測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カード、無線端末及び位置測定ネットワークシステム
【課題】本発明は、ホストコンピュータ側に負荷をかけず低消費電力で、時間応答性がよく、通信の秘匿性に優れ、精度の高い位置測定が行える測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カード、無線端末及び位置測定ネットワークシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の測位機能付無線制御チップセット１ａは、ＭＡＣ制御部７１に、すべての受信パケットの送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にこれを受信信号強度と対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする位置測定制御手段７５ａが設けられ、記憶制御部７４がこの要素をメモリセクション８内のＲＳＳＩテーブルに格納することを特徴とする。測位機能付無線通信カード、無線端末及び位置測定ネットワークシステムは測位機能付無線制御チップセット１ａを備えたことを特徴とする。
【解決手段】本発明の測位機能付無線制御チップセット１ａは、ＭＡＣ制御部７１に、すべての受信パケットの送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にこれを受信信号強度と対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする位置測定制御手段７５ａが設けられ、記憶制御部７４がこの要素をメモリセクション８内のＲＳＳＩテーブルに格納することを特徴とする。測位機能付無線通信カード、無線端末及び位置測定ネットワークシステムは測位機能付無線制御チップセット１ａを備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信するとともに周囲の受信信号強度（Received Signal Strength Indicator、以下ＲＳＳＩ）を測定してホストコンピュータに出力する測位機能付無線制御チップセット、またこれを備えた測位機能付無線通信カード、さらにこの測位機能付無線制御チップセットを搭載して無線ネットワーク内での位置を測定することができる無線端末、そして無線ネットワーク内での通信を利用して無線端末の位置を測定することができる位置測定ネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、位置測定に関する研究が盛んに行われてきた。とくに、ＧＰＳはカーナビゲーションの普及とともに実用上位置測定の主要な位置を占めるに至っている。しかし、ＧＰＳは衛星との通信が必要なため基本的に屋外で利用可能なものにすぎず、駅や空港、博物館、図書館等の公共の屋内空間、あるいはデパートやイベント会場等の商用の屋内空間での位置情報の提供には無力ともいえる。ＧＰＳ以外の位置測定の技術としては、携帯電話を使って複数の基地局からの時刻を受信し、時刻のずれによる三角測量を行って位置を測定するＥ−ＯＴＤ（Enhanced Observed Time Differences）、逆に携帯電話からの電波を複数の基地局で受信してその時間差から位置を測定するＴＤＯＡ（Time Difference of Arrival）といった技術も実用化されている（例えば特許文献１参照）。しかし、Ｅ−ＯＴＤやＴＤＯＡは複数の基地局などで高精度に時刻の同期をとる必要があり、各基地局等に専用のハードウェア等が必要となる。そして、屋内の位置測定を行うとき後述するように壁や屋根等のために測定精度が低下するものであった。
【０００３】
従って、屋内の位置測定を行うために超音波や赤外線、あるいは２．４ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯等の電波を使った無線ＬＡＮによるシステムが研究されている。このうち超音波や赤外線を利用したシステムは、これらの媒体の特性のため受信機等の設置場所が限られ、専用の設備が必要となるなど、この施設を導入するための導入費が高額となり、設置後の維持費も大きくなる傾向を有する。従って、超音波や赤外線を利用したシステムは、特殊な環境では適しても、一般に普及することはあまり見込めない。この点で、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ａ／ｇなどの規格に準拠したプロトコルで無線通信を行う無線ＬＡＮ、あるいはBluetoothやhomeRF、ＵＷＢ（Ultra Wideband）等の無線デバイスを搭載した機器間で無線通信を行って機器の位置を測定する位置測定ネットワークシステムは、無線通信と位置測定が１つのデバイスで行えるとともに、既に普及している無線デバイスを使うため比較的安価に設置でき、今後の普及が期待されるものである。
【０００４】
ところで、無線ＬＡＮによる位置測定ネットワークシステムの１つとして、予め無線ＬＡＮを構成する基地局で無線端末が出す電波のＲＳＳＩと位置の関係を学習しておき、位置測定の際に基地局で無線端末の電波のＲＳＳＩを測定し、これにより無線端末の位置を測定するＲＡＤＡＲシステムが知られている。しかし、このシステムは無線端末の電波のＲＳＳＩと位置の関係を予めテーブル（マップ）にしておかねばならず、この測定精度を上げるためキャリブレーションを行わなければならない。これは、屋内の無線通信の場合電波の減衰や反射、回折等が生じるからである。しかし、キャリブレーションは単調で面倒な作業であり、これを減少させるため次の技術が提案された（特許文献２参照）。
【０００５】
特許文献２の技術は、建物の部屋単位でＲＳＳＩを記録し、キャリブレーションデータまたは利用可能な最小限のデータの欠落があっても、ＲＳＳＩに応じて十分正確な位置情報を生じさせる回帰関数を利用することを提案する。回帰アルゴリズムは、建物内の既知の位置から１組のＲＳＳＩをとり、ＲＳＳＩを（ｘ，ｙ）の位置にマッピングする関数を生成するものであり、この関数は新しい位置（群）を推定するのに使われる。回帰のためにガウスカーネル関数等の同型基底関数が使われる。
【０００６】
このように、ＲＡＤＡＲシステムなどは、無線端末の１つ１つに対して基地局でＲＳＳＩと位置の関係を学習する必要があり、精度を上げるためにはキャリブレーションが必要となる。特許文献２の技術は、キャリブレーションを減少させることはできるが、基本的にはＲＡＤＡＲシステムと同様であり、最小限のキャリブレーションは必要である。
【０００７】
そして従来の位置測定ネットワークシステムにおいて注目されるべきことは、無線端末の位置情報を得るために基地局と無線端末の位置関係が重要で、これだけが問題にされ、無線端末同士の位置関係が問題にされることはなかったことである。従って、無線端末が多数存在しても、これらが位置測定のためには役に立つことはなかった。
【０００８】
そこで、本発明者らのうちの３人は、無線ＬＡＮ内の基地局または無線端末（以下、両者を含めてホスト）が周囲のホストの出すパケットを受信し、その際にＲＳＳＩを測定することでホスト間の距離を推定（以下、測定）する位置測定ネットワークシステム、ＷｉＰＳ（Wireless LAN based Indoor Positioning System）を提案した（非特許文献１参照）。なお、受信するパケットは自分宛のパケットだけでなく、周囲のホスト間で送受信するすべてのパケットを受信する。
【０００９】
このシステムは、すべてのホストがＲＳＳＩを測定するとともにＲＳＳＩを測定される、という２面性を備えたもので、従来の位置測定ネットワークシステムとは異なってキャリブレーションを行う必要がない。ホストがそれぞれに互いのＲＳＳＩを測定する機能をもつことで、キャリブレーションによって精度を向上させるのではなく、基準局中心の視点を無線端末中心の視点に変更し、ＲＳＳＩを基に各ホスト間の距離を測定することにより、収集するデータ数を増加させることで精度を向上させるものである。
【００１０】
図１５は従来の位置測定ネットワークシステムの全体図である。図１５において、Ｇ１〜Ｇ３はＧＰＳ等の測位手段を備え自分の位置情報を所有している基準局、Ｍ１〜Ｍ５はそれぞれ移動可能で自分の位置情報を所有していない無線端末である。無線端末Ｍ１〜Ｍ５、基準局Ｇ１〜Ｇ３はそれぞれが無線ＬＡＮを構成するホストｈｉ（０≦ｉ＜８）として一括して表現できる。このとき無線端末Ｍ１〜Ｍ５はｈｉ（０≦ｉ＜５）、基準局Ｇ１〜Ｇ３はｈｉ（５≦ｉ＜８）となる。そして、各ホストｈｉは直接通信可能なホストｈｊ（ｉ≠ｊ）のＲＳＳＩを測定する機能と、距離を推定（測定）する機能を備えている。また、基準局Ｇ１〜Ｇ３、無線端末Ｍ１〜Ｍ５の中の１つ、例えば基準局Ｇ１は、各ホストｈｉで推定した他のホストｈｊとの距離を集計して位置測定を行う測位サーバとして機能する。なお、図１５に示すシステムでは基準局Ｇ１〜Ｇ３、無線端末Ｍ１〜Ｍ５からなる無線ＬＡＮはアドホックネットワークを構成している。
【００１１】
ところで一例を挙げると、無線端末Ｍ１は基準局として基準局Ｇ１だけとしか通信できないため、従来は基準局Ｇ１の通信圏内に存在するというだけしか分からなかった。しかし、ＷｉＰＳによる位置測定ネットワークシステムにおいては、基準局Ｇ１のほかに無線端末Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４との通信を利用して、合計４つのホストのＲＳＳＩを測定して距離を測定することができる。推定されたホスト間の距離は無線端末Ｍ１から測位サーバ（ここでは基準局Ｇ１）に送信され、測位サーバがこれらを総合して位置測定を行う。
【００１２】
そこで、従来のＷｉＰＳによる位置測定ネットワークシステムで行う計算を簡単に説明する。無線端末数をｍ、基準局と無線端末の合計をｎとし、ホストｈｉ（その位置はベクトルｐｉで表される）とホストｈｊ（その位置はベクトルｐｊで表される）が直接通信可能な場合の測定距離ｄｉｊ、両者が直接通信不可能な場合の距離をｄｍａｘ＋とすると、無線端末の位置測定は、基準局の位置リスト｛ベクトルｐｉ｜ｍ≦ｉ＜ｎ｝とホスト間の測定距離のリスト｛ｄｉｊ｜０≦ｉ，ｊ＜ｎ；ｉ≠ｊ｝を使って、無線端末の位置リスト｛ベクトルｐｉ｜０≦ｉ＜ｍ｝を求める問題と言い換えられる。なお、ｄｍａｘを電波の届く最大距離とすると、ｄｍａｘ＋＝ｍａｘ（｜ベクトルｐｉ−ベクトルｐｊ｜，ｄｍａｘ）と定義される。
【００１３】
しかし、｜ベクトルｐｉ−ベクトルｐｊ｜〜ｄｉｊであり、ＲＳＳＩを測定して演算した測定距離ｄｉｊには誤差が含まれている。従って、これをすべて真の距離として計算すると全体的に矛盾が生じるため、できるだけこの関係を満足し、矛盾が生じないような調和点としての位置を決定する。
【００１４】
測位サーバで実行する測位アルゴリズムは、最小二乗法でも可能であるが、最急降下法によっている。このとき、無線端末（ホストｈｉ｜０≦ｉ＜ｍ）の位置の演算の初期値は、この無線端末と直接通信可能な基地局（ホストｈｉ｜ｍ≦ｉ＜ｎ）の重心の位置にあるものと仮定する。この初期値と測定距離ｄｉｊを前提に、各無線端末で位置に対する修正量ベクトルΔｉを求め、各ベクトルｐｉに対して修正量ベクトルΔｉを加えて新たなベクトルｐｉとし、新たな位置を基にこの修正を繰り返し、修正量ベクトルΔｉの最大値が所定の閾値を下回ったとき終了する。
【００１５】
この修正量ベクトルΔｉは、ＲＳＳＩを測定して算出された測定距離ｄｉｊまたは上述のｄｍａｘ＋と距離ｌｉｊとの差をとり、収束のためのパラメータα（経験的に０．１〜０．０５程度の値）をかけた値である。この繰り返し計算により、別途得られた基準局の位置情報はそのままに、ＲＳＳＩを測定して得た測定距離ｄｉｊをできるだけ満足した最適解としての無線端末の位置を決定することができる。
