(57)【要約】【課題】  モバイル機器の、無線ネットワークでの位置を特定する信頼性の高い方法を提供する。【解決手段】  無線ネットワークでの位置を特定するために、モバイル機器は、モバイル機器の移動を検出する移動検出器と；信号強度及び既知の位置のリストからなる無線信号強度較正データを記憶するメモリと；受信した任意のネットワーク無線信号の無線信号強度を測定し、無線信号強度較正データを参照してモバイル機器の位置を特定する位置検出モジュールと；モバイル機器が閾値量より小さい範囲で移動していることを移動検出器が検出した時に、位置検出モジュールによって決められた無線信号の測定強度に統計的な修正を加える位置修正モジュールと、を含む。モバイル機器は、更にモバイル機器の方向を検出する方向検出器を含んでもよく、その方向は較正データ内に蓄積された方向データと比較され得る。【選択図】図１
2005176386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モバイル機器の移動を検出する移動検出器；
無線信号の強度と既知の位置のリストからなる無線信号強度較正データを記憶するメモリと；
受信した任意のネットワーク無線信号の無線信号強度を測定し、無線信号強度較正データを参照してモバイル機器の位置を特定する位置検出モジュールと；
モバイル機器が閾値量より小さい範囲で移動していることを移動検出器が検出した時に、位置検出モジュールによって決められた無線信号の測定強度に統計的な修正を加える位置修正モジュールと、を含んでなることを特徴とするモバイル機器。
【請求項２】
前記統計的修正は、最低Ｘ個の無線基地局からのＮ個の信号強度サンプルの移動ウインドウから、各Ｘ個の無線基地局の平均値及び標準偏差を計算することからなり、Ｎ個のサンプル内のＭ個が予め決められた値より大きな信号強度測定値を有するものであることを特徴とする請求項１記載のモバイル機器。
【請求項３】
前記移動検出器は移動の方向を検出し；
前記位置検出モジュールは、検出された移動の方向に応じて、前記モバイル機器の次の位置を予測することを特徴とする請求項１記載のモバイル機器。
【請求項４】
前記移動検出器は前記モバイル機器の速度を検出し；
前記位置検出モジュールは、検出された移動の速度に応じて、前記モバイル機器の次の位置を予測することを特徴とする請求項３記載のモバイル機器。
【請求項５】
前記位置検出モジュールは、移動の方向以外の位置を排除することを特徴とする請求項３記載のモバイル機器。
【請求項６】
モバイル機器の方向を特定する方向検出器と；
無線信号強度、方向及び既知の位置のリストからなる無線信号強度及び方向較正データを記憶するメモリと；
無線信号強度を測定し、前記モバイル機器の方向に応じて、無線信号強度及び方向較正データを参照して前記モバイル機器の位置を特定する位置特定モジュールと、を含んでなることを特徴とするモバイル機器。
【請求項７】
前記モバイル機器の移動を検出する移動検出器と；
前記モバイル機器が閾値量より小さい範囲で移動していることを移動検出器が検出した時に、位置検出モジュールによって決められた無線信号の測定強度に統計的な修正を加えるための、位置修正モジュールと、を含んでなることを特徴とする請求項６記載のモバイル機器。
【請求項８】
前記統計的修正は、最低Ｘ個の無線基地局からのN個の信号強度サンプルの移動ウインドウから、各Ｘ個の無線基地局の平均値及び標準偏差を計算することからなり、Ｎ個のサンプル内のＭ個が予め決められた値より大きな信号強度測定値を有するものであることを特徴とする請求項７記載のモバイル機器。
【請求項９】
前記移動検出器は移動の方向を検出し；
前記位置検出モジュールは、検出された移動の方向に応じて、前記モバイル機器の次の位置を予測することを特徴とする請求項７記載のモバイル機器。
【請求項１０】
前記移動検出器は前記モバイル機器の速度を検出し；
前記位置検出モジュールは、検出された移動の速度に応じて、モバイル機器の次の位置を予測することを特徴とする請求項９記載のモバイル機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、無線ネットワークでのモバイル機器の接近を判断する方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワークでカバーされた領域内での機器の位置を検出するための無線ローカル・エリア・ネットワークの利用（ＷｉＦｉ三角法）は、環境にも位置特定対象の機器にも付加的なハードウェアを実装する必要なく機器の位置を特定できるので、有利である。ＷＩＦＩ三角法は、ある領域をカバーする無線アクセス・ポイントの受信信号強度により、それぞれの位置を特徴づけることに依存する。機器の追跡が予定される領域全体に渡って信号強度の値を記録するために、まず較正段階が実行される。較正段階の後、アクセス・ポイント信号強度の値を使用して、もっとも可能性の高い機器の位置が検出される。１回の実行で、無線三角測量位置特定方法は、測定された無線信号強度を、無線信号強度と既知の位置の表と比較し、測定した信号強度に最も近い信号強度の表入力を検出し、検出した表入力を参照して機器の位置を特定する。
