
  • a device such as a PC
  • the acquired information can be stored and accumulated.
  • it is an effective customer management tool by accumulating the number of visits to the store, purchase history, travel history within the store, staying time, and the like.
  • a usage mode is conceivable in which information received from the store terminal is accumulated on the customer terminal side and an event is generated under a predetermined condition. For example, a coupon present at the fifth visit.
  • the present system can be applied to a point confirmation terminal installed in a supermarket or the like. In this case, there is an advantage that cardlessness is possible and there is no need to line up the terminals.
  • Ad hoc communication Service can be developed by taking advantage of ad hoc communication in the low power consumption short-range wireless communication system of the present invention.
  • ad hoc communication in the low power consumption short-range wireless communication system of the present invention.
  • the customer terminal not only between the store terminal and the customer terminal, but also wireless communication between the customer terminals is possible.
  • Communication can be promoted by ad-hoc communication between participants not only in stores but also in game halls, party halls, event halls, and the like.
  • a method of using communication such as promoting communication when persons having wireless terminals at any place enter the proximity range is also conceivable.
  • the low power consumption short-range wireless communication system of the present invention can be used as a terminal (user) authentication system.
  • the contents of communication can be concealed by publishing the public key in the advertisement packet and transmitting the data communication after encryption with the private key of the terminal itself.
  • the communication content between individual terminals is concealed from others, and personal information is exchanged while using an open communication system in an open place. It becomes possible.
  • This can be a new P2P platform using a mobile terminal such as a smartphone.
  • Mobile signage digital signage
  • Digital signage is a technology for dynamically and interactively switching video and information (such as advertisements) displayed on a flat display, a projector, and the like by digital communication. Therefore, if the low power consumption short-range wireless communication system of the present invention is used, it is possible to dynamically switch display contents according to an instruction from a wireless terminal (mobile signage).
  • a wireless terminal mobile signage
  • an advertisement packet is received from a wireless terminal that is within the communication range of a display having a function as a wireless terminal, and the video is switched according to the accompanying information included in the advertisement packet.
  • the user may be able to operate display contents in real time by wireless communication. If the wireless terminal of this system is used, one person will not monopolize the display as in the past.
  • the low power short-range wireless communication system of the present invention can be a tool for supplementing a system for acquiring and using location information in a computer terminal, for example, a system such as GPS or geofence. .
  • a system such as GPS or geofence.
  • the position information cannot be accurately grasped indoors.
  • IMES Indoor Messaging System
  • the wireless terminal can be used as a watch tool for the elderly and infants.
  • the monitoring wireless terminal constantly monitors that the wireless terminal carried by the person being watched is within the communicable range, and when the advertisement packet from the wireless terminal is not received, an operation is performed such as alarming. Is possible.
  • this system since it is possible to monitor constantly (with a frequency of 50 times per second) without connection, it is possible to detect in real time an abnormality that has occurred in the watching target.
  • FIG. 6 is a diagram showing an outline of a P2P (SNS) system using the low power consumption short-range wireless communication system of the present invention.
  • predetermined information for example, a user's name (nickname), a photograph, attribute information, a comment (tag), etc. (tag) is sent to an advertisement packet for other wireless terminals within the communication range of the user's wireless terminal. Attached and broadcast transmission. Other wireless terminals receive this in a connectionless state.
  • the user can acquire information on persons within the proximity range by response advertisement packets from other wireless terminals. It is also possible to communicate with an arbitrary person from among them. It is preferable to conceal between individual wireless terminals as described above.
  • information on user status changes can be notified in association with the advertisement packet. Specifically, it can be performed by collating the data stored in the reception side wireless terminal with the time stamp (or flag or the like) of the advertisement packet on the transmission side.
  • the P2P (SNS) system using the low power consumption short-range wireless communication system of the present invention is connectionless communication, information communication is immediate (between several tens of milliseconds) and does not pass through a server. Therefore, there is an advantage that logs are not left in a third-party organization. Specifically, it can be used as a communication promotion tool for visitors at restaurants, amusement halls, and social halls. Since it is serverless, an operator such as a store does not need to prepare a special device, but only provides a place. Of course, it is also possible to install and use a shop terminal to acquire and utilize user trend information.