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−１１０３１４号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５４４０号公報
【非特許文献１】情報処理学会論文誌「コンピューティングシステム」、４４巻、Ｎｏ．ＳＩＧ１０（ＡＣＳ２）、２００３年７月、北須賀輝明、中西恒夫、福田晃、ｐ．１３１−ｐ．１４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
以上説明したように従来のＷｉＰＳによる位置測定ネットワークシステムは、ＴＤＯＡ等のように同期をとる必要がなく、超音波や赤外線を利用したシステムのように専用の設備のため費用がかかりすぎたりすることはない。また、ＲＡＤＡＲシステムや特許文献２の技術などではキャリブレーションが避けられないが、これが不要な点で優れた位置測定ネットワークシステムである。
【００１８】
しかし、従来のＷｉＰＳによる位置測定ネットワークシステムでは、周囲のホストが送受信するパケットのすべてを受信し、ＲＳＳＩを測定し、受信したパケットと共にこれをホストコンピュータへ送信して距離の演算をするため、ホストコンピュータはＲＳＳＩだけが必要であるにもかかわらず、自分宛ではないパケットまで無駄に受信し処理しなければならなかった。プロミスキャスモードを使っての処理となるため、普及時には通信の秘匿性も問題になる。しかも、演算をおこなった後に結果を測位サーバに送信する必要があり、これらの処理はホストコンピュータにとって負担であった。また、無駄な処理のためホストコンピュータの処理能力が不必要に低下し、時間応答性も悪くなる。また、移動端末の場合はとくに低消費電力が望まれるが、こうした無駄な処理のために電力消費が大きくなり、移動端末を使っての位置測定は事実上難しくなる。
【００１９】
そこでこのような課題を解決するために本発明は、コンピュータに負荷をかけず低消費電力で、時間応答性がよく、通信の秘匿性に優れ、精度の高い位置測定が行える測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カード、無線端末及び位置測定ネットワークシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、変調部と復調部が設けられたベースバンド部と、物理層インターフェースを有しＭＡＣ層の通信制御を行うＭＡＣ制御部が設けられた下位層制御部と、書き換え可能なメモリ部とを備え、これらが一枚の基板に設けられた測位機能付無線制御チップセットであって、ＭＡＣ制御部には、すべての受信パケットの送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にこれを受信信号強度と対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする位置測定制御手段が設けられ、記憶制御部が該要素をメモリ部のＲＳＳＩテーブルに格納することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の測位機能付無線制御チップセットによれば、無線制御チップセットで受信パケットの処理とＲＳＳＩテーブルを生成させるため、ホストコンピュータに負荷をかけずに済み、低消費電力にすることができ、時間応答性が良好となる。また、プロミスキャスモードで動作するのではないため通信の秘匿性を危険にさらすことがない。
【００２２】
本発明の測位機能付無線通信カードによれば、装着するだけで送受信するパケットの処理を行い、ＲＳＳＩテーブルを生成させるためホストコンピュータに処理させないで済み、低消費電力にすることができる。また、ホストコンピュータで処理を行わないので時間応答性が良好となる。プロミスキャスモードで動作するのではないため通信の秘匿性に優れた測位機能付無線通信カードにすることができる。
【００２３】
本発明の無線端末によれば、測位サーバを使って位置測定することができ、ＲＳＳＩテーブルを生成させるため低消費電力で、測定結果を得るまでの時間応答性が良好であり、ノーマルモードで動作するため通信の秘匿性に優れる。
【００２４】
本発明の位置測定ネットワークシステムによれば、無線端末がＲＳＳＩテーブルを生成して測位サーバが演算するので、測定結果を得るまでの時間応答性が良好で、無線端末がノーマルモードで動作するため通信の秘匿性に優れた位置測定ネットワークシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の第１の形態は、変調部と復調部が設けられたベースバンド部と、物理層インターフェースを有しＭＡＣ層の通信制御を行うＭＡＣ制御部が設けられた下位層制御部と、書き換え可能なメモリ部とを備え、これらが一枚の基板に設けられた測位機能付無線制御チップセットであって、ＭＡＣ制御部には、すべての受信パケットの送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にこれを受信信号強度と対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする位置測定制御手段が設けられ、記憶制御部が該要素をメモリ部のＲＳＳＩテーブルに格納する測位機能付無線制御チップセットであり、無線制御チップセットで受信パケットの処理とＲＳＳＩテーブルを生成させるため、ホストコンピュータに負荷をかけずに済み、低消費電力にすることができる。また、ホストコンピュータで処理を行わないので時間応答性が良好となる。
【００２６】
本発明の第２の形態は、第１の形態に従属する形態であって、受信信号強度を測定するＲＳＳＩ計測部と、該ＲＳＳＩ計測部で測定したデータを下位層制御部に送信するＲＳＳＩデータ線とが基板に設けられた測位機能付無線制御チップセットであり、従来あまり利用されることのない受信信号強度を有効利用し、ＲＳＳＩテーブルを一枚の無線制御チップセットだけで生成することができる。
【００２７】
本発明の第３の形態は、第１または第２の形態に従属する形態であって、位置測定制御手段が送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にこれと受信信号強度とを対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする第１の処理を行い、該第１の処理後の受信パケットに対して、ＭＡＣ制御部が自分宛ＭＡＣアドレスでない受信パケットを破棄する第２の処理を行う測位機能付無線制御チップセットであり、無線通信可能なすべてのパケットを受信できるが、ＭＡＣ制御部をプロミスキャスモードでなくノーマルモードに設定することができため、通信の秘匿性を低下させることはない。
【００２８】
本発明の第４の形態は、第１〜第３のいずれかの形態に従属する形態であって、直交変復調部がベースバンド部に接続して設けられ、該ベースバンド部、下位層制御部及びメモリ部と共に一体に構成された測位機能付無線制御チップセットであり、無線通信カードをよりコンパクトにすることができる。
【００２９】
本発明の第５の形態は、第１〜第３のいずれかの形態の測位機能付無線制御チップセットと、受信信号と送信信号の周波数変換と増幅を行う送受信部と、アンテナとを備えた測位機能付無線通信カードであり、装着するだけで送受信するパケットの処理を行い、ＲＳＳＩテーブルを生成させるためホストコンピュータに処理させないで済み、低消費電力にすることができる。また、ホストコンピュータで処理を行わないので時間応答性が良好となる。プロミスキャスモードで動作しないので通信の秘匿性を低下させることはない。
【００３０】
本発明の第６の形態は、第１〜第３のいずれかの形態の測位機能付無線制御チップセットと、受信信号と送信信号の周波数変換と増幅を行う送受信部と、アンテナと、ネットワーク通信制御手段とを備え、位置測定の演算を行う測位サーバに位置測定を要求するとともにＲＳＳＩテーブルを送信する無線端末であり、測位サーバを使って位置測定することができ、ＲＳＳＩテーブルを生成させるため低消費電力で、測定結果を得るまでの時間応答性が良好であり、ノーマルモードで動作するため通信の秘匿性に優れた無線端末を提供することができる。
【００３１】
本発明の第７の形態は、位置測定の演算を行う測位サーバと、電波で受信したパケットの送信元ＭＡＣアドレスと受信信号強度とを対応付けてＲＳＳＩテーブルを生成し、測位サーバに位置測定を要求するとともに該ＲＳＳＩテーブルを送信する無線端末と、無線端末と無線通信することができ、測位手段を備えて自分の位置情報を測位サーバに通知することができる複数の基準端末とから構成された位置測定ネットワークシステムであって、ＲＳＳＩテーブルと位置情報、及び無線端末の電波の最大到達距離とに基づいて無線端末の位置測定の演算を行う位置測定ネットワークシステムであり、無線端末がＲＳＳＩテーブルを生成し、測位サーバが位置測定のための演算をするので、測定結果を得るまでの時間応答性が良好で、無線端末がノーマルモードで動作するため、通信の秘匿性に優れた位置測定ネットワークシステムを提供することができる。
【実施例１】
【００３２】
本発明の実施例1のＷｉＰＳに基づく測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カード、無線端末及び位置測定ネットワークシステムについて図面に基づいて説明をする。図1は本発明の実施例1における測位機能付無線通信カードを搭載した無線端末の構成図、図２は本発明の実施例1における測位機能付無線制御チップセットの構成図、図３は本発明の実施例1における位置測定ネットワークシステムの全体構成図、図４は本発明の実施例1における無線端末の要部ブロック構成図、図５は本発明の実施例1における測位サーバの要部ブロック構成図、図６（ａ）は本発明の実施例1における測位機能付無線制御チップセットに設けられたＲＳＳＩテーブルの説明図、図６（ｂ）は基準局から通知される位置情報通知の説明図、図７は本発明の実施例１における全ホストＲＳＳＩテーブルの説明図、図８は本発明の実施例１における位置テーブルの説明図である。
【００３３】
図１において、１はホストコンピュータに装着されてＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ａ／ｇ、あるいはBluetoothやhomeRF、ＵＷＢ（Ultra Wideband）等のプロトコルで無線通信を行うスーパーヘテロダイン方式等の測位機能付無線通信カード、１ａはこの測位機能付無線通信カード１のベースバンド部、ＭＡＣ（Medium Access Control）制御部、メモリ部等が基板に一体で設けられ、無線通信制御を行うと同時に、ＲＳＳＩの測定値を使ってＲＳＳＩテーブルを作成し、これをホストコンピュータと送受信する測位機能付無線制御チップセットである。なお、この測位機能付無線制御チップセット１ａは上記各機能部を１モジュール化したものであり、測位機能付無線制御基板モジュールとも言い換えることができる。
【００３４】
２はアンテナ、３は測位機能付無線通信カード１を装着して無線通信を行うことができるホストコンピュータ、４はアンテナ２と測位機能付無線制御チップセット１ａの間に設けられ受信信号と送信信号の周波数変換と増幅を行うＲＦ／ＩＦ変換部（本発明の送受信部）であり、５は受信信号からＩ／Ｑ信号への直交復調、逆にＩ／Ｑ信号から送信信号への直交変調を行うＩ／Ｑ変復調部（本発明の直交変復調部）である。なお、ＲＦ／ＩＦ変換部４、Ｉ／Ｑ変復調部５を1つにまとめてアナログ回路のＲＦ制御部として構成した場合、このＲＦ制御部と測位機能付無線制御チップセット１ａとアンテナ２等とから測位機能付無線通信カード１が構成されることになる。
