(57)【要約】【課題】送信レンジ変化を用いた安定無線ユーザ局在化方式を提供する。【解決手段】無線ネットワークの確実局在化方法はネットワーク内の無線装置に異なるパワーレベルで符号化局在化信号を送信するためにアクセスポイント可変送信パワー能力を使用する。無線装置によって収集され、ネットワークコントローラに報告された符号化信号の特定の組み合わせに基づいて、無線装置の位置が位置データベースに含まれる情報と関連して決定できる。【選択図】図１
2008536340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ネットワークにおける無線装置の位置を決定する方法であって、
複数の送信パワーレベルで複数の符号化信号を複数の無線ネットワークアクセスポイントから前記無線装置に送信するステップと、
前記複数の符号化信号の中から前記無線装置によって検出された符号化信号セットを前記無線装置から受信するステップと、
前記無線装置から受信された前記符号化信号セットの関数として前記無線装置の位置を決定するステップと、
を含む無線装置位置決定方法。
【請求項２】
前記複数の無線ネットワークアクセスポイントは少なくとも３つの無線ネットワークアクセスポイントでなる、請求項１の方法。
【請求項３】
前記無線ネットワークアクセスポイントはアクセスポイントの最大送信半径に等しい辺の長さを有する正三角形の頂点に配置される、請求項２の方法。
【請求項４】
前記複数の符号化信号の各々は各符号化信号が送信された特定の無線ネットワークアクセスポイントを一意に認識する、請求項１の方法。
【請求項５】
送信パワーレベル及び信号符号化命令がアクセスポイントコントローラによって各無線ネットワークアクセスポイントに送られる、請求項１の方法。
【請求項６】
前記アクセスポイントコントローラは前記無線ネットワーク内のアクセスポイントの位置情報を記憶する位置データベースを含む、請求項５の方法。
【請求項７】
無線ネットワーク内の無線装置の位置を決定するシステムであって、
前記無線ネットワーク内の所定位置に配置される複数の無線ネットワークアクセスポイントと、
前記アクセスポイントの各々の位置及び送信パワーレンジ能力を含むデータベースを有するアクセスポイントコントローラと、
前記アクセスポイントコントローラが前記アクセスポイントと通信することを可能にするルータと、
を具備し、
前記アクセスポイントコントローラは前記送信パワーレンジ能力内の種々の送信パワーレベルで複数の符号化信号を送信するために前記アクセスポイントの各々にコマンドを発行し、所定時間に渡って検出符号化信号を収集し、収集符号化信号を前記アクセスポイントコントローラに送信するために前記無線装置にコマンドを発行し、前記アクセスポイントコントローラは前記無線装置から受信した収集符号化信号及び前記データベースに含まれる情報に基づいて前記無線装置の位置を決定する、無線装置位置決定システム。
【請求項８】
前記複数の無線ネットワークアクセスポイントは少なくとも３つの無線ネットワークアクセスポイントを含む、請求項７のシステム。
【請求項９】
前記無線ネットワークアクセスポイントはアクセスポイントの最大送信半径に等しい辺の長さを有する正三角形の頂点に配置される、請求項８のシステム。
【請求項１０】
前記複数の符号化信号の各々は各符号化信号が送信された特定の無線ネットワークアクセスポイント及び各符号化信号が送信された送信パワーレベルを一意に認識する、請求項７のシステム。
【請求項１１】
送信パワーレベル及び信号符号化命令がアクセスポイントコントローラによって各無線ネットワークアクセスポイントに送られる、請求項７のシステム。
【請求項１２】
無線ネットワーク内の無線装置の局在化方法であって、
アクセスポイントコントローラから前記無線装置への局在化質問を初期化するステップと、
前記無線装置から位置づけ要求応答を受けるステップと、
符号化送信パワーレベル信号を送信することを複数の無線ネットワークアクセスポイントに命令するステップと、
所定時間にわたって検出符号化送信パワーレベル信号を収集することを前記無線装置に命令するステップと、
前記所定期間の経過後に検出符号化送信パワーレベル信号の収集を前記無線装置から受信するステップと、
受信した収集符号化送信パワーレベル信号に基づいて前記無線ネットワーク内での前記無線装置の位置を推定するステップと、
を含む、無線装置局在化方法。
【請求項１３】
前記無線ネットワーク内の推定位置を前記無線装置に知らせるステップをされに含む請求項１２の方法。
【請求項１４】
無線ネットワーク内の無線装置の局在化方法であって、
前記無線装置から局在化要求を受けるステップと、
符号化送信パワーレベル信号を送信することを複数の無線ネットワークアクセスポイントに命令するステップと、
所定期間に渡って検出符号化送信パワーレベル信号を収集することを前記無線装置に命令するステップと、
前記所定期間の経過後に検出符号化送信パワーレベル信号の収集を前記無線装置から受信するステップと、
受信した収集符号化無線パワーレベル信号に基づいて前記無線ネットワーク内での前記無線装置の位置を推定するステップと、
前記無線ネットワーク内の推定位置を前記無線装置に知らせるステップと、