  • the low power consumption short-range wireless communication system of the present invention includes an OS constructed on hardware resources including a computer CPU, memory, auxiliary storage device, display, input device, etc.
  • Information processing that is realized by application software, a database, a network system, etc., and that establishes connectionless communication in addition to packet data exchanged between wireless terminals is performed using the above hardware resources. Since it is realized, it falls under the technical idea using the laws of nature, and can be used in industries such as software and information communication.

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Abstract

【課題】サーバ（セントラル）を必要とせず通信機器間でアドホック通信を行うことができる低消費電力近距離無線通信システムを提供する。 【解決手段】低消費電力近距離無線通信において、コネクション確立以前の段階で近接機器の存在を検出するために行われる通信、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙであればアドバタイズメントパケット（又はスキャンニングパケット）に着目し、このパケットの授受に付帯して機器のユニーク識別子を含めた各種情報を送受信することで、高速の通信及び機器間のアドホック通信ができる仕組み。

Description

低消費電力近距離無線通信システム
　本発明は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙなどの低消費電力近距離指向の無線通信規格によって通信機器間で無線通信を行うシステムに関し、特に、サーバ（セントラル）を必要とせず通信機器間でアドホック通信を行うことができる低消費電力近距離無線通信システムに関するものである。
　近年、モバイル端末等が普及したことにより、無線通信機器の利用が促進し、ユーザにとってのさらなる利便性を追求するための新たな無線通信方式が模索されている。
　現在では、ユーザの周辺には、携帯電話、携帯音楽プレーヤー、ヘッドセット、腕時計、フィットネス機器、家庭用医療機器（心拍計等）などといった多くの無線通信可能な通信機器が存在している。
　これらの個人が使用する無線機器同士を接続する無線通信の形態として、ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）という概念が提唱されている。ＰＡＮは、２０ｍから３０ｍ程度の近距離通信範囲で低電力環境向け、小型、低コスト、低速度、低頻度、少量データの無線通信形態を特徴とする。
　具体的には、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）、ＡＮＴ／ＡＮＴ＋といった通信規格が策定され実用されている。また、従来の規格であるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ３．０にＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙを統合したＢｌｕｅｔｏｏｔｈ４．０という規格も策定されている。
　この中で代表的規格であるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈの標準化団体Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＩＧによって策定された通信規格であり、周波数２．４ＧＨｚ帯を用い、通信速度は１Ｍｂｐｓ、送信電力１０ｍＷ～－１０μＷ、通信距離１５０ｍという仕様になっている。
　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙの通信方式は次の通りである。