【００３５】
次に図２において測位機能付無線制御チップセット１ａの説明をすると、６はデジタルのＩ／Ｑ信号を変調してＩ／Ｑ変復調部５に出力するとともにアナログのＩ／Ｑ信号を復調するベースバンド部である。なお、ベースバンド部６の変調部６５、復調部６２（後述する）にスペクトラム拡散処理、同逆拡散処理等の処理を行う機能を付加することもできる。７は物理層やＭＡＣ層の制御を行う下位層制御部、８はフラッシュメモリ等の書き換え可能メモリからなるメモリセクション（本発明のメモリ部）、８ａはメモリセクション８に設けられた書き換え可能メモリ、８ｂは書き換え可能メモリ８ａに設けられたＲＳＳＩテーブル部である。このＲＳＳＩテーブル部８ｂにＲＳＳＩテーブルが格納される。なお、実施例１においては、下位層制御部７、ベースバンド部６、メモリセクション８とからなるデジタル回路のチップセットを測位機能付無線制御チップセット１ａとしたが、ＲＳＳＩ計測部が設けられたＩ／Ｑ変復調部５や、場合によってＲＦ／ＩＦ変換部４まで含め、デジタル回路とアナログ回路と組み合わせたチップセット、例えば図２に示す測位機能付無線制御チップセット１ｂとすることも可能である。
【００３６】
続いて、図１に基づいて実施例1の測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カードの構成について詳細に説明する。ＲＦ／ＩＦ変換部４において、４１は送受信の際に切り替えるアンテナ共用部、４２はローカル周波数信号や搬送波用信号を設定して供給する信号設定重畳部、４２ａは信号設定重畳部４２のための温度補償水晶発振器、４３は受信側のＬＮＡ等のＲＦアンプ、４４，４４ａはＲＦ／ＩＦ変換部４の受信側のバンドパスフィルタ（ＢＰＦと略記）、４５は信号設定重畳部４２からの信号を重畳する受信側の周波数変換部、４６は送信側のパワーアンプ（ＰＡと略記）、４７，４７ａはＲＦ／ＩＦ変換部４のバンドパスフィルタ（ＢＰＦと略記）、４８は信号設定重畳部４２からの信号を重畳する送信側の周波数変換部である。
【００３７】
次に、Ｉ／Ｑ変復調部５について説明する。５１は信号設定重畳部４２によって搬送波信号の位相差が設定制御される移相部、５２はＩ／Ｑ変復調部５の受信側のＡＧＣ（Automatic Gain Control）アンプ、５３はＩ／Ｑ復調部、５４はＩ／Ｑ信号それぞれに設けられたローパスフィルタ（ＬＰＦと略記）である。５５はＡＧＣアンプ５２のＡＭ電圧の大きさからＲＳＳＩを検出するＲＳＳＩ計測部である。なお、ＲＳＳＩ計測部５５は実施例１ではＲＦ／ＩＦ変換部４の基板側に形成されているが、必ずしもその必要はなく、ベースバンド部６が形成された基板側に設けることもできる。ＲＳＳＩ計測部５５では、ＲＳＳＩが単位ｄＢｍで測定され、ｘｄＢｍ、例えばｘ＝−１２．２ｄＢｍが測定されると、［ｘ］＋１００＝８８（ここで［ｘ］は整数）と計算され、実測の−１２．２ｄＢｍが位置測定用の１バイトの換算ＲＳＳＩ値「８８」に変換される。ＲＳＳＩ計測部５５からのデータはベースバンド部６に入力され、さらに下位層制御部７に送られ、ＲＳＳＩテーブルの要素としてＭＡＣアドレスと共に後述するＲＳＳＩテーブルに書き込まれる。次に、５６はＩ／Ｑ変復調部５の送信側のアンプである。
【００３８】
続いて、図２に基づいて実施例１の測位機能付無線制御チップセットの詳細について説明する。まず、ベースバンド部６について説明すると、５５ａはＲＳＳＩ計測部５５で測定したデータを下位層制御部７に送るためのＲＳＳＩデータ線、６１はデータを転送するためのＩ／Ｏ、６２は受信側のアナログデータをデジタルデータに復調する復調部、６３はアナログのＩ信号をデジタルのＩ信号に変換するＡＤコンバータ（図２上、Ｉ
ＡＤＣと略記）、６３ａはアナログのＱ信号をデジタルのＱ信号に変換するＡＤコンバータ（図２上、Ｑ ＡＤＣと略記）である。なお、ＲＳＳＩデータ線５５ａはＩ／Ｏ６１に接続され、パケットごとに換算ＲＳＳＩ値のデータが下位層制御部７に送られる。６４は受信側の信号の大きさを制御するためのＡＧＣ部であって、Ｉ／Ｑ変復調部５のＡＧＣアンプ５２の制御を行う。
【００３９】
また、６５は送信側のアナログデータをデジタルデータに変調する変調部、６６はデジタルのＩ信号をアナログのＩ信号に変換するＤＡコンバータ（図２上、Ｉ
ＤＡＣと略記）、６６ａはデジタルのＱ信号をアナログのＱ信号に変換するＤＡコンバータ（図２上、Ｑ ＤＡＣと略記）である。そして、６７はパワーアンプ４６を制御するＡＰＬ部である。
【００４０】
続いて、下位層制御部７の説明を行う。７１は自分宛ＭＡＣアドレスでない受信パケットを破棄するノーマルモードでＭＡＣ層を制御することができ、後述する送信元ＭＡＣアドレスを取り出す前処理を行うための位置測定制御手段７５が設けられたＭＡＣ制御部、７２は物理層の通信処理を行うＰＨＹＩ／Ｆ（本発明の物理層インターフェース）である。７３は下位層制御部７とホストコンピュータ３との間のＩ／Ｆ、７４はデータの読み出し書き込みを行う記憶制御部、７４ａは下位層制御部７を構成するための制御プログラムを格納したチップ内ＲＯＭ、７４ｂは下位層制御部７のチップ内ＲＡＭである。記憶制御部７４は、位置測定制御手段７５がＲＳＳＩテーブルの要素として決定した送信元ＭＡＣアドレスと換算ＲＳＳＩ値をＲＳＳＩテーブルに書き込み、また読み出しを行う。
【００４１】
次に、７５はＭＡＣ制御部７１内に設けられ、全受信パケットから送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にその換算ＲＳＳＩ値とを対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする位置測定制御手段である。このためのプログラムはチップ内ＲＯＭ７４ａに設けられ、位置測定制御手段７５は機能実現手段として構成される。また、位置測定制御手段７５はホストコンピュータ３からの要求を受けてＲＳＳＩテーブルを送信することができる。７５ａは換算ＲＳＳＩ値あるいはＲＳＳＩの平均値を計算する平均値演算手段、７５ｂは時間またはパケット数をカウントするカウンタ、７６はＷＥＰキーを使って暗号処理を行うＷＥＰエンジンである。
【００４２】
位置測定制御手段７５は図６（ａ）に示すように、すべての送信元ＭＡＣアドレスと換算ＲＳＳＩ値（あるいはＲＳＳＩ）とを対応付けてこれらをＲＳＳＩテーブルの要素とし、記憶制御部がこれらの要素をＲＳＳＩテーブルに格納するが、この処理後の受信パケットに対してＭＡＣ制御部７１は自分宛ＭＡＣアドレスでない受信パケットを破棄する制御を行う。このため、ＭＡＣ制御部７１は自分宛のみ通過させるノーマルモードでありながら、周囲のあらゆる無線端末のＭＡＣアドレスを収集することができ、またこれとＲＳＳＩと対応付けることが可能になり、キャリブレーションを行うのではなく、データ収集量を増加させることにより位置測定の精度を高めることができる。
【００４３】
このように、位置測定制御手段７５が設けられたためホストコンピュータ３の処理量を減らすことができ、本来プロミスキャスモードの場合しか実行できなかった処理をノーマルモード下で実行することができ、通信の秘匿性を低下させることがない。
【００４４】
なお、図６（ａ）などのＭＡＣアドレスは、製造者のＩＤ、例えば「ＡＡ：ＢＢ：ＣＣ」の部分と、製品固有のＩＤ「１１：２２：０１」の部分とから構成される４８ビットのＩＤで、２個は存在しないユニークな値である。取り出したＭＡＣアドレスは無線端末に対応するものとして換算ＲＳＳＩ値と共に後述のＲＳＳＩテーブルに格納される。
【００４５】
続いて、メモリセクション８について説明を行う。ＲＳＳＩテーブル部８ｂのＲＳＳＩテーブルには、図６（ａ）のように、送信元のＭＡＣアドレス、従って場合により送信元のホスト名、さらにはこのＭＡＣアドレスに対応した１バイトの換算ＲＳＳＩ値、以下説明するようにその平均値等が要素として格納される。あるいは、上述したように換算ＲＳＳＩ値に代えて、ビット数は大きくなるがｄＢｍ単位のＲＳＳＩを直接格納することもできる。そして、パケットを受信するたびごとにＲＳＳＩテーブルは更新される。
【００４６】
ところで、１つのホストから送信されるパケットは例えば１秒間に複数個あり、ＲＳＳＩテーブルの換算ＲＳＳＩ値はこの時間内に受信した順に時系列で順に追加する形態で格納される。ＭＡＣ制御部７１にはカウンタ７５ｂが設けられており、このカウンタ７５ｂによって時間またはパケット数をカウントし、所定の時間が経過するか、あるいは所定のパケット数になると、平均値演算手段７５ａが換算ＲＳＳＩ値（あるいはＲＳＳＩ）の平均値を計算する。これにより、一時的な電波障害があってもノイズを平準化することができる。ＲＳＳＩテーブルは定期的、例えば１秒間隔にホストコンピュータ３から要求されると、位置測定制御手段７５が送信する。ホストコンピュータ３に送信されるＲＳＳＩテーブルは、上述の要素すべてから構成してもよいが、ＭＡＣアドレスと平均値としての換算ＲＳＳＩ値（あるいはＲＳＳＩ）から構成するのがよく、これで十分である。このRＳＳＩテーブルは、平均値とあわせて分散値、パケット数をホストコンピュータ３に通知することも効果的である。
【００４７】
以上説明したように、実施例１のホストコンピュータ３は、ＲＳＳＩテーブルを生成する処理を測位機能付無線制御チップセットあるいは測位機能付無線通信カードで行い、ＲＳＳＩテーブルを測位機能付無線制御チップセットのメモリ部に保存し、距離の演算は測位サーバ９に行わせるため、ホストコンピュータ３ですべての処理を行う必要がなく、ホストコンピュータ３の処理能力が低下したり、電力を無駄に消費したり、するということがない。また、測位機能付無線制御チップセットあるいは測位機能付無線通信カードで処理し、さらには測位サーバ９で演算するため時間応答性が良好になるという作用効果を有する。なお、本発明の無線端末は測位機能付無線通信カードを装着して使用するホストコンピュータだけでなく、測位機能付無線制御チップセットやアンテナ２等を内蔵した内蔵型のコンピュータを含むものである。
【００４８】
続いて、本発明の実施例１の位置測定ネットワークシステムについて説明する。図３において、９は測位サーバ、１０１〜１０５は移動可能な無線端末、１０６，１０７，１０８は基準局であり、１０６ａ，１０７ａ，１０８ａは基準局１０６，１０７，１０８に搭載された測位手段である。従来技術の説明と同様、無線端末には「Ｍ」、基準局には「Ｇ」が付されている。この測位手段１０６ａ，１０７ａ，１０８ａは、例えば直接位置を測定するＧＰＳや、基準点からの距離を測定するレーザー距離計測器等である。実施例１においては精度の点から東経方向、北緯方向をｘ方向、ｙ方向とし、所定の基準点ｐ０からの距離を測定している。基準局１０６〜１０８は固定端末であっても移動端末であってもよいが、実施例１においては測位サーバ９を含めてイーサネット(登録商標)等を構成する固定端末にされており、基準局１０６〜１０８は無線端末１０１〜１０５のアクセスポイントとなっている。なお、このようなインフラストラクチャモードで動作するネットワークでなく、アドホックモードで動作するネットワークでもよいことは当然である。
【００４９】
さて、図８に示すように、基準局１０６，１０７，１０８の位置ｐ６，ｐ７，ｐ８は基準点ｐ０を原点（０，０）、単位をｍとして、それぞれｐ６（１５２，１２３）、ｐ７（１２５，１１０）、ｐ８（１３５，１５０）の位置に存在している。なお、以下の説明を容易にするため、無線端末１０１〜１０５と基準局１０６，１０７，１０８をいずれもホストｈｉとして一括して扱い、無線端末１０１〜１０５をそれぞれホストｈ１〜ｈ５、基準局１０６〜１０８をホストｈ６〜ｈ８とする。
【００５０】