を含む、無線装置局在化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には無線ネットワーキングに関し、幾つかの実施形態では、無線通信ネットワークでの無線ユーザの局在化、即ち、位置に基づくサービスを展開するために又はネットワーク内の侵入者の存在及び位置を検出するために無線ユーザの物理的位置を決定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
（ネットワーク及びインターネット（登録商標）プロトコル）
多様なコンピュータネットワークがあり、インターネットが最も有名である。インターネットは、コンピュータネットワークの世界規模のネットワークである。今日、インターネットは、何百万人ものユーザが利用可能な、公衆の自律的ネットワークである。インターネットは、ＴＣＰ／ＩＰ（すなわち、伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル）と呼ばれる１組の通信プロトコルを使って各ホストを接続する。インターネットは、インターネットバックボーンと呼ばれる通信インフラストラクチャを有する。インターネットバックボーンへのアクセスの大部分は、企業及び個人へのアクセスを再販するインターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）によって制御される。
【０００３】
ＩＰ（インターネットプロトコル）に関して、これは、ネットワーク上である装置（電話機、ＰＤＡ（携帯情報端末）、コンピュータなど）から別の装置にデータを送るためのプロトコルである。今日、ＩＰｖ４、ＩＰｖ６などを含めて、様々なＩＰのバージョンがある。ネットワーク上の各ホスト装置は、ホスト装置のＩＰネットワークへの接続点を識別する少なくとも１つのＩＰアドレスを有する。
【０００４】
ＩＰはコネクションレス型プロトコルである。通信時の端点間接続は連続的ではない。ユーザがデータ又はメッセージを送信し、又は受信するとき、データ又はメッセージは、パケットと呼ばれる構成要素に分割される。各パケットは、独立のデータ単位として扱われる。
【０００５】
インターネットなどのネットワークを介した各点間の伝送を標準化するために、ＯＳＩ（開放型システム間相互接続）モデルが確立された。ＯＳＩモデルは、ネットワーク中の２点間の通信プロセスを７つの階層に分け、各層（レイヤ）は独自の機能セットを付加する。各装置は、送信側端点では各層を通る下方への流れがあり、受信側端点では各層を通る上方への流れがあるようにメッセージを処理する。７つの機能層を提供するプログラミング及び／又はハードウェアは、通常、デバイスオペレーティングシステム、アプリケーションソフトウェア、ＴＣＰ／ＩＰ及び／又は他のトランスポート及びネットワークプロトコル、ならびに他のソフトウェア及びハードウェアの組合せである。
【０００６】
通常、上位４層は、メッセージがユーザから、又はユーザへ渡されるときに使用され、下位３層は、メッセージが装置（ＩＰホスト装置など）を通過するときに使用される。ＩＰホストは、サーバ、ルータ、ワークステーションなど、ＩＰパケットを送受信することのできるネットワーク上の任意の装置である。他の何らかのホストに向けられているメッセージは、各上位層には渡されず、他のホストに転送される。ＯＳＩ及び他の類似のモデルにおいて、ＩＰはレイヤ３、すなわちネットワーク層にある。
【０００７】
（無線ネットワーク）
無線ネットワークは、例えば、セルラ及び無線電話機、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ラップトップコンピュータ、装着型コンピュータ、コードレス電話機、ポケットベル、ヘッドセット、プリンタ、ＰＤＡなど、多種多様なモバイル機器を組み込むことができる。例えば、モバイル機器は、音声及び／又はデータの高速無線伝送を確保するデジタルシステムを含むことができる。典型的なモバイル機器は、送受信機（すなわち、例えば、送信機、受信機及び、必要に応じて、他の機能が統合されたシングルチップ送受信機などを含む、送信機及び受信機）、アンテナ、プロセッサ、１つ又は複数の音声変換器（例えば、音声通信用機器でのスピーカやマイクロホンなど）、電磁データ記憶（データ処理が提供される機器の場合などでの、ＲＯＭ、ＲＡＭ、デジタルデータ記憶など）、メモリ、フラッシュメモリ、フルチップセット又は集積回路、インターフェース（ＵＳＢ、ＣＯＤＥＣ、ＵＡＲＴ、ＰＣＭなど）などといった構成要素の一部又は全部を含む。
【０００８】
モバイルユーザが無線接続を介してローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）に接続することのできる無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）が、無線通信に用いられ得る。無線通信には、例えば、光、赤外線、電波、マイクロ波などの電磁波を介して伝搬する通信などが含まれ得る。現在、ブルートゥース（登録商標）、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＨｏｍｅＲＦなど、様々なＷＬＡＮ標準が存在する。
【０００９】