　データ送受信
　データは決められた時間周期ごとにパケットの送受信でやりとりする。
　データはブロードキャストが可能。
　パケットの受信信号強度から、送信元機器との距離を算出可能。
　機器間でペアリング（接続認証）はしない。
　接続動作
　接続相手を求める機器（ペリフェラル）は、アドバタイズメントチャネルにおいて、アドバタイズメントパケットを送信（ブロードキャスト）して、近接の機器からの応答パケットを受信することで接続先機器を検出する。
　接続を求められる側の機器（セントラル）は、アドバタイジングチャネルの電波を受信し（スキャニング）、そこに含まれるアドバタイズメントパケットを取得するか（パッシブスキャン）、あるいはアドバタイズメントパケットに対する接続要求応答（スキャンパケット）を送信してコネクションを確立する（アクティブスキャン）。スキャンパケットにＳＣＡＮ＿ＲＥＱを含めて送信すると、アドバタイジングパケットに収まりきらなかった情報をさらに取得することができる。
　ネットワークトポロジー
　セントラルとペリフェラルの２つの役割がある。１つの機器がセントラルにも、ペリフェラルにもなり得るが、両方を同時に兼ねることはできない。ただしペリフェラルのアドバタイズモードとセントラルのスキャンモードは同時に実行可能である。
　ペリフェラルは同時に１つのセントラルとのみ接続可能であり、セントラルは複数のペリフェラルと接続が可能である。
　このような通信方式の特徴から、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙは、通信が低頻度であるが、すぐに通信ができる（レイテンシが小さい）通信に適したものである。
　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙに代表される低消費電力近距離無線通信規格に則った無線通信機器間における無線通信の方式として、特許文献１に記載の技術が挙げられる。
特開２０１２－１４２８７７号公報
　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙその他の低消費電力近距離無線通信においては、接続相手を検出するためのパケット（上記アドバタイズメントパケット）は、相当短い周期で頻繁に送出される。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙでは、最小２０ミリ秒周期で１秒に５０回送出可能である。
　しかしながら、これを受信した機器との間でコネクションを確立するには、数秒の時間がかかっている。これは、機器間のネットワークトポロジー制御などの必要性からである。
　例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙでは、機器はセントラルとペリフェラルの２つの役割を同時に兼ねることができず、ペリフェラルは１つのセントラルとのみ接続可能であり、セントラルは複数のペリフェラルと接続可能であるという制約条件がある。また、送信元の属性情報の変化がおこった場合も、受信した機器との間でコネクションを確立し、再び情報取得の必要ある。１つの機器で同時にセントラルおよびペリフェラルの役割を兼ねるためには、これに違反したコネクション確立を排除する必要があり、接続されたことを認識するために一定の待機時間を置いて、他の機器からの接続要求との衝突を検知・回避するようにしなければならない。
　また、ＰＡＮとして様々な個人所有機器間での無線通信を行う低消費電力近距離無線通信において、コネクション確立に数秒間を要するということは、ユーザは接続されるまでその場に立ち止まり待機ないし動作を停止しなければならないことを意味する。
　しかし実際には、ユーザが家屋内や様々な施設内で無線通信機器を身に付けながら絶え間なく移動を続けるため、接続動作を開始してもコネクションを確立する前に通信可能エリア外にユーザが出てしまい、コネクションが確立できず、無線通信機能を十分に活用できないという事態が想定される。
　また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙの規格では、常にセントラルとペリフェラルの関係性が存在し、通常はセントラル機器からの発信により通信が開始する接続形態となっており、予め用意したセントラル機器が存在しない場所では、近接範囲にペリフェラル機器が複数台存在していても、それらの間に何らの相互作用も生まれないということになる。
　本発明は、従来の低消費電力近距離無線通信における上記のような不便性を解消し得る、新たな接続・通信方式による低消費電力近距離無線通信システムを提供しようとするものである。