まず、この位置測定ネットワークシステムを構成する無線端末１０１〜１０５（ホストｈ１〜ｈ５）の要部構成について説明する。ホストコンピュータ３の演算制御部は、ハードウェアとしてはＣＰＵであって、メモリ部から各制御プログラムを読み出して、機能実現手段として各制御機能をソフトウェア的に実行するものである。
【００５１】
図４において、３１は測位機能付無線通信カード１を挿入するスロット、３２は演算制御部内に設けられ、測位機能付無線通信カード１の位置測定制御手段７５に対して定期的、例えば１秒ごとにＲＳＳＩテーブルを要求するとともに、測位サーバ９に対しても定期的、例えば１秒ごとに位置測定を要求する測位クライアント制御手段である。測位クライアント制御手段３２は上述の機能実現手段である。また、３３はＲＳＳＩテーブルの要求や位置測定の要求を行うとのタイミングを計測する計時部である。
【００５２】
３４は、測位サーバ９にＲＳＳＩテーブルを転送し位置測定を要求するためのパケットを生成する要求パケット生成手段である。なお、測位手段を搭載した基準局の要求パケット生成手段３４は、図６（ｂ）に示すような位置情報通知により自分の位置情報を測位サーバ９に通知する。
【００５３】
次に、３５は要求パケット生成手段３４が生成したパケットをＵＤＰ，ＴＣＰ／ＩＰ等のプロトコルでネットワークへ送信するネットワーク通信制御手段、３６は有線ネットワークＩ／Ｆである。測位サーバ９がホストコンピュータ３と測位機能付無線通信カード１を介して無線でリンクされている場合は、要求パケットは測位機能付無線通信カード１のＩ／Ｆ７３から送信されるが、測位サーバ９が図３のように１００Base−ＴＸケーブル等を介して接続されている場合は、要求パケットは有線ネットワークＩ／Ｆ３６を介して測位サーバ９に送信される。
【００５４】
そして、３７は測位サーバ９で位置測定（位置の演算）が終わり、測定結果の位置テーブルがホストコンピュータ３に送信されてきたとき、これを記憶させる記憶制御部、３８はホストコンピュータ３のメモリ部、３８ａはメモリ部３８の中に設けられた位置テーブル部、３８ｂはＲＳＳＩテーブルを格納するＲＳＳＩテーブル部である。なお、図８に示す位置テーブルは演算前の初期化段階のものである。
【００５５】
このように実施例１のホストコンピュータ３本体は、動作時にＲＳＳＩ測定のためにパケット処理は行わず、また演算による位置測定も測定サーバで行うので、ホストコンピュータ３本体が行うのは位置テーブル、ＲＳＳＩテーブルの記憶と更新だけであり、位置測定の一連の処理によって処理能力が低下し、電力を無駄に消費するといったことがない。
【００５６】
続いて、実施例１の位置測定ネットワークシステムにおける測位サーバ９の要部構成について説明する。測位サーバ９の演算制御部もハードウェアとしてはＣＰＵであって、メモリ部から各制御プログラムを読み出して、機能実現手段として各制御機能をソフトウェア的に実行するものである。
【００５７】
実施例１の位置測定ネットワークシステムは、従来技術の説明で説明したのと同様に、無線端末数をｍ、基準局と無線端末の合計をｎとし、ホストｈｉ，ｈｊが直接通信可能な場合の距離ｄｉｊ、直接通信できない場合の距離をｄｍａｘ＋とする。このとき本発明の位置測定ネットワークシステムの位置測定は、基準局の位置｛ベクトルｐｉ｜ｍ≦ｉ＜ｎ｝とホスト間の測定距離｛ｄｉｊ｜０≦ｉ，ｊ＜ｎ；ｉ≠ｊ｝を使って、無線端末の位置｛ベクトルｐｉ｜０≦ｉ＜ｍ｝を求めることである。しかし、ＲＳＳＩとこれを測定して得た測定距離には誤差が存在する可能性がきわめて高く、これをできるだけホスト間で矛盾が生じないように調和させ、無線端末の位置を決定するものである。
【００５８】
図５において、９１は、図８に示す位置テーブルの位置が未実測あるいは未計算のもの（図８で「偽」を表すｆｉ＝０が付与されている）か、別途得た実測位置があるか若しくは計算済みのもの（図８で「真」を表すｆｉ＝１が付与されている）かにより、初期値が具体化（特定）されているか否かを判断する初期化判定手段、９２は位置演算手段である。図８に示すように、具体的に初期値が特定されていないｆｉ＝０のものには（０，０）等の値が機械的に付与される。位置演算手段９２は、初期化判定手段９１がｆｉ＝０のものが存在すると判定すると、（数１）によりこのホストｈｉに対して初期値を計算する。（数１）の中でＬｉは（数２）で定義される。なお、｜Ｌｉ｜はＬｉの要素数である。すべてのホストｈｉがｆｉ＝１と判定され、ｆｉ＝０のものがなくなったときに、位置の初期値の計算を終了する。
【００５９】
【数１】
【００６０】
【数２】
この（数１）の意味は、初期値を基準局の重心の位置にする、ということであり、これを図３で説明すると、ホストｈ２（Ｍ２）は５つのホスト、ｈ１（Ｍ１）、ｈ３（Ｍ３）、ｈ５（Ｍ５）、ｈ６（Ｇ１）、ｈ７（Ｇ２）と直接通信可能（ｄｍａｘより距離が短い）であるが、ｈ６，ｈ７はｆ６，ｆ７＝１であり、ｈ１，ｈ３，ｈ５はいずれもｆ１，ｆ３，ｆ５＝０である。このとき、Ｌｉ＝｛６，７｝であり、｜Ｌｉ｜＝２であるから、ベクトルｐ２＝（ベクトルｐ６＋ベクトルｐ７）／２となる。従って、ホストｈ２（Ｍ２）の位置ｐ２の初期値は基準局Ｇ１，Ｇ２の重心の位置になる。なお、ホストｈ１（Ｍ１）は基準局としては基準局Ｇ１としか通信可能でないため、ｈ６（Ｇ１）の位置が初期値となる。あまり意味はないが、１個の場合も重心といえる。
【００６１】
続いて、測位サーバ９は位置ｐｉ，ｐｊ間の距離ｌｉｊ、ｄｍａｘ＋を計算する。９３は距離ｌｉｊを計算する第１距離演算手段、９４は距離ｄｍａｘ＋を計算する第２距離演算手段である。ここにｌｉｊは（数３）、ｄｍａｘ＋は（数４）で表される。なお、ｄｍａｘは電波の届く最大距離であり、電波が届かないときは位置ｐｉ，ｐｊ間の実際の距離がｄｍａｘ＋となる。
【００６２】
【数３】
【００６３】
【数４】
９５はこの距離ｌｉｊとベクトルｐｉ，ｐｊから（数５）によって単位長ベクトルｕｉｊを求める単位長ベクトル演算手段である。
【００６４】
【数５】
また、９６は、送信されたＲＳＳＩテーブルのＲＳＳＩ、あるいは換算ＲＳＳＩ値から計算したＲＳＳＩに基づいて、位置ｐｉ，ｐｊ間の距離ｄｉｊを（数６）によって計算するＲＳＳＩ−距離演算手段である。ＲＳＳＩ−距離演算手段９６は各ホストからＲＳＳＩテーブルを受信すると、図７に示す全ホストＲＳＳＩテーブルを作成してその後の距離ｄｉｊの演算に供する。図７は本発明の実施例１における全ホストＲＳＳＩテーブルの説明図である。
【００６５】
なお、（数６）は自由空間損失に基づく減衰を前提にしたものである。図９は本発明の実施例１におけるＲＳＳＩと距離との関係を示す説明図である。なお、（数６）に代えて、建物の壁の影響や地面の反射を考慮したモデルによる計算もできる。
【００６６】
【数６】
ここに、Ｒは単位がｄＢｍのＲＳＳＩであり、Ｒ０は距離が０のときの値で実験的に求められるもので、例えば３１．０ｄＢｍ程度のものである。また、λ＝ｃ／ｆで、ｃ＝３×１０８ｃｍ／ｓ、ｆ＝２．４ＧＨｚ等の周波数である。
【００６７】
９７はホストｈｉ（０≦ｉ＜ｍ）の無線端末に対して（数７）で修正量ベクトルΔｉを計算する修正量演算手段である。最急降下法による。ここで、Ｌは（数８）、Ｋは（数９）で表される。αは収束を速めるためのパラメータで、０．１〜０．０５程度の値である。
【００６８】
【数７】
【００６９】
【数８】
【００７０】
【数９】
この（数７）の修正量ベクトルΔｉの意味を説明すると、位置ｐｊから電波が届く位置ｐｉのホストの場合（圏内ホストの集合Ｌ）は、（数６）で計算した距離ｄｉｊと位置テーブルの位置ｐｉ，ｐｊ間の距離ｌｉｊとの差が修正量であり、圏外の場合（圏外ホストの集合Ｋ）は、位置ｐｊから電波の届く最大距離ｄｍａｘよりも計算上距離ｌｉｊが小さいときのみこの差が修正量となり、そのほかはこの部分の修正量は０ということである。
【００７１】
すなわち、図３の場合において説明すると、ホストｈ６（Ｇ１）は３つのホスト、ｈ１（Ｍ１）、ｈ２（Ｍ２）、ｈ３（Ｍ３）と通信できるため（ｄｍａｘより距離が短い）、距離ｄｉｊと距離ｌｉｊとの差にαをかけたものが第１の修正量となり、ｈ４（Ｍ４）、ｈ５（Ｍ５）、ｈ７（Ｇ７）、ｈ８（Ｇ８）は圏外であるから、計算上電波の到達距離ｄｍａｘが距離ｌｉｊより大きい場合にのみこの差にαをかけて第２の修正量とするものである。
【００７２】
この第１と第２の和による修正で、初期値から徐々に調和点に漸近させることができる。なお、実施例１の測位システムは、多数のホストｈｉ（ｍ≦ｉ＜ｎ）の位置ｐｉを固定し、ホストｈｉ（０≦ｉ＜ｍ）の位置ｐｉを修正していくものであるから、電波の反射、回折等のためマルチパスフェージングが生じる場合にも、複数のパスが影響しあって、従来のＲＡＤＡＲシステムなどと比べ比較的良好な測定結果になる傾向をもつものである。
【００７３】
続いて図５において、９８は修正量Δｉを計算して（数１０）で更新したときの位置テーブルの位置ｐｉの値を更新する更新手段、９９は計算結果が収束したか否かを判定する収束判定手段である。この収束は修正量Δｉが所定の閾値γ内に収まったか否かで判定し、閾値γ内に収まったときに位置測定は終了する。
【００７４】
【数１０】
【００７５】
【数１１】
そこで、本発明の実施例1の測位システムで行われる処理をフローチャートに基づいて説明する。まず、測位機能付無線通信カードで実行される処理を図１０に基づいて説明する。図１０は本発明の実施例１における測位機能付無線通信カードで実行される処理のフローチャートである。図１０に示すように、周囲のホストが送信したパケットを受信するまで待機する（ｓｔｅｐ１）。パケットを受信した場合、ＲＳＳＩを測定し（ｓｔｅｐ２）、ＭＡＣアドレスを取り出し（ｓｔｅｐ３）、これらを要素としてＲＳＳＩテーブルを更新する（ｓｔｅｐ４）。
【００７６】
ここで所定のタイミング（所定の時間間隔）か否かを判定して、所定のタイミングではない場合はｓｔｅｐ１に戻り、所定のタイミングの場合はＲＳＳＩの平均値を計算する（ｓｔｅｐ６）。次に、ホストコンピュータからＲＳＳＩテーブルの要求があるか否かがチェックされ（ｓｔｅｐ７）、要求がなければｓｔｅｐ１に戻って待機し、要求があれば必要な要素からなるＲＳＳＩテーブルをホストコンピュータに転送する（ｓｔｅｐ８）。
【００７７】
次に、ホストコンピュータで実行される処理を図１１に基づいて説明する。図１１は本発明の実施例１におけるホストコンピュータで実行される処理のフローチャートである。図１１において、位置測定の要求モードになるまで待機し（ｓｔｅｐ１１）、このモードになった場合は直ちに、また要求モードを継続中の場合は前回の位置測定から所定時間、例えば１秒経過したかがチェックされ（ｓｔｅｐ１２）、所定時間経過している場合は、測位機能付無線通信カードにＲＳＳＩテーブルを要求する（ｓｔｅｐ１３）。
【００７８】
ＲＳＳＩテーブルを受信したら、測位サーバに位置測定を要求してＲＳＳＩテーブルを送信し、基準局では測位サーバに位置情報を通知する（ｓｔｅｐ１４）。その後、測位サーバから位置測定の結果が送信されるまで待機し（ｓｔｅｐ１５）、位置測定の結果を得た場合は、これを位置テーブルのデータを更新する（ｓｔｅｐ１６）。更新後はｓｔｅｐ１１に戻って所定時間が経過するのを待つ。
【００７９】
最後に、測位サーバで実行される処理を図１２に基づいて説明する。図１２は本発明の実施例１における測位サーバで実行される処理のフローチャートである。図１１に示すように、測位サーバは各ホストから位置測定の要求があるまで待機する（ｓｔｅｐ２１）。要求があった場合、各ホストの位置が具体化されているかが判定され（ｓｔｅｐ２２）、具体化（初期化）されていない場合はその位置に対して初期値を与えるために初期化を繰返す（ｓｔｅｐ２３）。
【００８０】