例えば、ブルートゥース製品は、モバイルコンピュータ、モバイル電話機、携帯式ハンドヘルド機器、携帯情報端末（ＰＤＡ）、及び他のモバイル機器の間のリンク、ならびにインターネットへの接続を提供するのに使用できる。ブルートゥースは、モバイル機器が、短距離無線接続を使って、相互に、また非モバイル機器と、どのようにして容易に相互接続し合うことができるかを詳述するコンピュータ及び電気通信業界の仕様である。ブルートゥースは、ある機器と別の機器との間でデータを同期させ、整合させ続けることを必要とする様々なモバイル機器の普及から生じるエンドユーザ問題に対処するためのデジタル無線プロトコルを作成し、異なるベンダからの装置が相互にシームレスに動作できるようにする。ブルートゥース機器は、共通の命名概念に従って命名できる。例えば、ブルートゥース機器は、ブルートゥース機器名（ＢＤＮ）又は一意のブルートゥース機器アドレス（ＢＤＡ）に関連付けられた名前を持ち得る。また、ブルートゥース機器は、インターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークに参加することもできる。ブルートゥース機器がＩＰネットワーク上で機能する場合、この機器は、ＩＰアドレス及びＩＰ（ネットワーク）名を備え得る。よって、ＩＰネットワークに参加するように構成されたブルートゥース機器は、ＢＤＮ、ＢＤＡ、ＩＰアドレス及びＩＰ名などを含むことができる。「ＩＰ名」という用語は、インターフェースのＩＰアドレスに対応する名前を指す。
【００１０】
ＩＥＥＥ標準であるＩＥＥＥ８０２．１１は、無線ＬＡＮ及び機器の技術の仕様を定める。８０２．１１を使えば、各単一基地局がいくつかの機器をサポートする無線ネットワーキングが実現され得る。いくつかの例では、機器に無線ハードウェアが事前装備されていることもあり、ユーザが、アンテナを含み得る、カードなどの別個のハードウェアをインストールすることもできる。例えば、８０２．１１で使用される機器は、通常、機器がアクセスポイント（ＡＰ）であるか、移動局（ＳＴＡ）であるか、ブリッジであるか、ＰＣＭＣＩＡカードであるか、それとも別の機器であるか否かを問わず、無線送受信機、アンテナ、及びネットワークにおける各点間のパケットの流れを制御するＭＡＣ（媒体アクセス制御）層という３つの注目すべき要素を含む。
【００１１】
加えて、いくつかの無線ネットワークでは、複数インターフェース機器（ＭＩＤ）が利用できる。ＭＩＤは、ブルートゥースインターフェースと８０２．１１インターフェースなど、２つの独立のネットワークインターフェースを含むことができ、よって、ＭＩＤが２つの別個のネットワーク上に参加すると同時に、ブルートゥース機器ともインターフェースすることが可能になる。ＭＩＤは、ＩＰアドレス、及びＩＰアドレスに関連付けられた共通ＩＰ（ネットワーク）名を持つことができる。
【００１２】
無線ネットワーク機器には、それだけに限らないが、ブルートゥース機器、複数インターフェース機器（ＭＩＤ）、８０２．１１ｘ機器（８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｇ機器などを含む、ＩＥＥＥ８０２．１１機器）、ＨｏｍｅＲＦ（家庭内無線周波数）機器、Ｗｉ−Ｆｉ（Wireless Fidelity）機器、ＧＰＲＳ（汎用パケット無線システム）機器、３Ｇセルラ機器、２．５Ｇセルラ機器、ＧＳＭ（移動通信用グローバルシステム）機器、ＥＤＧＥ（Enhanced Data for GSM Evolution）機器、ＴＤＭＡ型（時分割多重接続）機器、又はＣＤＭＡ２０００を含むＣＤＭＡ型（符号分割多重接続）機器が含まれ得る。各ネットワーク機器は、それだけに限らないが、ＩＰアドレス、ブルートゥース機器アドレス、ブルートゥース共通名、ブルートゥースＩＰアドレス、ブルートゥースＩＰ共通名、８０２．１１ＩＰアドレス、８０２．１１ＩＰ共通名、ＩＥＥＥ  ＭＡＣアドレスを含む、様々な種類のアドレスを含むことができる。
【００１３】
また、無線ネットワークには、例えば、モバイルＩＰ（インターネットプロトコル）システム、ＰＣＳシステム、及び他のモバイルネットワークシステムにおいて見られる方法及びプロトコルも関与し得る。モバイルＩＰでは、これに、インターネット技術標準化委員会（ＩＥＴＦ）によって作成された標準通信プロトコルが関与する。モバイルＩＰでは、モバイル機器ユーザは、これらの一旦割り当てられたＩＰアドレスを維持しつつ、各ネットワークにまたがって移動することができる。コメント要求（ＲＦＣ）３３４４を参照されたい。（注：ＲＦＣはインターネット技術標準化委員会（ＩＥＴＦ）の公式文書である。）モバイルＩＰは、インターネットプロトコル（ＩＰ）を拡張し、モバイル機器のホームネットワーク外部に接続するときに、モバイル機器にインターネットトラフィックを転送する手段を付加する。モバイルＩＰは、各モバイルノードに、これのホームネットワーク上のホームアドレスと、ネットワーク及びこれのサブネット内の機器の現在位置を識別する気付アドレス（ＣｏＡ）を割り当てる。機器が異なるネットワークに移動すると、機器は、新しい気付アドレスを受け取る。ホームネットワーク上のモビリティエージェントは、各ホームアドレスを、これの気付アドレスと関連付けることができる。モバイルノードは、インターネット制御メッセージプロトコル（ＩＣＭＰ）などを使って、これの気付アドレスを変更する都度ホームエージェントにバインディング更新を送ることができる。
【００１４】
無線ユーザの局在化