　上記解決課題に鑑みて鋭意研究の結果、本発明者らは、低消費電力近距離無線通信において、コネクション確立以前の段階で近接機器の存在を検出するために行われる通信、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙであればアドバタイズメントパケット（又はスキャンニングパケット）に着目し、このパケットの授受に付帯して機器のユニーク識別子を含めた各種情報を送受信することで、高速の通信及び機器間のアドホック通信ができる仕組みを考案し、本発明を成すに至った。
　すなわち、本発明は、低消費電力近距離無線通信システムの無線通信機器において、無線通信機器がコネクション未確立状態で接続相手となる他の無線通信機器を検出するために送信するパケットに、自器の識別情報及び任意の通信データを含めて送信することを特徴とする低消費電力近距離無線通信システムを提供するものである。
　本発明は、また、低消費電力近距離無線通信システムの無線通信機器において、無線通信機器がコネクション未確立状態で接続相手となる他の無線通信機器を検出するために送信するパケットに、自器の識別情報及び任意の通信データを含めて送信し、これを受信した無線通信機器がその応答として自器の識別情報及び任意の通信データを、コネクション未確立状態で接続相手となる他の無線通信機器を検出するために送信するパケットに含めて送信することを特徴とする低消費電力近距離無線通信システムを提供するものである。
　本発明の低消費電力近距離無線通信システムにおいて、無線通信機器が、コネクション未確立状態で接続相手となる他の無線通信機器を検出するために送信するパケットのうち、データ長が規定のデータフィールド長に満たないパケットの当該データフィールド余白部分に通信データを埋め込んで送信することを特徴とする。
　本発明の低消費電力近距離無線通信システムは、特に、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ規格に従う無線通信システムとして利用されるのが好ましい。
　この場合、無線通信機器がコネクション未確立状態で接続相手となる他の無線通信機器を検出するために送信するアドバタイズメントパケットに、自器の識別情報及び任意の通信データを含めて送信することとなる。
　このとき、送信するパケットに含める自器の識別情報及び任意の通信データを時分割多重化した複数の通信データとして送信し、コネクション未確立状態でこのパケットを受信した無線通信機器が前記時分割多重化された通信データを復元して、前記送信側機器の識別情報及び任意の通信データを取得するようにしてもよい。このような時分割多重化でアドバタイズ内容を変化させて多くの情報を送ることが可能となる。
　また、無線通信機器同士が、セントラル又はペリフェラルの役割をすることなく、アドホック通信を行うことが可能となる。
　以上、説明したように、本発明のシステムによれば、無線通信機器がコネクション未確立状態で自器の識別情報と任意の通信データを送受信できるため、その場限りで少量データながら多様な形態の通信を高速に行うことができる。
　また、コネクション未確立状態での通信であるため、無線通信機器が互いの役割（セントラル／ペリフェラル、マスタ／スレーブ、サーバ／クライアントなど）に一切制約されることなく、アドホックな通信が可能となる。これは、Ｗｉｆｉ等の既に普及している無線通信規格でも、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ等の従来の低消費電力近距離無線通信システムでも実現できなかった通信形態である。
本発明の低消費電力近距離無線通信システムの概略を示す図である。 本発明の低消費電力近距離無線通信システムにおける無線端末間の通信開始時の処理の流れを示すシーケンス図である。 本発明の低消費電力近距離無線通信システムにおいて、無線端末から送出されるアドバタイズメントパケットの構成を模式的に示す図である。 本発明の低消費電力近距離無線通信システムにおいて、無線端末から送出されるアドバタイズメントパケットの構成を模式的に示す図である。 本発明の低消費電力近距離無線通信システムを店舗において利用する場合の例を説明するための概略図である。 本発明の低消費電力近距離無線通信システムを利用したＰ２Ｐ（ＳＮＳ）システムの概略を示す図である。
　以下、添付図面を参照しながら、本発明の低消費電力近距離無線通信システムを実施するための最良の形態を詳細に説明する。図１～図６は、本発明の実施の形態を例示する図であり、これらの図において、同一の符号を付した部分は同一物を表わし、基本的な構成及び動作は同様であるものとする。