位置が具体化されている場合には、ＲＳＳＩを使って（数６）で計算した距離ｄｉｊ、特定した位置を使って（数３）で計算した距離ｌｉｊ等を使って修正量ベクトルΔｉの演算を行う（ｓｔｅｐ２４）。続いて、この修正量ベクトルΔｉの最大の絶対値が所定の閾値γ内に収束したか否かが判定され（ｓｔｅｐ２５）、この絶対値が所定の閾値γより大きい場合は、ベクトルｐｉをベクトルｐｉ＋Δｉで更新し（ｓｔｅｐ２６）、閾値γ内に収束した場合は位置テーブルを更新する（ｓｔｅｐ２７）。その後、この位置テーブルを基に、位置測定を要求したホストに対してそれぞれ位置測定の結果を通知し（ｓｔｅｐ２８）、ｓｔｅｐ２１に戻って各ホストから位置測定の要求があるまで待機する。
【００８１】
以上、本発明の実施例1の測位システムと測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カードについて説明したが、これを使った位置測定の実験結果について説明する。図１３は本発明の実施例1における測位システムの屋外での実験結果図、図１４は本発明の実施例1における測位システムの屋内での実験結果図である。
【００８２】
図１３に示す屋外の測位システムの実験は、コンクリート面上で高さ１１０ｃｍの位置に、２台のＰＤＡを置き、それらのＰＤＡの間隔が１ｍ、２ｍ、３ｍ、４ｍ、６ｍ、８ｍ、１０ｍの７通りの場合について測定したものである。図１３中にＷｉＰＳとあるのが実施例1の測位システムの実験値であり、ＲＳＳＩとあるのはＲＳＳＩで計算した実験値である。実施例1の測位システムの実験値は３点、ＲＳＳＩの実験値は６点ある。この図１３の屋外の測位システムの実験によると、ＲＳＳＩで測定した場合に比べ、実施例1の測位システムの実験値はバラツキが小さくなっているのが分かる。
【００８３】
次に、図１４に示す屋内の測位システムの実験は、高さ７０ｃｍの机の上に、ＰＤＡを７台２５ｃｍ間隔で等間隔に並べ、両端のＰＤＡを１．５ｍ間隔の基準局として実験したものである。なお、図１４にプロットされている点のうち、１．５ｍの値は基準局のＰＤＡの位置（ここでは距離）であり、実験値ではない。図１４の実験結果によると、実施例1の測位システムの測定値は実測距離にかなり近い値を示していることが分かる。屋外に比べ屋内の方が精度が高く、距離が小さいほど高精度になる。
【００８４】
このように本発明の実施例1の測位システムは、近距離になるほど良好な測定結果を示し、屋内で多数の無線端末が存在する場合ほど有力な位置測定手段になることが分かる。また、本発明の実施例1の測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カードは、低消費電力でホストコンピュータ側に負荷をかけず、高精度の位置測定が行え、測位機能付無線制御チップセットあるいは測位機能付無線通信カードでパケット処理するため位置測定の時間応答性が良好になり、通信の秘匿性を低下させない。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、無線通信するとともにＲＳＳＩを測定して位置測定用にホストコンピュータに出力する測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カード、さらにこの測位機能付無線制御チップセットを搭載した無線端末、この無線端末からなる位置測定ネットワークシステムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施例1における測位機能付無線通信カードを搭載した無線端末の構成図
【図２】本発明の実施例1における測位機能付無線制御チップセットの構成図
【図３】本発明の実施例1における位置測定ネットワークシステムの全体構成図
【図４】本発明の実施例1における無線端末の要部ブロック構成図
【図５】本発明の実施例1における測位サーバの要部ブロック構成図
【図６】（ａ）本発明の実施例1における測位機能付無線制御チップセットに設けられたＲＳＳＩテーブルの説明図、（ｂ）基準局から通知される位置情報通知の説明図
【図７】本発明の実施例１における全ホストＲＳＳＩテーブルの説明図
【図８】本発明の実施例１における位置テーブルの説明図
【図９】本発明の実施例１におけるＲＳＳＩと距離との関係を示す説明図
【図１０】本発明の実施例１における測位機能付無線通信カードで実行される処理のフローチャート
【図１１】本発明の実施例１におけるホストコンピュータで実行される処理のフローチャート
【図１２】本発明の実施例１における測位サーバで実行される処理のフローチャート
【図１３】本発明の実施例1における測位システムの屋外での実験結果図
【図１４】本発明の実施例1における測位システムの屋内での実験結果図
【図１５】従来の位置測定ネットワークシステムの全体図
【符号の説明】
【００８７】
１ 測位機能付無線通信カード
１ａ，１ｂ 測位機能付無線制御チップセット
２ アンテナ
３ ホストコンピュータ
４ ＲＦ／ＩＦ変換部
５ Ｉ／Ｑ変復調部
６ ベースバンド部
７ 下位層制御部
８ メモリセクション
８ａ 書き換え可能メモリ
８ｂ ＲＳＳＩテーブル部
９ 測位サーバ
３１ スロット
３２ 測位クライアント制御手段
３３ 計時部
３４ 要求パケット生成手段
３５ ネットワーク通信制御手段
３６ 有線ネットワークＩ／Ｆ
３７ 記憶制御部
３８ メモリ部
３８ａ 位置テーブル部
３８ｂ ＲＳＳＩテーブル部
４１ アンテナ共用部
４２ 信号設定重畳部
４２ａ 温度補償水晶発振器
４３ ＲＦアンプ
４４，４４ａ バンドパスフィルタ
４５ 周波数変換部
４６ パワーアンプ
４７，４７ａ バンドパスフィルタ
４８ 周波数変換部
５１ 移相部
５２ ＡＧＣアンプ
５３ Ｉ／Ｑ復調部
５４ ローパスフィルタ
５５ ＲＳＳＩ計測部
５５ａ ＲＳＳＩデータ線
５６ アンプ
６１ Ｉ／Ｏ
６２ 復調部
６３，６３ａ ＡＤコンバータ
６４ ＡＧＣ部
６５ 変調部
６６，６６ａ ＤＡコンバータ
６７ ＡＰＬ部
７１ ＭＡＣ制御部
７２ ＰＨＹＩ／Ｆ
７３ Ｉ／Ｆ
７４ 記憶制御部
７４ａ チップ内ＲＯＭ
７４ｂ チップ内ＲＡＭ
７５ 位置測定制御手段
７５ａ 平均値演算手段
７５ｂ カウンタ
７６ ＷＥＰエンジン
９１ 初期化判定手段
９２ 位置演算手段
９３ 第１距離演算手段
９４ 第２距離演算手段
９５ 単位長ベクトル演算手段
９６ ＲＳＳＩ−距離演算手段
９７ 修正量演算手段
９８ 更新手段
９９ 収束判定手段
１０１〜１０５ 無線端末
１０６，１０７，１０８ 基準局
１０６ａ，１０７ａ，１０８ａ 測位手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信するとともに周囲の受信信号強度（Received Signal Strength Indicator、以下ＲＳＳＩ）を測定してホストコンピュータに出力する測位機能付無線制御チップセット、またこれを備えた測位機能付無線通信カード、さらにこの測位機能付無線制御チップセットを搭載して無線ネットワーク内での位置を測定することができる無線端末、そして無線ネットワーク内での通信を利用して無線端末の位置を測定することができる位置測定ネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、位置測定に関する研究が盛んに行われてきた。とくに、ＧＰＳはカーナビゲーションの普及とともに実用上位置測定の主要な位置を占めるに至っている。しかし、ＧＰＳは衛星との通信が必要なため基本的に屋外で利用可能なものにすぎず、駅や空港、博物館、図書館等の公共の屋内空間、あるいはデパートやイベント会場等の商用の屋内空間での位置情報の提供には無力ともいえる。ＧＰＳ以外の位置測定の技術としては、携帯電話を使って複数の基地局からの時刻を受信し、時刻のずれによる三角測量を行って位置を測定するＥ−ＯＴＤ（Enhanced Observed Time Differences）、逆に携帯電話からの電波を複数の基地局で受信してその時間差から位置を測定するＴＤＯＡ（Time Difference of Arrival）といった技術も実用化されている（例えば特許文献１参照）。しかし、Ｅ−ＯＴＤやＴＤＯＡは複数の基地局などで高精度に時刻の同期をとる必要があり、各基地局等に専用のハードウェア等が必要となる。そして、屋内の位置測定を行うとき後述するように壁や屋根等のために測定精度が低下するものであった。
【０００３】
従って、屋内の位置測定を行うために超音波や赤外線、あるいは２．４ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯等の電波を使った無線ＬＡＮによるシステムが研究されている。このうち超音波や赤外線を利用したシステムは、これらの媒体の特性のため受信機等の設置場所が限られ、専用の設備が必要となるなど、この施設を導入するための導入費が高額となり、設置後の維持費も大きくなる傾向を有する。従って、超音波や赤外線を利用したシステムは、特殊な環境では適しても、一般に普及することはあまり見込めない。この点で、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ａ／ｇなどの規格に準拠したプロトコルで無線通信を行う無線ＬＡＮ、あるいはBluetoothやhomeRF、ＵＷＢ（Ultra Wideband）等の無線デバイスを搭載した機器間で無線通信を行って機器の位置を測定する位置測定ネットワークシステムは、無線通信と位置測定が１つのデバイスで行えるとともに、既に普及している無線デバイスを使うため比較的安価に設置でき、今後の普及が期待されるものである。
【０００４】
ところで、無線ＬＡＮによる位置測定ネットワークシステムの１つとして、予め無線ＬＡＮを構成する基地局で無線端末が出す電波のＲＳＳＩと位置の関係を学習しておき、位置測定の際に基地局で無線端末の電波のＲＳＳＩを測定し、これにより無線端末の位置を測定するＲＡＤＡＲシステムが知られている。しかし、このシステムは無線端末の電波のＲＳＳＩと位置の関係を予めテーブル（マップ）にしておかねばならず、この測定精度を上げるためキャリブレーションを行わなければならない。これは、屋内の無線通信の場合電波の減衰や反射、回折等が生じるからである。しかし、キャリブレーションは単調で面倒な作業であり、これを減少させるため次の技術が提案された（特許文献２参照）。
【０００５】
特許文献２の技術は、建物の部屋単位でＲＳＳＩを記録し、キャリブレーションデータまたは利用可能な最小限のデータの欠落があっても、ＲＳＳＩに応じて十分正確な位置情報を生じさせる回帰関数を利用することを提案する。回帰アルゴリズムは、建物内の既知の位置から１組のＲＳＳＩをとり、ＲＳＳＩを（ｘ，ｙ）の位置にマッピングする関数を生成するものであり、この関数は新しい位置（群）を推定するのに使われる。回帰のためにガウスカーネル関数等の同型基底関数が使われる。
【０００６】
このように、ＲＡＤＡＲシステムなどは、無線端末の１つ１つに対して基地局でＲＳＳＩと位置の関係を学習する必要があり、精度を上げるためにはキャリブレーションが必要となる。特許文献２の技術は、キャリブレーションを減少させることはできるが、基本的にはＲＡＤＡＲシステムと同様であり、最小限のキャリブレーションは必要である。
【０００７】
そして従来の位置測定ネットワークシステムにおいて注目されるべきことは、無線端末の位置情報を得るために基地局と無線端末の位置関係が重要で、これだけが問題にされ、無線端末同士の位置関係が問題にされることはなかったことである。従って、無線端末が多数存在しても、これらが位置測定のためには役に立つことはなかった。
【０００８】
そこで、本発明者らのうちの３人は、無線ＬＡＮ内の基地局または無線端末（以下、両者を含めてホスト）が周囲のホストの出すパケットを受信し、その際にＲＳＳＩを測定することでホスト間の距離を推定（以下、測定）する位置測定ネットワークシステム、ＷｉＰＳ（Wireless LAN based Indoor Positioning System）を提案した（非特許文献１参照）。なお、受信するパケットは自分宛のパケットだけでなく、周囲のホスト間で送受信するすべてのパケットを受信する。