無線ユーザの位置を見つけることには多くの目的がある。救助又は緊急要因から現位置を認識できないで困っているユーザまでの範囲、位置特別注文無線サービスを提供し、無線ネットワークの侵入者又は他の無許可ユーザを検出し、局在化することがある。多くの局在化方式は無線ネットワークのために提案されていた。そのような方式は一般的には基本物理層の特徴に基づいている。例えば、超音波、赤外線、ブルーツース及び８０２．１１ＲＦネットワークに基づく種々の方式が提案されていた。これらの方式は受信信号強度インディケータ（ＲＳＳＩ）、飛行時間、及び到来角のような各種信号パラメータを測定することによって無線ユーザの位置を推測する。これらの方式の幾つかはクライアントに基づいている。この場合、ユーザは彼の位置を決定し、ネットワークはユーザ位置の知識を有していない。これに対して、他の方式はネットワークベース方式である。この場合、ネットワーク構造基盤がユーザの位置を決定するために使用される。前者の方法はユーザプライバシーが心配であるときに好ましいと考えられる。大部分の既知の方式では、システムにおけるユーザには悪意があるものはいないと仮定する。
【００１５】
ＷＬＡＮ（８０２．１１）システムのために提案された既知の局在化方式は通常では信号長（ＳＳ）パラメータを測定することに基づいている。この概念は事前にエリアのＳＳマップを決定することにある。このとき、システムは複数のアクセスポイント（ＡＰ）とＳＳマップによって知られるようにユーザからの信号長間の最良の整合に基づいてユーザの位置を決定しようとする。この整合は位置精度及び分解能を改良するために確定的及び確率的技術に基づいてなすことができる。一般的には、無線装置からのＳＳ値は期待ＳＳ値と比較され、装置の位置は平均二乗誤差を最小にする値であると考えられている。
【００１６】
センサネットワークの文献おいて確実な局在化に関して最近ある研究があった。L. Lazos及びR. Poovendranは“SeRLoc: Secure Range-Independent Localization for Wireless Sensor Networks,” Proceedings of WISE, Philadelphia, PA, Oct. 2004において、センサネットワークでの確実な局在化を検討し、指向性アンテナの使用に基づいた技術を提案していた。また、無線ネットワークへの侵入者の存在を局在化することが開示されていた。この場合、明示的ＲＦ距離境界が立証可能局在化方式を得るために使用されていた。ある方式は指向性アンテナと明示的ＲＦ距離境界の組み合わせを用いている。また、秘密基地局を使用することが開示されていた。また、センサネットワーク内の局在化情報を放送するビーコンに対する悪意の攻撃を検出するための技術が提案されていた。この検出は情報の整合性を証明する飛行時間（ＴＯＦ）技術の使用に基づいている。位置に基づくアクセス制御への１つの方法がN. Sastry, U. Shankar及びD. Wagnerによって,“Secure Verification of Location Claims,” WISE 2003において提供されている。これでは、超音波及び飛行時間技術を用いた位置証明に焦点が合わされている。
【００１７】
８０２．１１ネットワークにおける確実な局在化方式が提案されていた。S. Pandey, B.Kim, F. Anjum及びP. Agrawalによる“Client Assisted Location Data Acquisition Scheme for Secure Enterprise Wireless Networks,” WCNC 2004においては、ＳＳ値を用いた確実な局在化方式が提案されていた。ＳＳルックアップテーブルが効率的に構築されているが、協同ユーザを持つ企業のような環境に基づいている。この文献は平均化信号長ルックアップテーブルに基づいた簡単なトライラテラル化（trilaterization）を用いて、約１０ｆｔの位置誤り範囲で８５％の精度が得られたことを示している。P. Tao, A. Rudys, A. M. Ladd及びD. S. Wallachは“Wireless LAN location-sensing for security applications,” Proceedings of the Second ACM Workshop on Wireless Security (WISE), San Diego, CA, September 2003において、ＳＳルックアップテーブルの構築に基づいた位置推定方式を提案している。ＳＳテーブルは種々の位置でＳＳ読み取りを行って構築される。種々のパワーレベルで送信する侵入者の位置を検出できる「異なる方法」が開発されていた。マッピング技術がZ. Li, W. Trappe, Y. Zhang及びB. Nathによって“Robust Statistical Methods for Securing Wireless Localization in Sensor Networks,” Proceedings of the International Conference on Information Processing in Sensor Networks (IPSN), 2005において紹介されていた。これは無線センサネットワークにおいての確実な局在化の統計的方法を提案している。ここでは、悪意のあるユーザの存在するところでより耐性のある二乗平均エラーを最小にするマッピングに基づいてユーザ位置を決定することが提案されていた。
【００１８】