　システム構成
  図１は、本発明の低消費電力近距離無線通信システムの一実施形態について、概略構成を示す模式図である。以下では、低消費電力近距離無線通信を行う機器として、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙモジュールを搭載した無線通信機器（以下、単に「無線端末」という）を用いる場合の実施形態を例に取って説明する。
  図１に示すように、無線端末同士が互いの無線通信範囲内にあるときにＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ規格に従った無線通信を行う。本実施形態における無線端末は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙモジュールを搭載可能なあらゆる機器であり、以下では、図１に例示するスマートフォンや携帯電話、無線アクセスポイント装置などを想定して説明をするが、その他にも携帯音楽プレーヤー、ヘッドセット、腕時計、フィットネス機器、家庭用医療機器などを含むあらゆる種類の移動体無線通信機器に適用が可能である。
  本発明の低消費電力近距離無線通信システムにおいて用いる無線端末には、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙによる無線通信アプリケーションが搭載されており、以下に説明するような通信動作を行うことを可能としている。
　無線端末間の通信
　図２は、本発明の低消費電力近距離無線通信システムにおける無線端末間の通信開始時の処理の流れを示すシーケンス図である。
  図２において、まず、ペリフェラル無線端末が所定周波数のアドバタイズメントチャネルにおいて常時アドバタイズメントパケットをブロードキャスト送信している（最小２０ミリ秒周期で１秒に５０回送出）。このペリフェラル無線端末の通信範囲内の全ての無線端末がこれを受信可能である。
  ペリフェラル無線端末からのアドバタイズメントパケットを受信したセントラル無線端末は、そのパケットに含まれる情報を取得し、ペリフェラル無線端末に接続しようとする場合は、まず、衝突回避のためのアドバタイズメントパケットを送信する。このアドバタイズメントパケットはブロードキャスト送信とすることで、他のセントラル無線端末からのペリフェラル無線端末への接続要求を抑止することができる。
  一定時間衝突を検出しなかった場合、セントラル無線端末は、接続要求を含むスキャンパケットを送信する。
　セントラル無線端末からのスキャンパケットを受信したペリフェラル無線端末は、そのパケットに含まれる情報を取得し、接続要求を承認／否認する。接続要求を承認する場合は、所定の処理（Initiation）を行ってコネクションを確立する。　上記では、セントラル無線端末からペリフェラル無線端末に対して接続要求を行う形態を説明したが、ペリフェラル無線端末からセントラル無線端末に対して接続要求を行う形態も同様に実行可能である。
　ここで、本格的な通信はコネクション確立後に行うこととするのが従来の考え方であったが、本発明では、コネクション確立前の非接続状態においても、無線端末同士は情報を授受していることに着目し、これを利用してコネクション確立前の非接続状態においても無線端末同士が一定の通信を行うことができる仕組みを確立した。
　図３及び図４は、アドバタイズメントパケットの構成を模式的に示す図である。
　図３に示すように、リンクレイヤにおけるアドバタイズメントパケットは、プリアンブル、アクセスアドレス、ヘッダ、データ部、ＣＲＣから構成される。ヘッダとデータ部を合わせてアドバタイジングＰＤＵとする。
　ヘッダには、ＰＤＵデータとしての種類を記述するＰＤＵ（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）Ｔｙｐｅ、送信端末、受信端末の識別情報を記述するＴｘＡｄｄ、ＲｘＡｄｄ、後続のデータ長を記述するＬｅｎｇｔｈ、用途の決まっていないフィールドＲＦＵ（Ｒｅｓｅｒｖｅｄ ｆｏｒ Ｆｕｔｕｒｅ Ｕｓｅ）が含まれる。ヘッダ長は１６ビット（２バイト）である。
　図４に示すように、データ部（ペイロード部）には、Ａｄｖ_ＡとＡｄｖ_ＤＡＴＡが含まれる。Ａｄｖ_Ａはアドバタイザーのアドレスを記述し、Ａｄｖ_ＤＡＴＡにアドバタイジングデータが含まれる。
　Ａｄｖ_ＤＡＴＡには、複数のデータを格納することができる。この場合、後続のデータ長を記述するＬｅｎｇｔｈとデータとが交互に連続して記述されることとなる。Ａｄｖ_ＤＡＴＡのデータ長は最長２４８ビット（３１バイト）であるが、データ量が少なくフィールドに余りができた場合、０で埋めることとしている。