【０００３】
しかし、ＷｉＦｉ三角法には、信号強度が位置の関数として変化するだけではなく、例えば、（人や大きな物の動きなどの）環境により変化するなど、他の多くの要素によっても変化するという欠点がある。これらの信号強度の変化の結果、検出された位置の信頼性それ自体が低くなる；この問題は、安定性問題と呼ばれることがある。更に、モバイル機器の方向が、受信された信号強度に影響する場合もあり、すなわち同じ位置にあっても、機器が向いている方向によって、信号強度のレベルが数種にわたる可能性がある；この問題は、方向性問題と呼ばれることがある。
【０００４】
信頼性を向上させる技術の１つは、位置アルゴリズムからの一連のサンプルに基づいて最も可能性の高い位置を見つけるための統計的な方法を用いることであるが、使用者が移動している場合には位置検出の過渡的な誤差に対して位置が実際に変わるため、この技術はうまく機能しない。別の２つの技術（非特許文献１及び非許文献２参照）では、信号強度情報に基づいて、モバイル機器の位置を計算するシステムを実行する。更に、非特許文献１は、固定クライアントを利用して信号強度の全体的なばらつきを検出及び補正しようとするが、この方法では、固定クライアントは他の位置の変化を示していない可能性もあり、固定クライアントの近くの信号強度変化しか検出できない。
【０００５】
必要なのは、安定性問題を最低限に抑え、又は緩和する、ＷｉＦｉネットワークを使用して位置を特定する方法である。必要なのは、方向性問題を最低限に抑え、又は緩和する、ＷｉＦｉネットワークを使用して位置を特定する方法である。
【非特許文献１】ピー．バール（P. Bahl）、ヴィ．パドマナバン（V. Padmanabhan）著，「レーダー：建物内ＲＦベース  ユーザー位置および追跡システム（RADAR: An In-Building RF-Based User Location and Tracking System）」，米国電子電気技術者協会，インフォコム２０００予稿集（Proc. IEEE Infocom 2000）
【非特許文献２】ピー．コステロ（P. Castro）、ピー．チュー（P. Chiu）、ティー．クレメネク（T. Kremenek）、アール．ムンツ（R. muntz）著，「ニブル：無線ネットワーク環境のための確率的室内位置サービス（A Probabilistic Room Location Service for Wireless Networked Environments）」，ユービコムプ２００１（UbiComp 2001）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無線LANは、通信だけではなく、複数の固定基地局からの信号強度を解析することによって、モバイル機器の位置を特定するためにも使用できる。これは、環境内にハードウェアを更に配置する必要がなく、位置を特定される機器は無線ネットワーク・カードを要するだけなので、利点がある。しかし、この位置特定方法は、（例えば、建物のまわりを人が移動することによる）環境要素による、ネットワーク信号強度の継続的なばらつきのため、もともと信頼性が低い。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの問題を解決するモバイル機器は、本発明の１つの態様によれば、モバイル機器の移動を検出するための（加速時計などの）移動検出器；無線信号強度と既知の位置のリストからなる無線信号強度較正データを記憶するメモリと；受信した任意のネットワーク無線信号の無線信号強度を測定し、無線信号強度較正データを参照してモバイル機器の位置を特定（決定）する位置検出モジュールと；モバイル機器が閾値量より小さい範囲で移動していることを移動検出器が検出した時に、位置検出モジュールによって決定された無線信号の測定強度に統計的な修正を加えるための、位置修正モジュールと、を含む。
【０００８】
様々な統計的修正アルゴリズムを使用してもよい。１つの例としてのアルゴリズムは、最低Ｘ個の無線基地局からのＮ個の信号強度サンプルの移動ウインドウ（時間枠）から各Ｘ個の無線基地局の平均値及び標準偏差を計算することからなり、ここでＮ個のサンプルの内のＭ個が予め決められた値より大きな信号強度測定値を有するものであることを特徴とする。移動検出器が移動方向又は移動速度を検出できる場合、移動検出モジュールは、検出された移動方向に応じて、モバイル機器の次の位置を予測してもよい。
【０００９】
モバイル機器の位置を特定する方法は、本発明の別の態様によれば、受信したいかなる無線信号の無線信号強度も測定するステップと；モバイル機器の移動を検出するステップと；モバイル機器が閾値量より小さい範囲で移動している時に、測定した無線信号の測定強度に統計的な修正を加えるステップと；無線信号強度と既知の位置のリストからなる無線信号強度を参照してモバイル機器の位置を特定（決定）するステップと、を含む。