ＲＦに基づく無線ネットワークにおける局在化のために超音波、赤外線及びブルーツースのような異なる技術を用いると付加的なハードウェアを必要とし、故にコスト的に効率的でない。また、赤外線はラインオブサイト（line of sight）に制限され、日光によって影響されるので赤外線は多くの欠点を有する。
【００１９】
更に、センサネットワークに基づく多くの技術は全ての無線ネットワーク（例えば、８０２．１１ネットワーク）において確実な局在化のため適切ではないと思われる。これは指向性アンテナ又は非常に小さな時間制約を持つハードウェアのような特別なハードウェア（即ち、ＲＦ距離境界）の必要性及びそのような特別なハードウェアは全ての無線ネットワークと共に通常では好ましくないという事実による。また、これらの技術は種々の攻撃を受け易い。
【００２０】
上記のＰａｎｄｅｙ等は、協同ユーザを有する企業のような環境を仮定している。Ｐａｎｄｅｙ等からの証明データを用いて、本発明者等は受信ＳＳ値を２５％だけ増加し、最小二乗平均エラーに基づいた定形整合技術を用いることによってより高いパワーレベルで送信する侵入者のシナリオをシミュレートした。この場合、局在化方式が失敗し、精度が８５％（パワー変化なし）から１９％（パワー変化あり）まで低下した。（上述の）Ｔａｏ等のシステムは約１０ｆｔの分解能で正確な位置推定の７０％の確率であって、評価位置の精度が悪い。更に、中間方式は悪意のあるユーザの存在するところでは強くできるが、通常の動作条件では平均方式よりも悪化する。
【００２１】
故に、各種システム及び方法が知られながら、確実無線ユーザ局在化の改良されたシステム及び方法の必要性が残っている。本願は上述したようなシステム及び方法を改良している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は変化する送信パワーレベルで送信するため無線ネットワークアクセスポイントの既存の能力を使用する局在化方式を提供することによって既存の要求を解決する。異なるパワーレベルでの符号化信号はアクセスポイントによって送信される。このとき、検出された符号化信号は無線装置によって収集され、アクセスポイントコントローラのようなネットワーク制御装置に戻される。このとき、制御装置はアクセスポイント位置及び送信範囲情報を含むデータベースと協議して報告された符号化信号の収集に基づいて無線装置の位置を決定する。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
特に、一態様によると、本発明は無線ネットワークにおける無線装置の位置を決定する方法であって、複数の送信パワーレベルで複数の符号化信号を複数の無線ネットワークアクセスポイントから前記無線装置に送信するステップと、前記複数の符号化信号の中から前記無線装置によって検出された符号化信号セットを前記無線装置から受信するステップと、前記無線装置から受信された前記符号化信号セットの関数として前記無線装置の位置を決定するステップと、を含む無線装置位置決定方法を提供する。
【００２４】
本発明の他の態様によると、無線ネットワーク内の無線装置の位置を決定するシステムであって、前記無線ネットワーク内の所定位置に配置される複数の無線ネットワークアクセスポイントと、前記アクセスポイントの各々の位置及び送信パワーレンジ能力を含むデータベースを有するアクセスポイントコントローラと、前記アクセスポイントコントローラが前記アクセスポイントと通信することを可能にするルータと、を具備し、前記アクセスポイントコントローラは前記送信パワーレンジ能力内の種々の送信パワーレベルで複数の符号化信号を送信するために前記アクセスポイントの各々にコマンドを発行し、所定時間に渡って検出符号化信号を収集し、収集符号化信号を前記アクセスポイントコントローラに送信するために前記無線装置にコマンドを発行し、前記アクセスポイントコントローラは前記無線装置から受信した収集符号化信号及び前記データベースに含まれる情報に基づいて前記無線装置の位置を決定する、無線装置位置決定システムが提供される。
【００２５】
上記及び／又は他の態様、種々実施形態の特徴及び／又は利点は添付図を関連した以下の説明を鑑みて更に理解できる。種々実施形態は適用可能な場合異なる態様、特徴及び／又は利点を含める及び／又は除外することができる。更に、種々実施形態は適用可能な場合１つ以上の態様又は他の実施形態の特徴を組合すことができる。特定の実施形態の態様、特徴及び利点の説明は他の実施形態又は請求項を限定するように解釈すべきでない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の好適実施形態が添付図において限定しなく一例として示されている。
【００２７】
本発明は多くの異なる形態で実施でき、多数の図示する実施形態は本明細書がここで説明した種々の発明の原理の例を提供するものであり、そのような例はここに記載され及び／又はここに図示された好適実施形態に限定されることを意図していないと言うことに基づいて説明している。
【００２８】