　本発明では、この０で埋められていたデータフィールドを利用して、アドバタイズメントパケットの授受に付帯して、無線端末間の通信を行うこととしている。すなわち、コネクション確立前の非接続状態で無線端末間の通信が可能となる。
　アドバタイズメントパケットに含める情報は、無線端末に一意に割り当てられるＵＵＩＤ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｒｙ Ｕｎｉｑｕｅ ＩＤ）と、利用目的に応じた様々なデータである。例えば、提供サービスごとに設定したユニークなＩＤや無線端末及びユーザの属性情報、無線端末の通信状態に関する情報などを含めることができる。これらの情報をまとめてＵＵＩＤは１２８ビット程度かそれ以上の長さで生成するのが好ましい。
　尚、１パケット中の利用可能なデータフィールドは数バイト程度である場合もあり得るが、複数のパケット中に分割して情報を埋め込むようにしてもよい。その場合、データの分割、再統合などについては既知の方式を採用することができる。
　このような仕組みにより、無線端末同士がコネクション確立前の非接続状態で自由な通信を行うことが可能となる。上記の通り数秒かかるコネクション確立後に通信する場合に比べて、アドバタイズメントパケットによる通信は数十ミリ秒～のうちに行うことができるという大きな利点がある。また、コネクション確立前でありセントラル／ペリフェラルという関係性に制約されないため、複数のペリフェラル無線端末同士のアドホック通信も可能となる。
　上記に説明した本発明の低消費電力近距離無線通信システムは、様々な利用形態が考えられる。以下、その具体例を示す。
　店舗向け顧客管理ツール
　図５は、本発明の低消費電力近距離無線通信システムを店舗において利用する場合の例を説明するための概略図である。
　図５において、店舗は自店舗内を無線通信範囲とする無線端末（ここでは固定端末であるが、どのような機器でも構わない）を設置しており、来店する顧客が携帯する無線端末との無線通信を行う。
　無線通信は、店舗端末、顧客端末のいずれから開始しても構わないが、以下では顧客端末から開始する場合を例にとって説明する（図２参照）。
　顧客端末は、常時一定時間間隔でアドバタイズメントパケットをブロードキャスト送信している。このアドバタイズメントパケットのうち、従来使用されなかったデータフィー
ルド（図４に示す「00000・・・」の部分）には、以下の情報が含まれている。
　　サービスＩＤ、ユーザＩＤ、ユーザ情報更新日、端末通信状態、ユーザ属性情報、etc
　　店舗ＩＤ、店舗情報更新日、端末通信状態、店舗属性情報、店舗メッセージ、etc
　例えば、ユーザ属性情報には、氏名（ニックネーム）、住所、性別、年齢、職業、趣味趣向などの情報を含めることができる。
　顧客端末からアドバタイズメントパケットを受信した店舗端末は、上記のユーザ情報を取得し、応答のアドバタイズメントパケットを送信する。顧客端末は受信したアドバタイズメントパケットから上記の店舗情報を取得する（図２に示すようにスキャンパケットを待つのではなく、アドバタイズメントパケットから情報取得する）。
　このようにして、店舗端末と顧客端末とが、コネクション確立前の非接続状態ながら、互いに情報通信を即時に（数十ミリ秒～の間に）行うことが可能となる。
　例えば、店舗端末からのアドバタイズメントパケットに、店舗ＷＥＢサイトのアドレスを含めることで、当該ＷＥＢサイトへのアクセスを誘導することができるなど、Ｏ２Ｏ（Ｏｎｌｉｎｅ ｔｏ Ｏｆｆｌｉｎｅ）促進ツールとして利用することができる。また、ＷＥＢサイトで募集し、店舗への来店を条件とするキャンペーンを行う場合など、本システムによって実際に来店したことを確認することができる。（例えば、特願２０１２－１８０２９２「電子チケット管理システム）における入場時の認証ツールとして利用することも可能である。）
　尚、店舗端末からのアドバタイズメントパケットは、ブロードキャスト送信でなく、個別の顧客端末毎に内容を変えて送信するようにしてもよい。例えば、取得した顧客の属性情報に基づき、特定の年齢層、性別の顧客向けの情報やクーポンを発信したり、誕生日の優待措置をお知らせしたり、取得した顧客氏名を用いて「○○さま　ご来店ありがとうございます」といったメッセージを発信するなどすれば、より付加価値の高いコミュニケーションツールとなる。
　さらには、図５に示すように、店舗端末をＰＣ等の機器に接続しておき、取得した情報を記憶し蓄積することもできる。例えば、顧客の来店回数や購入履歴、店舗内での移動履歴、滞在時間などを蓄積することで、有効な顧客管理ツールとなる。