【００１０】
モバイル機器は、本発明の別の態様によれば、モバイル機器の方向を判断する（電子コンパスなどの）方向検出器と；無線信号強度、方向、及び既知の位置のリストからなる無線信号強度及び方向較正データを記憶するメモリと；無線信号強度を測定し、モバイル機器の方向に応じて無線信号強度及び方向較正データを参照してモバイル機器の位置を特定（決定）する位置検出モジュールと、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、モバイル機器に付加した移動検出器からの入力を位置特定アルゴリズムに提供することにより、モバイル機器の位置予測を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
モバイル機器に高価ではないセンサーを取り付けることにより、安定性問題と方向性問題の両方の解決方法を提供する。図１を参照すると、モバイル機器１００（携帯電話、ＰＤＡ、またはその他のモバイル機器であってもよい）は、モバイル機器の位置を特定するための位置検出モジュールを含む。加速器２８のような移動検出器は、モバイル機器１００が移動しているかどうかを検出し、この情報を位置検出モジュール２４に提供する。コンパス２０は、モバイル機器１００の方向を検出し、この情報を位置検出モジュール２４に提供する。位置検出モジュールは、該領域で送信される無線基地局からのネットワーク無線信号をアンテナ２２で受信し、その信号強度を測定する。信号強度情報は、メモリ２６に記憶された較正データと比較される。較正データは、信号強度及び位置情報のリストを含む。又、較正データは、方向情報、すなわち、記憶された特定の信号強度値の方向を、含んでもよい。
【００１３】
安定度：記憶されている較正データを用いた位置特定は、モバイル機器のユーザーには、コントロールできない環境条件の下での変化のため、本質的に不安定である。モバイル・ユーザーは環境的な要因をコントロールできないため、測定した信号強度を較正段階で記録した信号強度と比較して得た生の位置情報の信頼性を大きく改善することは難しい。性能は、生の信号強度測定値の使い方を変更することによって、特に、追加情報に基づいて生の位置情報を処理することによって、改善可能である。特に、モバイル機器１００は、モバイル機器の移動を検出するために、移動検出器（この場合は加速器）を利用する。移動を検出できる他のセンサーも使用することができる。移動センサーを使う方法は、（少なくとも）２つある。
【００１４】
この方法において、モバイル機器が特定の距離（事前に決められた何らかの閾値）を越えて移動するかどうかだけが問題になる。ユーザーの（いじったりする）不注意な動きのため、手持ち式機器がわずかに動くことが頻繁にあると仮定しているので、切り捨て閾値を定義し、これ以下では機器の小さな動きを無視するようにしている。これを実施する際、移動センサーは、閾値を越える動きが発生しているかどうかを示すブール値の発信だけに応答するようにしてもよい。これにより、より精度の高い移動検出に要求されるであろう場合より、安価だがより感度の低いセンサーの使用が可能になる。
【００１５】
移動検出器２８から得たブール値は、位置検出モジュールによる生の位置データの取り扱い方を決めるために使用される。第１の例では、モバイル機器は移動しない。機器が動かなければ、モバイル機器の本当の位置が変化しないことを承知した上で、誤差を含む推測位置を検出して誤差を除去するために様々な統計的アルゴリズムを適用することができる。一旦システムが安定したら、移動が検出されるまでは位置サンプルを取り直す必要はない（又はより低い周波数（頻度）でサンプルを取ることができる）。
【００１６】
統計的アルゴリズムの一例は、最新のＮ個の信号強度サンプルの移動ウインドウ（枠）を使用することである。ウインドウ（枠）内の少なくともＭ個のサンプルが有効な特性を有していれば（最低Ｘ個の無線基地局から受信した信号であれば）、信号強度の平均値及び標準偏差が各基地局について計算される。平均よりも標準偏差のＹ倍以上離れたサンプルは切り捨てられ、残りのサンプルは新しい平均値を計算するのに使用される。その位置でいくつかのサンプルを得るのに十分な時間だけユーザーが静止していれば、これも、また類似の技術も、位置検出の精度を向上できるであろう。しかし、ユーザーが移動すれば、このプロセスの結果は、瞬時の信号強度に基づく予測位置よりも悪くなる可能性がある。
【００１７】
単純なバイナリ移動検出器の場合には、ユーザーが移動すると、瞬時の信号強度のみに基づく予測位置まで戻ることになる。
【００１８】