８０２．１１ネットワークの実施として、本発明に従った局在化方法の一実施形態が図１に示されている。一般的に、無線ネットワークの配置は無線サブネット１０１のような少なくとも１つの無線サブネットを含む。無線サブネットでは、無線通信装置１０２のような無線ユーザ装置がアクセスポイント（ＡＰ）１０５のような１つ以上のアクセスポイントへ接続する無線通信チャンネル１０３及びルータ１０１４のような少なくとも１つのルータを介して少なくとも１つの有線サブネット１０１６に接続される。図示するように、無線ユーザ装置１０２はＡＰ２と関連し、無線通信リンク１０３を介してＡＰ２と通信できる。本発明のこの実施形態は少なくとも３つのＡＰ、即ち１０４，１０５，１０６を用いてネットワークによって行われる位置推定に基づいている。
【００２９】
本発明の概念によると、異なるパワーレベルで送信することを可能にする現在のＡＰの特性が利用されている。異なるパワーレベルを使用すると、ＡＰに対して異なる送信範囲となる。本実施形態は考慮中にネットワークシステムでの各位置は複数のＡＰの最大送信範囲内にあると仮定する。所定時刻でのシステムの各ＡＰは「ナンセンス」又はランダム数を各パワーレベルに関連付け、位置が決定されるべきユーザにそのパワーレベルで各ナンセンスを確実に送信する。その結果、各位置は時間的に任意の所定点でそれと関連する複数のＡＰから固有のナンセンスセットを持つことになる。このセットは各ＡＰが関心位置に到達するために使用しなければならないパワーレベルに依存する。この関心位置はまた位置から各種ＡＰまでの距離に依存する。無線ユーザ装置１０２はＡＰに対するユーザ装置位置に依存する特定のナンセンスセットを「聞く」ことができることになる。ユーザ装置１０２は受信したナンセンスを確実に返信するはずである。このとき、ユーザ装置１０２の位置は返信されたナンセンスセットに基づいて決定できる。複数（即ち、少なくとも３つ）のＡＰが存在すると、無線ネットワークにおける無線ユーザ装置の位置を確実に決定できる。
【００３０】
ＡＰコントローラ（ＡＰＣ）１０１５はネットワークの全てのＡＰ及びユーザ装置を管理する中央装置である。ＡＰＣ１０１５はユーザ装置及びＡＰについて詳細な情報を有している。この情報は繰り返しＳＮＭＰ（Simple Network Management Protocol）質問により得ることができる。ＡＰＣ１０１５はイントラネット又はインターネットアクセスのためのアクセスコントロールリストをセットアップするためにゲートルータとして作用するか、ゲートルータを制御するかのいずれかを行う。ＡＰＣ１０１５は局在化処理を制御し、配置サイト内の各位置に対応するナンセンスセットを持つと仮定する。これは予備配置段階中に得ることができ、データベース（例えば、location_table）に保存できる。
【００３１】
ＡＰＣ１０１５はバックボーン有線ネットワーク（１０１０，１０１１，１０１２，１０１３，１０１４）を介してネットワークの各種ＡＰ（１０４，１０５，１０６）に接続される。また、図１は有線通信リンク１０７，１０８及び１０９を示している。ＡＰ（１０４，１０５，１０６）は内部有線及び無線サブネット領域１０１６及び１０１間のブリッジとして作用する。ＡＰ（１０４，１０５，１０６）は各種パワーレベルで送信する能力を有する市販のアクセスポイントでできる。そのような多重パワーレベル能力は現在のところCisco AP1100, D-Link DWL-2100APなどのような各種市販のＡＰに含まれる特徴である。
【００３２】
先に説明したように、本発明の一実施形態に従った確実局在化方法は各種ＡＰからの異なるパワーレベルでナンセンス（ランダム数）を送信することに基づいている。
【００３３】
図２はＡＰ２０１０，２０１１，２０１２を示しており、これらは図１のＡＰ１０４，１０５，１０６に対応できる。ＡＰ２０１０，２０１１及び２０１２はＣ１（２０３，２０６，２０９），Ｃ２（２０２，２０５，２０８）及びＣ３（２０１，２０４，２０７）として示される送信範囲を持つ異なるパワーレベルナンセンスを送信する。ナンセンスはＮｉｊとして表される。但し、「ｉ」は送信ＡＰに対応し、「ｊ」は送信パワーレベルに対応する。例えば、Ｎ１２ナンセンス２０１５は第２パワーレベルでＡＰ１（２０１０）から送信される。このように、斜線領域２０１４の無線ユーザ装置は次のナンセンスセット｛Ｎ１２，Ｎ１３，Ｎ２２，Ｎ２３，Ｎ３３｝．を受信することになる。
【００３４】
図３は本発明の一実施形態に従った確実局在化方式を実施するためのメッセージフローを示している。ステップ１において、ＡＰＣ３０３は無線ユーザ装置３０１に対する局在化質問（localization query）３０７を初期化できる。ＡＰＣ３０３はユーザ装置のデータベースの中のそれらの他の詳細と共にユーザ装置ごとに局在化タイムアウトパラメータを整理できる。新たなクライアントが要求されたようにこのテーブルに付加されることになり、従って切り離されたクライアントはマーク付けされる。初期局在化質問３０７はどの関連ユーザに対する局在化タイムアウトにより、又は新たなユーザが無線ネットワークにアクセスしようとするときに初期化できる。この質問は関連ＡＰによって観察されるユーザ信号長の大きな変化又は異なるＡＰとユーザ装置との関連性のいずれかによって開始できる。また、局在化質問はＡＰＣによって割り当てられるように質問ＩＤ（ｑＩＤ）を含む。これは現在のタイムスタンプ及びクライアントＭＡＣアドレスを用いて構築できる。
【００３５】
ステップ２では、局在化要求３０８は初期局在化質問３０７に応答して、又はユーザ装置３０１がその現在の位置を知る必要があるときにユーザ装置３０１によって送ることができる。前者の場合、局在化要求３０８はＡＰＣ３０３によって送られるようにｑＩＤを運ぶことになり、これに対して後者の場合には、ｑＩＤがユーザ装置の現在のタイムスタンプ及びそのＭＡＣに基づいて自己生成できる。