　あるいは、顧客端末側で店舗端末から受け取る情報を蓄積しておき、所定の条件でイベントが発生するようにするなどの利用形態も考えられる。例えば、５回目来店時にクーポンプレゼントなどである。
　同様にスーパーマーケットなどに設置されるポイント確認端末にも本システムを応用することができる。この場合、カードレス化が可能になり、端末に並ぶ必要がなくなるという利点がある。
　アドホック通信
　本発明の低消費電力近距離無線通信システムにおけるアドホック通信が可能であるという利点を生かして、サービス展開をすることができる。
　上記の店舗に応用する例では、店舗端末と顧客端末間のみならず、顧客端末同士の無線通信も可能である。例えば、同時刻に店舗内に存在する顧客同士のコミュニケーションを促進するツールともなり得る。
　店舗に限らず、遊技場、パーティ会場、イベント会場などにおいても、参加者同士のアドホックな通信によりコミュニケーションを促進することができる。例えば、属性情報の近い参加者同士をマッチングして交流を促すなどすることができる。
　また、そのような場を作らずとも、あらゆる場所で無線端末を持った者同士が近接範囲内に入った時点でコミュニケーションを促進するなどの利用方法も考えられる。
　端末認証システム
　本発明の低消費電力近距離無線通信システムを端末（ユーザ）認証システムとして利用することも可能である。
　この場合、アドバタイズメントパケットにおいて公開鍵を公開し、データ通信は自端末の秘密鍵による暗号化をして送信することで、通信内容を秘匿することができる。
　これにより、上記のようなアドホック通信を行う場合でも、個々の端末間の通信内容は他人から秘匿化されることとなり、オープンな場所でオープンな通信システムを利用しながらパーソナルな情報のやり取りをすることが可能となる。これは、スマートフォンなどの携帯端末を利用した新たなＰ２Ｐプラットフォームともなり得る。
　モバイルサイネージ（デジタルサイネージ）
　デジタルサイネージとは、デジタル通信によって平面ディスプレイやプロジェクタなどに表示される映像や情報（広告等）を動的かつインタラクティブに切り替える技術である。
　そこで、本発明の低消費電力近距離無線通信システムを利用すれば、無線端末からの指示により表示内容を動的に切り替えることが可能となる（モバイルサイネージ）。すなわち、無線端末としての機能を有するディスプレイの通信範囲内に入った無線端末からアドバタイズメントパケットを受信し、そこに含まれる付帯情報に応じて映像を切り替えることで、その場に応じた映像広告を展開することができる。あるいは、ユーザが無線通信によって表示内容をリアルタイム操作できるようにしてもよい。本システムの無線端末を利用すれば、従来のように１人がディスプレイを独占してしまうことがない。
　位置情報システムの補完ツール
　本発明の低消費電力近距離無線通信システムを利用すれば、コンピュータ端末において位置情報を取得し利用するためのシステム、例えば、ＧＰＳやジオフェンスといったシステムを補完するツールとなり得る。
　従来、屋内では位置情報が正確に把握できないという問題点があったが、例えば、窓際などにＧＰＳ搭載無線端末を設置し、屋内を移動する無線端末からの位置情報を取得することで、これを補完することが可能となる。ＩＭＥＳ（Ｉｎｄｏｏｒ ＭＥｓｓａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を代替する手段にもなり得る。
　見守りツール
　本発明の低消費電力近距離無線通信システムにおいて、無線端末を老人や乳幼児の見守りツールとして利用することもできる。
　監視側の無線端末において、見守り対象人物が携帯する無線端末が通信可能範囲内にあることを常時監視し、その無線端末からのアドバタイズメントパケットを受信しなくなった際には、アラームするといった動作が可能である。本システムでは、コネクションレスで常時（１秒間に５０回の頻度で）監視を行うことができるので、見守り対象に起きた異変をリアルタイムで検知することが可能である。
　Ｐ２Ｐ（ＳＮＳ）ツール
　図６は、本発明の低消費電力近距離無線通信システムを利用したＰ２Ｐ（ＳＮＳ）システムの概略を示す図である。
　図６において、ユーザの無線端末の通信範囲内にある他の無線端末に対して、所定の情報、例えば、ユーザの氏名（ニックネーム）、写真、属性情報、コメントなど（タグ）をアドバタイズメントパケットに付帯してブロードキャスト送信する。他の無線端末はコネクションレス状態でこれを受信する。他の無線端末からの応答アドバタイズメントパケットによってユーザは近接範囲内にいる者の情報を取得できる。その中から任意の者に対する通信を行うことも可能である。個々の無線端末間は上記したように秘匿化するのが好ましい。