移動検出器２８がより進んだ検出器であれば、例えば移動検出器２８が、移動の方向に加え、その方向の速度又は加速度を検出する能力があれば、付加的情報も判断できる。モバイル機器１００が（特定の閾値の範囲内で）静止していれば、上記と同じ方法が取られる。モバイル機器１００が移動しているときは、周囲空間の位相幾何学の基本知識がいくらかあれば、位置特定システムの精度を向上させるために利用可能な方法がいくつかある。例えば、方向、速度、及び以前の位置を使用して、モバイル機器の次の位置を予測できる。予測が曖昧な場合は、予測アルゴリズムの結果を用いて、無線ネットワーク位置推測器からの結果を有効なものにすることができる。移動方向上にない予測位置は排除される。図２は、位置推測器により戻された、可能性のある位置にフィルターをかけるため、方向と情報の利用を説示している。図２を参照すると、ユーザー５０は、可能性のある位置が６カ所ある建物の廊下にいることがわかる。移動検出器は、ユーザー５０が西に向かって移動していることを検出する。今後移動する可能性のある位置は、チェックマークで示されている。尚、ユーザー５０は、５２，５４，又は５６の位置の１つにいる可能性もある。可能性のある位置６２，６４，６６，６８，及び７０は移動の方向に位置していないので、排除してもよい。
【００１９】
方向：モバイル機器の方向に起因する信号強度の違いによって、２つの問題が発生する。１つは、較正中に、信号強度をいくつかの方向において捉えなければならない。これは時間はかかるが可能であり、較正ソフトウェアは、ユーザーをコンパスの指す方向に向くよう指示し、それぞれの位置に対して、例えば北、東、南、西、などの方向で読み取らせることができる。第２に、使用（位置推測）中、機器の方向は、受信した信号強度に影響する可能性がある。（実際に示される）方向にかなりのばらつきがある場合、位置にはなんらかの曖昧さがあるかも知れない。
【００２０】
これらの問題は、電子コンパス２０などの方向検出器でモバイル機器１００を増強することによって解決できる。電子コンパスは非常に小さくできるので、モバイル機器１００のサイズや重さをあまり増加させることにはならないであろう。そのようなセンサーの追加には、次のような利点がある。モバイル機器が較正を実行するのに使用される場合、電子コンパスは、較正中での方角情報の自動標示を提供する。使用中（すなわち、モバイル機器の位置特定中）、まず同じ方向で取得した記録された信号強度のみを検討することによって、更に次には、よく適合する物が無かった場合に、調査を拡大して他の方向も検討することによって、推測された位置の精度を向上させることができる（これは必ずしも全ての位置が全方向で較正されていない場合に有効である）。これにより、考慮すべき信号強度の組がほとんどないため、位置推測の速度が上がり、異なる方向に類似点しか発生しない場合、類似信号強度を有する位置は排除されるので、精度も向上することになる。例えば、北側位置Ａに東側位置Ｂと同じ信号強度特性があった場合、機器が北に向いている時には東側位置Ｂは考慮されないので、問題にならない。
【００２１】
本発明によるモバイル機器及び方法は、ネットワーク信号強度におけるばらつきの問題を解決する。小型の低価格移動検出器（加速器など）や電子コンパスをモバイル機器に追加しても、モバイル機器のサイズ、価格、又は消費電力はほとんど増えない利点がある。従来技術の方法では、信号強度の変化への対応は第２のクライアントに依存していたが、それとは対照的に、本方法は、クライアントの状況に関するより多くの情報の取得と、それを利用して、位置システムからの位置予測を向上することに依存している。以下の利点が得られるであろう：全ての情報は局所的である、即ち全てのセンサーはモバイル機器によって直接読み出されるので、ＲＡＤＡＲ法とは異なり、他のクライアントとの通信が不要である；本方法は、１台のクライアントが経験した変動は、場所の異なる可能性のある別のクライアントが経験した変動と同じであることを前提としていない；方向データを使用することで、方向に起因する、信号強度の大きな変動の可能性を扱うことができる−いずれの従来技術による方法も、これを達成することはできなかった。本方法は、既存の無線ネットワークに簡単で安価な拡張を提供するもので、センサー（すなわち、移動センサー、加速器）を追加することにより付加的な入力を位置特定アルゴリズムに提供し、機器に、現在の移動、方向、又はその欠如に基づいて、未来の位置を予測させる。この方法には、環境に対し付加的な構造基盤を追加する必要がなく、仮に性能が低下するとしても、これらの追加センサーを持たない機器でも位置システムを利用できる、という利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】位置を特定するためのモバイル機器のブロック図である。
【図２】モバイル機器の今後の位置の特定方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００２３】
１００  モバイル機器
２０    電子コンパス
２２    アンテナ
２４    位置検出モジュール
２６    メモリ
２８    加速器
５０    ユーザー
５２，５４，５６    可能性のある位置
６２，６４，６６，６８，７０    無効な位置
【図１】
2005176386.tif 000003
【図２】
2005176386.tif 000004