【００３６】
ステップ３では、ＡＰＣ３０３無線ユーザ装置３０１が現在関連しているＡＰ及び関連ＡＰにかなり近接している他のＡＰを決定するためにデータベースを探索する。このとき、ＡＰＣ３０３は局在化手順を各種ＡＰに知らせることができ、それによりこれらＡＰはナンセンスを送信できる。各ＡＰは現在の負荷及びあらゆるナンセンス送信不能を報告できる。このとき、ＡＰＣ３０３はどのＡＰが実際にナンセンスを送るか及び報告されたＡＰ能力に基づいた種々の送信パワーレベルを決定することになる。それから、ＡＰＣはｑＩＤと共に局在化要求確認（ＡＣＫ）３０９をユーザ装置３０１に送る。送信すべきナンセンスの数に基づいて、ＡＰＣ３０３はユーザ装置３０１がナンセンスを収集する最大時間を示すメッセージ３０９にタイムアウト値を随意的に含めることができる。
【００３７】
ステップ４では、ユーザ装置３０１は種々の隣接ＡＰから送信ナンセンス３０１０を受信するために無線インタフェースをモニタする。この処置のため、ユーザ装置３０１は不規則モードにすることができ、又は信号長が単位パケットベースで得ることができれば、ユーザ装置３０１はナンセンスを集めながら管理モードを維持できる。しかしながら、そのような場合、非関連ＡＰからのナンセンスはユーザ装置３０１が現在関連しているＡＰからのパケットとしてそれらを認識するようにパケット化（又は注入化）されるはずである。ナンセンスが収集されている時間はメッセージ３０９からのタイムアウト値に基づいて決定され、又はある事前定義値（例えば、１５秒）にデフォルトできる。ステップ４ａでは、受信ナンセンス３０１４は標準パケットモニタリング及びフィルタリング機能又はアプリケーション（例えば、tethereal及びawkスクリプト）を用いて収集される。
【００３８】
ステップ５では、ＡＰＣ  ３０３はナンセンス３０１１を対応する送信パワーレベルと共に各ＡＰに送信する。複数のナンセンスは単一パワーレベルで送信される。そのようなナンセンスは形態Ｎｉｊｋで送信できる。但し、「ｉ」は送信ＡＰに対応し、「ｊ」は送信パワーレベルに対応し、「ｋ」はｊ番目のパワーレベルでｉ番目のＡＰによって送られる多重ナンセンスに対応する。例えば、Ｎ１２１ナンセンスは第２パワーレベルでＡＰ１から送信される第１ナンセンスである。パワーレベルは１２７と１の間の数字として示され、適切なコマンド又はＡＰ（例えば、ＨｏｓｔＡＰ実施にために‘iwpriv <eth1> txpower <level>コマンドが使用できる）を用いてＡＰに設定できる。メッセージ３０１１は次のように個別のＡＰに対する別々のメッセージで構成できる。ステップ５ａでは、ＡＰＣはナンセンスを示す個別のＡＰにメッセージ３０１２を送り、対応するパワーレベルを送信する。ステップ５ｂでは、ＡＰはＡＰＣからの受信メッセージ３０１２に示されるように送信パワーレベルを設定することによってナンセンスを含むメッセージ３０１３，３０１６，３０１７を送信する。ステップ５ｃでは、送信（３０１３，３０１６，３０１７）が完了した後に、各ＡＰがそのパワーレベルを最大に設定し、メッセージ３０１５を送信が無事に行われたことを示すＡＰＣ３０３に送る。上記手順は全てのナンセンスが放送されてしまうまで繰り返される。ＡＰＣ３０３はナンセンスを生成し、ナンセンスを種々のパワーレベルで送信することをＡＰに指示する。
【００３９】
次に、ステップ６では、ユーザ装置３０１が収集ナンセンスをメッセージ３０１９でＡＰＣ３０１９に送信する。ユーザ装置３０１がナンセンスを収集している期間はメッセージ３０９のタイムアウト値に基づいている。このタイムアウト値の経過後に、受信ナンセンスが対応するＳＳ値と共にＡＰＣに送られる。
【００４０】
ステップ７では、ＡＰＣ３０３はユーザ装置からメッセージ３０１９で受信したナンセンス、ＡＰによって送信されたナンセンス及びlocation_tableデータベースに基づいてユーザ装置３０１の位置を推定する。この推定に基づいて、ＡＰＣ３０３はユーザ装置３０１がネットワークサイト内の特定の部屋の内又は外にあるかを決定し、対応するユーザ装置３０１に対して適切なアクセスフィルタを設定できる。この決定は種々のパワーレベルで種々のＡＰからユーザ装置によって受信されたナンセンスの数に基づいてなされる。複数のナンセンスは単一のＡＰから所定のパワーレベルで送信されたことを留意する。位置に基づくサービスをユーザ装置にその現在位置に基づいて提供するため位置推定又は決定３０２０はそのユーザによって受信されたナンセンスの数を考慮に入れる。ユーザ装置が所定位置に存在するとみなすためには、ユーザ装置はあるＡＰから少なくともある最小のナンセンスとパワーレベルを受けなければならなく、これに対して他のＡＰ及びパワーレベルには、殆んど若干のナンセンスしか受信できない。
【００４１】
ステップ８では、決定３０２０がメッセージ３０２１としてユーザ装置３０１に送られる。これはＡＰＣ３０３によって推定されるようにユーザ装置３０１の位置である。例えば、無線ネットワークキャンパスの特定の部屋が考慮され、ユーザ３０１が部屋の内又は外にあるか否かが決定される。その後、ユーザに伝えられる決定メッセージがＩＮ又はＯＵＴのように単純であってもよい。
【００４２】