【０００９】
このシステムは、すべてのホストがＲＳＳＩを測定するとともにＲＳＳＩを測定される、という２面性を備えたもので、従来の位置測定ネットワークシステムとは異なってキャリブレーションを行う必要がない。ホストがそれぞれに互いのＲＳＳＩを測定する機能をもつことで、キャリブレーションによって精度を向上させるのではなく、基準局中心の視点を無線端末中心の視点に変更し、ＲＳＳＩを基に各ホスト間の距離を測定することにより、収集するデータ数を増加させることで精度を向上させるものである。
【００１０】
図１５は従来の位置測定ネットワークシステムの全体図である。図１５において、Ｇ１〜Ｇ３はＧＰＳ等の測位手段を備え自分の位置情報を所有している基準局、Ｍ１〜Ｍ５はそれぞれ移動可能で自分の位置情報を所有していない無線端末である。無線端末Ｍ１〜Ｍ５、基準局Ｇ１〜Ｇ３はそれぞれが無線ＬＡＮを構成するホストｈｉ（０≦ｉ＜８）として一括して表現できる。このとき無線端末Ｍ１〜Ｍ５はｈｉ（０≦ｉ＜５）、基準局Ｇ１〜Ｇ３はｈｉ（５≦ｉ＜８）となる。そして、各ホストｈｉは直接通信可能なホストｈｊ（ｉ≠ｊ）のＲＳＳＩを測定する機能と、距離を推定（測定）する機能を備えている。また、基準局Ｇ１〜Ｇ３、無線端末Ｍ１〜Ｍ５の中の１つ、例えば基準局Ｇ１は、各ホストｈｉで推定した他のホストｈｊとの距離を集計して位置測定を行う測位サーバとして機能する。なお、図１５に示すシステムでは基準局Ｇ１〜Ｇ３、無線端末Ｍ１〜Ｍ５からなる無線ＬＡＮはアドホックネットワークを構成している。
【００１１】
ところで一例を挙げると、無線端末Ｍ１は基準局として基準局Ｇ１だけとしか通信できないため、従来は基準局Ｇ１の通信圏内に存在するというだけしか分からなかった。しかし、ＷｉＰＳによる位置測定ネットワークシステムにおいては、基準局Ｇ１のほかに無線端末Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４との通信を利用して、合計４つのホストのＲＳＳＩを測定して距離を測定することができる。推定されたホスト間の距離は無線端末Ｍ１から測位サーバ（ここでは基準局Ｇ１）に送信され、測位サーバがこれらを総合して位置測定を行う。
【００１２】
そこで、従来のＷｉＰＳによる位置測定ネットワークシステムで行う計算を簡単に説明する。無線端末数をｍ、基準局と無線端末の合計をｎとし、ホストｈｉ（その位置はベクトルｐｉで表される）とホストｈｊ（その位置はベクトルｐｊで表される）が直接通信可能な場合の測定距離ｄｉｊ、両者が直接通信不可能な場合の距離をｄｍａｘ＋とすると、無線端末の位置測定は、基準局の位置リスト｛ベクトルｐｉ｜ｍ≦ｉ＜ｎ｝とホスト間の測定距離のリスト｛ｄｉｊ｜０≦ｉ，ｊ＜ｎ；ｉ≠ｊ｝を使って、無線端末の位置リスト｛ベクトルｐｉ｜０≦ｉ＜ｍ｝を求める問題と言い換えられる。なお、ｄｍａｘを電波の届く最大距離とすると、ｄｍａｘ＋＝ｍａｘ（｜ベクトルｐｉ−ベクトルｐｊ｜，ｄｍａｘ）と定義される。
【００１３】
しかし、｜ベクトルｐｉ−ベクトルｐｊ｜〜ｄｉｊであり、ＲＳＳＩを測定して演算した測定距離ｄｉｊには誤差が含まれている。従って、これをすべて真の距離として計算すると全体的に矛盾が生じるため、できるだけこの関係を満足し、矛盾が生じないような調和点としての位置を決定する。
【００１４】
測位サーバで実行する測位アルゴリズムは、最小二乗法でも可能であるが、最急降下法によっている。このとき、無線端末（ホストｈｉ｜０≦ｉ＜ｍ）の位置の演算の初期値は、この無線端末と直接通信可能な基地局（ホストｈｉ｜ｍ≦ｉ＜ｎ）の重心の位置にあるものと仮定する。この初期値と測定距離ｄｉｊを前提に、各無線端末で位置に対する修正量ベクトルΔｉを求め、各ベクトルｐｉに対して修正量ベクトルΔｉを加えて新たなベクトルｐｉとし、新たな位置を基にこの修正を繰り返し、修正量ベクトルΔｉの最大値が所定の閾値を下回ったとき終了する。
【００１５】
この修正量ベクトルΔｉは、ＲＳＳＩを測定して算出された測定距離ｄｉｊまたは上述のｄｍａｘ＋と距離ｌｉｊとの差をとり、収束のためのパラメータα（経験的に０．１〜０．０５程度の値）をかけた値である。この繰り返し計算により、別途得られた基準局の位置情報はそのままに、ＲＳＳＩを測定して得た測定距離ｄｉｊをできるだけ満足した最適解としての無線端末の位置を決定することができる。
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−１１０３１４号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５４４０号公報
【非特許文献１】情報処理学会論文誌「コンピューティングシステム」、４４巻、Ｎｏ．ＳＩＧ１０（ＡＣＳ２）、２００３年７月、北須賀輝明、中西恒夫、福田晃、ｐ．１３１−ｐ．１４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
以上説明したように従来のＷｉＰＳによる位置測定ネットワークシステムは、ＴＤＯＡ等のように同期をとる必要がなく、超音波や赤外線を利用したシステムのように専用の設備のため費用がかかりすぎたりすることはない。また、ＲＡＤＡＲシステムや特許文献２の技術などではキャリブレーションが避けられないが、これが不要な点で優れた位置測定ネットワークシステムである。
【００１８】
しかし、従来のＷｉＰＳによる位置測定ネットワークシステムでは、周囲のホストが送受信するパケットのすべてを受信し、ＲＳＳＩを測定し、受信したパケットと共にこれをホストコンピュータへ送信して距離の演算をするため、ホストコンピュータはＲＳＳＩだけが必要であるにもかかわらず、自分宛ではないパケットまで無駄に受信し処理しなければならなかった。プロミスキャスモードを使っての処理となるため、普及時には通信の秘匿性も問題になる。しかも、演算をおこなった後に結果を測位サーバに送信する必要があり、これらの処理はホストコンピュータにとって負担であった。また、無駄な処理のためホストコンピュータの処理能力が不必要に低下し、時間応答性も悪くなる。また、移動端末の場合はとくに低消費電力が望まれるが、こうした無駄な処理のために電力消費が大きくなり、移動端末を使っての位置測定は事実上難しくなる。
【００１９】
そこでこのような課題を解決するために本発明は、コンピュータに負荷をかけず低消費電力で、時間応答性がよく、通信の秘匿性に優れ、精度の高い位置測定が行える測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カード、無線端末及び位置測定ネットワークシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、変調部と復調部が設けられたベースバンド部と、物理層インターフェースを有しＭＡＣ層の通信制御を行うＭＡＣ制御部が設けられた下位層制御部と、書き換え可能なメモリ部とを備え、これらが一枚の基板に設けられた測位機能付無線制御チップセットであって、ＭＡＣ制御部には、すべての受信パケットの送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にこれを受信信号強度と対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする位置測定制御手段が設けられ、記憶制御部が該要素をメモリ部のＲＳＳＩテーブルに格納することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の測位機能付無線制御チップセットによれば、無線制御チップセットで受信パケットの処理とＲＳＳＩテーブルを生成させるため、ホストコンピュータに負荷をかけずに済み、低消費電力にすることができ、時間応答性が良好となる。また、プロミスキャスモードで動作するのではないため通信の秘匿性を危険にさらすことがない。
【００２２】
本発明の測位機能付無線通信カードによれば、装着するだけで送受信するパケットの処理を行い、ＲＳＳＩテーブルを生成させるためホストコンピュータに処理させないで済み、低消費電力にすることができる。また、ホストコンピュータで処理を行わないので時間応答性が良好となる。プロミスキャスモードで動作するのではないため通信の秘匿性に優れた測位機能付無線通信カードにすることができる。
【００２３】
本発明の無線端末によれば、測位サーバを使って位置測定することができ、ＲＳＳＩテーブルを生成させるため低消費電力で、測定結果を得るまでの時間応答性が良好であり、ノーマルモードで動作するため通信の秘匿性に優れる。
【００２４】
本発明の位置測定ネットワークシステムによれば、無線端末がＲＳＳＩテーブルを生成して測位サーバが演算するので、測定結果を得るまでの時間応答性が良好で、無線端末がノーマルモードで動作するため通信の秘匿性に優れた位置測定ネットワークシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の第１の形態は、変調部と復調部が設けられたベースバンド部と、物理層インターフェースを有しＭＡＣ層の通信制御を行うＭＡＣ制御部が設けられた下位層制御部と、書き換え可能なメモリ部とを備え、これらが一枚の基板に設けられた測位機能付無線制御チップセットであって、ＭＡＣ制御部には、すべての受信パケットの送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にこれを受信信号強度と対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする位置測定制御手段が設けられ、記憶制御部が該要素をメモリ部のＲＳＳＩテーブルに格納する測位機能付無線制御チップセットであり、無線制御チップセットで受信パケットの処理とＲＳＳＩテーブルを生成させるため、ホストコンピュータに負荷をかけずに済み、低消費電力にすることができる。また、ホストコンピュータで処理を行わないので時間応答性が良好となる。
【００２６】
本発明の第２の形態は、第１の形態に従属する形態であって、受信信号強度を測定するＲＳＳＩ計測部と、該ＲＳＳＩ計測部で測定したデータを下位層制御部に送信するＲＳＳＩデータ線とが基板に設けられた測位機能付無線制御チップセットであり、従来あまり利用されることのない受信信号強度を有効利用し、ＲＳＳＩテーブルを一枚の無線制御チップセットだけで生成することができる。
【００２７】
本発明の第３の形態は、第１または第２の形態に従属する形態であって、位置測定制御手段が送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にこれと受信信号強度とを対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする第１の処理を行い、該第１の処理後の受信パケットに対して、ＭＡＣ制御部が自分宛ＭＡＣアドレスでない受信パケットを破棄する第２の処理を行う測位機能付無線制御チップセットであり、無線通信可能なすべてのパケットを受信できるが、ＭＡＣ制御部をプロミスキャスモードでなくノーマルモードに設定することができため、通信の秘匿性を低下させることはない。
【００２８】
本発明の第４の形態は、第１〜第３のいずれかの形態に従属する形態であって、直交変復調部がベースバンド部に接続して設けられ、該ベースバンド部、下位層制御部及びメモリ部と共に一体に構成された測位機能付無線制御チップセットであり、無線通信カードをよりコンパクトにすることができる。
【００２９】