　また、ユーザのステータスの変更についてもアドバタイズメントパケットに付帯して情報通知することができる。具体的には、受信側無線端末において蓄積しているデータと、送信側のアドバタイズメントパケットのタイムスタンプ（又はフラグ等）との照合により行うことができる。
　この本発明の低消費電力近距離無線通信システムを利用したＰ２Ｐ（ＳＮＳ）システムは、コネクションレス通信であるため、情報通信が即時（数十ミリ秒～の間に）であり、サーバを介しないため第三者機関にログが残らないという利点がある。
　具体的には、飲食店や遊技場、社交場における来客者同士のコニュニケーション促進ツールとして利用が可能である。サーバレスであるため、店舗等運営者は特別な機器を用意する必要はなく、場所を提供するのみでよい。もちろん、店舗端末を設置してユーザ動向の情報を取得し活用することも可能である。
　本発明の低消費電力近距離無線通信システムは、図１～図４に示すように、コンピュータのＣＰＵ、メモリ、補助記憶装置、ディスプレイ、入力デバイス等を含むハードウェア資源上に構築されたＯＳ、アプリケーションソフトウェア、データベース、ネットワークシステム等によって実現されるものであり、無線端末間で授受されるパケットデータに付帯してコネクションレス通信を成立させるという情報処理が上記のハードウェア資源を用いて具体的に実現されるものであるから、自然法則を利用した技術的思想に該当するものであり、ソフトウェア、情報通信等の産業において利用することができるものである。

Claims (6)

  1. 　低消費電力近距離無線通信システムの無線通信機器において、
    　無線通信機器がコネクション未確立状態で接続相手となる他の無線通信機器を検出するために送信するパケットに、自器の識別情報及び任意の通信データを含めて送信することを特徴とする低消費電力近距離無線通信システム。
  2. 　低消費電力近距離無線通信システムの無線通信機器において、
    　無線通信機器がコネクション未確立状態で接続相手となる他の無線通信機器を検出するために送信するパケットに、自器の識別情報及び任意の通信データを含めて送信し、
    　これを受信した無線通信機器がその応答として自器の識別情報及び任意の通信データを、コネクション未確立状態で接続相手となる他の無線通信機器を検出するために送信するパケットに含めて送信することを特徴とする低消費電力近距離無線通信システム。
  3. 　無線通信機器が、コネクション未確立状態で接続相手となる他の無線通信機器を検出するために送信するパケットのうち、データ長が規定のデータフィールド長に満たないパケットの当該データフィールド余白部分に通信データを埋め込んで送信することを特徴とする請求項１又は２に記載の低消費電力近距離無線通信システム。
  4. 　前記低消費電力近距離無線通信システムは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ規格に従う無線通信システムであり、
    　無線通信機器がコネクション未確立状態で接続相手となる他の無線通信機器を検出するために送信するアドバタイズメントパケットに、自器の識別情報及び任意の通信データを含めて送信することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の低消費電力近距離無線通信システム。
  5. 　前記低消費電力近距離無線通信システムは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ規格に従う無線通信システムであり、
    　無線通信機器がコネクション未確立状態で接続相手となる他の無線通信機器を検出するために送信するパケットに、自器の識別情報及び任意の通信データを時分割多重化した複数の通信データとして含めて送信し、
    　コネクション未確立状態でこのパケットを受信した無線通信機器が前記時分割多重化された通信データを復元して、前記送信側機器の識別情報及び任意の通信データを取得することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の低消費電力近距離無線通信システム。
  6. 　無線通信機器同士が、セントラル又はペリフェラルの役割をすることなく、アドホック通信を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の低消費電力近距離無線通信システム。
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