上記で指摘したように、配置サイト内の位置は少なくとも３つのＡＰの最大送信範囲によってカバーされるはずである。これを達成するために、最適ＡＰ配置が各他の最大送信範囲の端縁にＡＰを配置することである。全てのＡＰが同じ最大送信パワーを持ち、結果のサービスアリアが全てのＡＰに対して等しく、円形であると仮定すれば、ＡＰの最適配置は図４に示されるように最大送信半径に等しい辺の長さを持つ正三角形の頂点である。「関心領域」即ちＡＯＩとして３つのＡＰ４０１，４０２，４０３の各々の最大送信範囲によって境界付けられた領域及びサブ領域としてＡＯＩの内側の交差曲線によって形成される幾つかの領域を参照する。図４は線４０４，４０５，４０６（円形線分は無視する）によって境界付けられたＡＯＩを示す。ＡＰ４０１，４０２，４０３の各々は５つの異なるパワーレベルで送信できると仮定する。ＡＰごとにこれらのパワーレベルの各々のサービスエリアは図に示されている。例えば、ＡＯＩ内のＡＰ１４０１の送信範囲は（円形線分が無視されている最大送信範囲に対して）４０１１，４０１２，４０１３，４０１４及び４０５として示されている。サブ領域はナンセンスの特異なサブセットに対応するＡＯＩ内の最小境界領域である。ＡＯＩの内側の４つの異なるサブ領域は１（４０４１），２（４０４２），３（４０４３）及び４（４０４４）として記して示されている。サブ領域のサイズが大きくなるほど、位置分解能はますます粗くなる。
【００４３】
ＡＯＩの境界との曲線の交差点は「内部点」と呼ぶ。内部点の数はＮｉによって示される。例えば、図４において、ａ’（４０５１），‘ｂ’（４０５２）及び‘ｃ’（４０５３）として記された点は縁端点を示し、‘ｘ’（４０５４），‘ｙ’（４０５５）及び‘ｚ’（４０５６）として記された点は内部点である。提案した確実局在化アルゴリズムによってできる平均分解能に関する結果を次に示す。
【００４４】
定理１：提案方式を用いた平均分解能は
【数１】
2008536340.tif 000003
【００４５】
によって与えられる。但し、Ｒは最大送信範囲の半径である。
【００４６】
上記定理はF. Anjum, S. Pandey及びP. Agrawalによる“TRaVarSeLTransmission Range Variation based Secure Localization”, Tech Report, http://www.eng.auburn.edu/pandesg/pub/TRaVarSeL.pdf, June 2005において見つけることができる。
【００４７】
（本発明の広い範囲）
本明細書では、本発明の例示的実施形態を説明しているが、本発明は、本明細書で説明した様々な好ましい実施形態だけに限定されず、本開示に基づけば当分野の技術者によって理解されるはずの、等価の要素、改変、省略、（様々な実施形態にまたがる態様などの）組合せ、適合及び／又は変更を有するありとあらゆる実施形態を含むものである。特許請求の範囲における限定は、特許請求の範囲で用いられる言葉に基づいて幅広く解釈されるべきであり、本明細書において、又は本出願の出願中において記述される例だけに限定されず、これらの例は、非排他的であると解釈されるべきである。例えば、本開示において、「好ましくは」という用語は、非排他的であり、「それだけに限らないが、好ましくは」を意味する。本開示において、かつ本出願の出願中において、手段プラス機能又はステッププラス機能限定は、特定のクレーム限定について、この限定において、ａ）「〜の手段」又は「〜のステップ」が明記されている、ｂ）対応する機能が明記されている、及びｃ）構造、材料又はこの構造をサポートする動作が記載されていないという条件すべてが存在する場合に限り用いられる。本開示において、かつ本出願の出願中において、「本発明」又は「発明」という用語は、本開示内の１つ又は複数の態様を指すものとして使用され得る。本発明又は発明という言葉は、誤って重要度の識別と解釈されるべきではなく、誤ってすべての態様又は実施形態にわたって適用されるものと解釈されるべきではなく（すなわち、本発明はいくつかの態様及び実施形態を有すると理解されるべきであり）、また、誤って本出願又は特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。本開示において、かつ本出願の出願中において、「実施形態」という用語は、任意の態様、特徴、プロセス又はステップ、これらの任意の組合せ、及び／又はこれらの任意の部分などを記述するのに使用され得る。いくつかの例では、様々な実施形態が重なり合う特徴を含み得る。本開示では、「例えば」を意味する「ｅ．ｇ．」という省略用語が用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の概念に適用できるタイプの無線ネットワークトポロジーの概略図である。
【図２】本発明の概念に従ったアクセスポイントの種々送信パワーレベル及び送信範囲の重畳領域を示す概略図である。
【図３】本発明に従った局在化手順を行うための無線装置、アクセスポイント及び無線ネットワークのアクセスポイントコントローラ間の相互作用の１つの可能なシーケンスを示す図である。
【図４】本発明に従った、「関心領域」及び局在化分解能領域を表すように関心領域を伴う下位領域の概念を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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