本発明の第５の形態は、第１〜第３のいずれかの形態の測位機能付無線制御チップセットと、受信信号と送信信号の周波数変換と増幅を行う送受信部と、アンテナとを備えた測位機能付無線通信カードであり、装着するだけで送受信するパケットの処理を行い、ＲＳＳＩテーブルを生成させるためホストコンピュータに処理させないで済み、低消費電力にすることができる。また、ホストコンピュータで処理を行わないので時間応答性が良好となる。プロミスキャスモードで動作しないので通信の秘匿性を低下させることはない。
【００３０】
本発明の第６の形態は、第１〜第３のいずれかの形態の測位機能付無線制御チップセットと、受信信号と送信信号の周波数変換と増幅を行う送受信部と、アンテナと、ネットワーク通信制御手段とを備え、位置測定の演算を行う測位サーバに位置測定を要求するとともにＲＳＳＩテーブルを送信する無線端末であり、測位サーバを使って位置測定することができ、ＲＳＳＩテーブルを生成させるため低消費電力で、測定結果を得るまでの時間応答性が良好であり、ノーマルモードで動作するため通信の秘匿性に優れた無線端末を提供することができる。
【００３１】
本発明の第７の形態は、位置測定の演算を行う測位サーバと、電波で受信したパケットの送信元ＭＡＣアドレスと受信信号強度とを対応付けてＲＳＳＩテーブルを生成し、測位サーバに位置測定を要求するとともに該ＲＳＳＩテーブルを送信する無線端末と、無線端末と無線通信することができ、測位手段を備えて自分の位置情報を測位サーバに通知することができる複数の基準端末とから構成された位置測定ネットワークシステムであって、ＲＳＳＩテーブルと位置情報、及び無線端末の電波の最大到達距離とに基づいて無線端末の位置測定の演算を行う位置測定ネットワークシステムであり、無線端末がＲＳＳＩテーブルを生成し、測位サーバが位置測定のための演算をするので、測定結果を得るまでの時間応答性が良好で、無線端末がノーマルモードで動作するため、通信の秘匿性に優れた位置測定ネットワークシステムを提供することができる。
【実施例１】
【００３２】
本発明の実施例1のＷｉＰＳに基づく測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カード、無線端末及び位置測定ネットワークシステムについて図面に基づいて説明をする。図1は本発明の実施例1における測位機能付無線通信カードを搭載した無線端末の構成図、図２は本発明の実施例1における測位機能付無線制御チップセットの構成図、図３は本発明の実施例1における位置測定ネットワークシステムの全体構成図、図４は本発明の実施例1における無線端末の要部ブロック構成図、図５は本発明の実施例1における測位サーバの要部ブロック構成図、図６（ａ）は本発明の実施例1における測位機能付無線制御チップセットに設けられたＲＳＳＩテーブルの説明図、図６（ｂ）は基準局から通知される位置情報通知の説明図、図７は本発明の実施例１における全ホストＲＳＳＩテーブルの説明図、図８は本発明の実施例１における位置テーブルの説明図である。
【００３３】
図１において、１はホストコンピュータに装着されてＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ａ／ｇ、あるいはBluetoothやhomeRF、ＵＷＢ（Ultra Wideband）等のプロトコルで無線通信を行うスーパーヘテロダイン方式等の測位機能付無線通信カード、１ａはこの測位機能付無線通信カード１のベースバンド部、ＭＡＣ（Medium Access Control）制御部、メモリ部等が基板に一体で設けられ、無線通信制御を行うと同時に、ＲＳＳＩの測定値を使ってＲＳＳＩテーブルを作成し、これをホストコンピュータと送受信する測位機能付無線制御チップセットである。なお、この測位機能付無線制御チップセット１ａは上記各機能部を１モジュール化したものであり、測位機能付無線制御基板モジュールとも言い換えることができる。
【００３４】
２はアンテナ、３は測位機能付無線通信カード１を装着して無線通信を行うことができるホストコンピュータ、４はアンテナ２と測位機能付無線制御チップセット１ａの間に設けられ受信信号と送信信号の周波数変換と増幅を行うＲＦ／ＩＦ変換部（本発明の送受信部）であり、５は受信信号からＩ／Ｑ信号への直交復調、逆にＩ／Ｑ信号から送信信号への直交変調を行うＩ／Ｑ変復調部（本発明の直交変復調部）である。なお、ＲＦ／ＩＦ変換部４、Ｉ／Ｑ変復調部５を1つにまとめてアナログ回路のＲＦ制御部として構成した場合、このＲＦ制御部と測位機能付無線制御チップセット１ａとアンテナ２等とから測位機能付無線通信カード１が構成されることになる。
【００３５】
次に図２において測位機能付無線制御チップセット１ａの説明をすると、６はデジタルのＩ／Ｑ信号を変調してＩ／Ｑ変復調部５に出力するとともにアナログのＩ／Ｑ信号を復調するベースバンド部である。なお、ベースバンド部６の変調部６５、復調部６２（後述する）にスペクトラム拡散処理、同逆拡散処理等の処理を行う機能を付加することもできる。７は物理層やＭＡＣ層の制御を行う下位層制御部、８はフラッシュメモリ等の書き換え可能メモリからなるメモリセクション（本発明のメモリ部）、８ａはメモリセクション８に設けられた書き換え可能メモリ、８ｂは書き換え可能メモリ８ａに設けられたＲＳＳＩテーブル部である。このＲＳＳＩテーブル部８ｂにＲＳＳＩテーブルが格納される。なお、実施例１においては、下位層制御部７、ベースバンド部６、メモリセクション８とからなるデジタル回路のチップセットを測位機能付無線制御チップセット１ａとしたが、ＲＳＳＩ計測部が設けられたＩ／Ｑ変復調部５や、場合によってＲＦ／ＩＦ変換部４まで含め、デジタル回路とアナログ回路と組み合わせたチップセット、例えば図２に示す測位機能付無線制御チップセット１ｂとすることも可能である。
【００３６】
続いて、図１に基づいて実施例1の測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カードの構成について詳細に説明する。ＲＦ／ＩＦ変換部４において、４１は送受信の際に切り替えるアンテナ共用部、４２はローカル周波数信号や搬送波用信号を設定して供給する信号設定重畳部、４２ａは信号設定重畳部４２のための温度補償水晶発振器、４３は受信側のＬＮＡ等のＲＦアンプ、４４，４４ａはＲＦ／ＩＦ変換部４の受信側のバンドパスフィルタ（ＢＰＦと略記）、４５は信号設定重畳部４２からの信号を重畳する受信側の周波数変換部、４６は送信側のパワーアンプ（ＰＡと略記）、４７，４７ａはＲＦ／ＩＦ変換部４のバンドパスフィルタ（ＢＰＦと略記）、４８は信号設定重畳部４２からの信号を重畳する送信側の周波数変換部である。
【００３７】
次に、Ｉ／Ｑ変復調部５について説明する。５１は信号設定重畳部４２によって搬送波信号の位相差が設定制御される移相部、５２はＩ／Ｑ変復調部５の受信側のＡＧＣ（Automatic Gain Control）アンプ、５３はＩ／Ｑ復調部、５４はＩ／Ｑ信号それぞれに設けられたローパスフィルタ（ＬＰＦと略記）である。５５はＡＧＣアンプ５２のＡＭ電圧の大きさからＲＳＳＩを検出するＲＳＳＩ計測部である。なお、ＲＳＳＩ計測部５５は実施例１ではＲＦ／ＩＦ変換部４の基板側に形成されているが、必ずしもその必要はなく、ベースバンド部６が形成された基板側に設けることもできる。ＲＳＳＩ計測部５５では、ＲＳＳＩが単位ｄＢｍで測定され、ｘｄＢｍ、例えばｘ＝−１２．２ｄＢｍが測定されると、［ｘ］＋１００＝８８（ここで［ｘ］は整数）と計算され、実測の−１２．２ｄＢｍが位置測定用の１バイトの換算ＲＳＳＩ値「８８」に変換される。ＲＳＳＩ計測部５５からのデータはベースバンド部６に入力され、さらに下位層制御部７に送られ、ＲＳＳＩテーブルの要素としてＭＡＣアドレスと共に後述するＲＳＳＩテーブルに書き込まれる。次に、５６はＩ／Ｑ変復調部５の送信側のアンプである。
【００３８】
続いて、図２に基づいて実施例１の測位機能付無線制御チップセットの詳細について説明する。まず、ベースバンド部６について説明すると、５５ａはＲＳＳＩ計測部５５で測定したデータを下位層制御部７に送るためのＲＳＳＩデータ線、６１はデータを転送するためのＩ／Ｏ、６２は受信側のアナログデータをデジタルデータに復調する復調部、６３はアナログのＩ信号をデジタルのＩ信号に変換するＡＤコンバータ（図２上、Ｉ
ＡＤＣと略記）、６３ａはアナログのＱ信号をデジタルのＱ信号に変換するＡＤコンバータ（図２上、Ｑ ＡＤＣと略記）である。なお、ＲＳＳＩデータ線５５ａはＩ／Ｏ６１に接続され、パケットごとに換算ＲＳＳＩ値のデータが下位層制御部７に送られる。６４は受信側の信号の大きさを制御するためのＡＧＣ部であって、Ｉ／Ｑ変復調部５のＡＧＣアンプ５２の制御を行う。
【００３９】
また、６５は送信側のアナログデータをデジタルデータに変調する変調部、６６はデジタルのＩ信号をアナログのＩ信号に変換するＤＡコンバータ（図２上、Ｉ
ＤＡＣと略記）、６６ａはデジタルのＱ信号をアナログのＱ信号に変換するＤＡコンバータ（図２上、Ｑ ＤＡＣと略記）である。そして、６７はパワーアンプ４６を制御するＡＰＬ部である。
【００４０】
続いて、下位層制御部７の説明を行う。７１は自分宛ＭＡＣアドレスでない受信パケットを破棄するノーマルモードでＭＡＣ層を制御することができ、後述する送信元ＭＡＣアドレスを取り出す前処理を行うための位置測定制御手段７５が設けられたＭＡＣ制御部、７２は物理層の通信処理を行うＰＨＹＩ／Ｆ（本発明の物理層インターフェース）である。７３は下位層制御部７とホストコンピュータ３との間のＩ／Ｆ、７４はデータの読み出し書き込みを行う記憶制御部、７４ａは下位層制御部７を構成するための制御プログラムを格納したチップ内ＲＯＭ、７４ｂは下位層制御部７のチップ内ＲＡＭである。記憶制御部７４は、位置測定制御手段７５がＲＳＳＩテーブルの要素として決定した送信元ＭＡＣアドレスと換算ＲＳＳＩ値をＲＳＳＩテーブルに書き込み、また読み出しを行う。
【００４１】
次に、７５はＭＡＣ制御部７１内に設けられ、全受信パケットから送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にその換算ＲＳＳＩ値とを対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする位置測定制御手段である。このためのプログラムはチップ内ＲＯＭ７４ａに設けられ、位置測定制御手段７５は機能実現手段として構成される。また、位置測定制御手段７５はホストコンピュータ３からの要求を受けてＲＳＳＩテーブルを送信することができる。７５ａは換算ＲＳＳＩ値あるいはＲＳＳＩの平均値を計算する平均値演算手段、７５ｂは時間またはパケット数をカウントするカウンタ、７６はＷＥＰキーを使って暗号処理を行うＷＥＰエンジンである。
【００４２】
位置測定制御手段７５は図６（ａ）に示すように、すべての送信元ＭＡＣアドレスと換算ＲＳＳＩ値（あるいはＲＳＳＩ）とを対応付けてこれらをＲＳＳＩテーブルの要素とし、記憶制御部がこれらの要素をＲＳＳＩテーブルに格納するが、この処理後の受信パケットに対してＭＡＣ制御部７１は自分宛ＭＡＣアドレスでない受信パケットを破棄する制御を行う。このため、ＭＡＣ制御部７１は自分宛のみ通過させるノーマルモードでありながら、周囲のあらゆる無線端末のＭＡＣアドレスを収集することができ、またこれとＲＳＳＩと対応付けることが可能になり、キャリブレーションを行うのではなく、データ収集量を増加させることにより位置測定の精度を高めることができる。
【００４３】
このように、位置測定制御手段７５が設けられたためホストコンピュータ３の処理量を減らすことができ、本来プロミスキャスモードの場合しか実行できなかった処理をノーマルモード下で実行することができ、通信の秘匿性を低下させることがない。
【００４４】
なお、図６（ａ）などのＭＡＣアドレスは、製造者のＩＤ、例えば「ＡＡ：ＢＢ：ＣＣ」の部分と、製品固有のＩＤ「１１：２２：０１」の部分とから構成される４８ビットのＩＤで、２個は存在しないユニークな値である。取り出したＭＡＣアドレスは無線端末に対応するものとして換算ＲＳＳＩ値と共に後述のＲＳＳＩテーブルに格納される。
【００４５】
続いて、メモリセクション８について説明を行う。ＲＳＳＩテーブル部８ｂのＲＳＳＩテーブルには、図６（ａ）のように、送信元のＭＡＣアドレス、従って場合により送信元のホスト名、さらにはこのＭＡＣアドレスに対応した１バイトの換算ＲＳＳＩ値、以下説明するようにその平均値等が要素として格納される。あるいは、上述したように換算ＲＳＳＩ値に代えて、ビット数は大きくなるがｄＢｍ単位のＲＳＳＩを直接格納することもできる。そして、パケットを受信するたびごとにＲＳＳＩテーブルは更新される。
【００４６】
ところで、１つのホストから送信されるパケットは例えば１秒間に複数個あり、ＲＳＳＩテーブルの換算ＲＳＳＩ値はこの時間内に受信した順に時系列で順に追加する形態で格納される。ＭＡＣ制御部７１にはカウンタ７５ｂが設けられており、このカウンタ７５ｂによって時間またはパケット数をカウントし、所定の時間が経過するか、あるいは所定のパケット数になると、平均値演算手段７５ａが換算ＲＳＳＩ値（あるいはＲＳＳＩ）の平均値を計算する。これにより、一時的な電波障害があってもノイズを平準化することができる。ＲＳＳＩテーブルは定期的、例えば１秒間隔にホストコンピュータ３から要求されると、位置測定制御手段７５が送信する。ホストコンピュータ３に送信されるＲＳＳＩテーブルは、上述の要素すべてから構成してもよいが、ＭＡＣアドレスと平均値としての換算ＲＳＳＩ値（あるいはＲＳＳＩ）から構成するのがよく、これで十分である。このRＳＳＩテーブルは、平均値とあわせて分散値、パケット数をホストコンピュータ３に通知することも効果的である。
【００４７】
以上説明したように、実施例１のホストコンピュータ３は、ＲＳＳＩテーブルを生成する処理を測位機能付無線制御チップセットあるいは測位機能付無線通信カードで行い、ＲＳＳＩテーブルを測位機能付無線制御チップセットのメモリ部に保存し、距離の演算は測位サーバ９に行わせるため、ホストコンピュータ３ですべての処理を行う必要がなく、ホストコンピュータ３の処理能力が低下したり、電力を無駄に消費したり、するということがない。また、測位機能付無線制御チップセットあるいは測位機能付無線通信カードで処理し、さらには測位サーバ９で演算するため時間応答性が良好になるという作用効果を有する。なお、本発明の無線端末は測位機能付無線通信カードを装着して使用するホストコンピュータだけでなく、測位機能付無線制御チップセットやアンテナ２等を内蔵した内蔵型のコンピュータを含むものである。
【００４８】
続いて、本発明の実施例１の位置測定ネットワークシステムについて説明する。図３において、９は測位サーバ、１０１〜１０５は移動可能な無線端末、１０６，１０７，１０８は基準局であり、１０６ａ，１０７ａ，１０８ａは基準局１０６，１０７，１０８に搭載された測位手段である。従来技術の説明と同様、無線端末には「Ｍ」、基準局には「Ｇ」が付されている。この測位手段１０６ａ，１０７ａ，１０８ａは、例えば直接位置を測定するＧＰＳや、基準点からの距離を測定するレーザー距離計測器等である。実施例１においては精度の点から東経方向、北緯方向をｘ方向、ｙ方向とし、所定の基準点ｐ０からの距離を測定している。基準局１０６〜１０８は固定端末であっても移動端末であってもよいが、実施例１においては測位サーバ９を含めてイーサネット(登録商標)等を構成する固定端末にされており、基準局１０６〜１０８は無線端末１０１〜１０５のアクセスポイントとなっている。なお、このようなインフラストラクチャモードで動作するネットワークでなく、アドホックモードで動作するネットワークでもよいことは当然である。
【００４９】
さて、図８に示すように、基準局１０６，１０７，１０８の位置ｐ６，ｐ７，ｐ８は基準点ｐ０を原点（０，０）、単位をｍとして、それぞれｐ６（１５２，１２３）、ｐ７（１２５，１１０）、ｐ８（１３５，１５０）の位置に存在している。なお、以下の説明を容易にするため、無線端末１０１〜１０５と基準局１０６，１０７，１０８をいずれもホストｈｉとして一括して扱い、無線端末１０１〜１０５をそれぞれホストｈ１〜ｈ５、基準局１０６〜１０８をホストｈ６〜ｈ８とする。
【００５０】
まず、この位置測定ネットワークシステムを構成する無線端末１０１〜１０５（ホストｈ１〜ｈ５）の要部構成について説明する。ホストコンピュータ３の演算制御部は、ハードウェアとしてはＣＰＵであって、メモリ部から各制御プログラムを読み出して、機能実現手段として各制御機能をソフトウェア的に実行するものである。
【００５１】
図４において、３１は測位機能付無線通信カード１を挿入するスロット、３２は演算制御部内に設けられ、測位機能付無線通信カード１の位置測定制御手段７５に対して定期的、例えば１秒ごとにＲＳＳＩテーブルを要求するとともに、測位サーバ９に対しても定期的、例えば１秒ごとに位置測定を要求する測位クライアント制御手段である。測位クライアント制御手段３２は上述の機能実現手段である。また、３３はＲＳＳＩテーブルの要求や位置測定の要求を行うとのタイミングを計測する計時部である。
【００５２】
３４は、測位サーバ９にＲＳＳＩテーブルを転送し位置測定を要求するためのパケットを生成する要求パケット生成手段である。なお、測位手段を搭載した基準局の要求パケット生成手段３４は、図６（ｂ）に示すような位置情報通知により自分の位置情報を測位サーバ９に通知する。
【００５３】
次に、３５は要求パケット生成手段３４が生成したパケットをＵＤＰ，ＴＣＰ／ＩＰ等のプロトコルでネットワークへ送信するネットワーク通信制御手段、３６は有線ネットワークＩ／Ｆである。測位サーバ９がホストコンピュータ３と測位機能付無線通信カード１を介して無線でリンクされている場合は、要求パケットは測位機能付無線通信カード１のＩ／Ｆ７３から送信されるが、測位サーバ９が図３のように１００Base−ＴＸケーブル等を介して接続されている場合は、要求パケットは有線ネットワークＩ／Ｆ３６を介して測位サーバ９に送信される。
【００５４】
そして、３７は測位サーバ９で位置測定（位置の演算）が終わり、測定結果の位置テーブルがホストコンピュータ３に送信されてきたとき、これを記憶させる記憶制御部、３８はホストコンピュータ３のメモリ部、３８ａはメモリ部３８の中に設けられた位置テーブル部、３８ｂはＲＳＳＩテーブルを格納するＲＳＳＩテーブル部である。なお、図８に示す位置テーブルは演算前の初期化段階のものである。
【００５５】
このように実施例１のホストコンピュータ３本体は、動作時にＲＳＳＩ測定のためにパケット処理は行わず、また演算による位置測定も測定サーバで行うので、ホストコンピュータ３本体が行うのは位置テーブル、ＲＳＳＩテーブルの記憶と更新だけであり、位置測定の一連の処理によって処理能力が低下し、電力を無駄に消費するといったことがない。
【００５６】
続いて、実施例１の位置測定ネットワークシステムにおける測位サーバ９の要部構成について説明する。測位サーバ９の演算制御部もハードウェアとしてはＣＰＵであって、メモリ部から各制御プログラムを読み出して、機能実現手段として各制御機能をソフトウェア的に実行するものである。
【００５７】
実施例１の位置測定ネットワークシステムは、従来技術の説明で説明したのと同様に、無線端末数をｍ、基準局と無線端末の合計をｎとし、ホストｈｉ，ｈｊが直接通信可能な場合の距離ｄｉｊ、直接通信できない場合の距離をｄｍａｘ＋とする。このとき本発明の位置測定ネットワークシステムの位置測定は、基準局の位置｛ベクトルｐｉ｜ｍ≦ｉ＜ｎ｝とホスト間の測定距離｛ｄｉｊ｜０≦ｉ，ｊ＜ｎ；ｉ≠ｊ｝を使って、無線端末の位置｛ベクトルｐｉ｜０≦ｉ＜ｍ｝を求めることである。しかし、ＲＳＳＩとこれを測定して得た測定距離には誤差が存在する可能性がきわめて高く、これをできるだけホスト間で矛盾が生じないように調和させ、無線端末の位置を決定するものである。
【００５８】
図５において、９１は、図８に示す位置テーブルの位置が未実測あるいは未計算のもの（図８で「偽」を表すｆｉ＝０が付与されている）か、別途得た実測位置があるか若しくは計算済みのもの（図８で「真」を表すｆｉ＝１が付与されている）かにより、初期値が具体化（特定）されているか否かを判断する初期化判定手段、９２は位置演算手段である。図８に示すように、具体的に初期値が特定されていないｆｉ＝０のものには（０，０）等の値が機械的に付与される。位置演算手段９２は、初期化判定手段９１がｆｉ＝０のものが存在すると判定すると、（数１）によりこのホストｈｉに対して初期値を計算する。（数１）の中でＬｉは（数２）で定義される。なお、｜Ｌｉ｜はＬｉの要素数である。すべてのホストｈｉがｆｉ＝１と判定され、ｆｉ＝０のものがなくなったときに、位置の初期値の計算を終了する。
【００５９】
【数１】
【００６０】
【数２】
この（数１）の意味は、初期値を基準局の重心の位置にする、ということであり、これを図３で説明すると、ホストｈ２（Ｍ２）は５つのホスト、ｈ１（Ｍ１）、ｈ３（Ｍ３）、ｈ５（Ｍ５）、ｈ６（Ｇ１）、ｈ７（Ｇ２）と直接通信可能（ｄｍａｘより距離が短い）であるが、ｈ６，ｈ７はｆ６，ｆ７＝１であり、ｈ１，ｈ３，ｈ５はいずれもｆ１，ｆ３，ｆ５＝０である。このとき、Ｌｉ＝｛６，７｝であり、｜Ｌｉ｜＝２であるから、ベクトルｐ２＝（ベクトルｐ６＋ベクトルｐ７）／２となる。従って、ホストｈ２（Ｍ２）の位置ｐ２の初期値は基準局Ｇ１，Ｇ２の重心の位置になる。なお、ホストｈ１（Ｍ１）は基準局としては基準局Ｇ１としか通信可能でないため、ｈ６（Ｇ１）の位置が初期値となる。あまり意味はないが、１個の場合も重心といえる。
【００６１】
続いて、測位サーバ９は位置ｐｉ，ｐｊ間の距離ｌｉｊ、ｄｍａｘ＋を計算する。９３は距離ｌｉｊを計算する第１距離演算手段、９４は距離ｄｍａｘ＋を計算する第２距離演算手段である。ここにｌｉｊは（数３）、ｄｍａｘ＋は（数４）で表される。なお、ｄｍａｘは電波の届く最大距離であり、電波が届かないときは位置ｐｉ，ｐｊ間の実際の距離がｄｍａｘ＋となる。
【００６２】
【数３】
【００６３】
【数４】
９５はこの距離ｌｉｊとベクトルｐｉ，ｐｊから（数５）によって単位長ベクトルｕｉｊを求める単位長ベクトル演算手段である。
【００６４】
【数５】
また、９６は、送信されたＲＳＳＩテーブルのＲＳＳＩ、あるいは換算ＲＳＳＩ値から計算したＲＳＳＩに基づいて、位置ｐｉ，ｐｊ間の距離ｄｉｊを（数６）によって計算するＲＳＳＩ−距離演算手段である。ＲＳＳＩ−距離演算手段９６は各ホストからＲＳＳＩテーブルを受信すると、図７に示す全ホストＲＳＳＩテーブルを作成してその後の距離ｄｉｊの演算に供する。図７は本発明の実施例１における全ホストＲＳＳＩテーブルの説明図である。
【００６５】
なお、（数６）は自由空間損失に基づく減衰を前提にしたものである。図９は本発明の実施例１におけるＲＳＳＩと距離との関係を示す説明図である。なお、（数６）に代えて、建物の壁の影響や地面の反射を考慮したモデルによる計算もできる。
【００６６】
【数６】
ここに、Ｒは単位がｄＢｍのＲＳＳＩであり、Ｒ０は距離が０のときの値で実験的に求められるもので、例えば３１．０ｄＢｍ程度のものである。また、λ＝ｃ／ｆで、ｃ＝３×１０８ｃｍ／ｓ、ｆ＝２．４ＧＨｚ等の周波数である。
【００６７】
９７はホストｈｉ（０≦ｉ＜ｍ）の無線端末に対して（数７）で修正量ベクトルΔｉを計算する修正量演算手段である。最急降下法による。ここで、Ｌは（数８）、Ｋは（数９）で表される。αは収束を速めるためのパラメータで、０．１〜０．０５程度の値である。
【００６８】
【数７】
【００６９】
【数８】
【００７０】
【数９】
この（数７）の修正量ベクトルΔｉの意味を説明すると、位置ｐｊから電波が届く位置ｐｉのホストの場合（圏内ホストの集合Ｌ）は、（数６）で計算した距離ｄｉｊと位置テーブルの位置ｐｉ，ｐｊ間の距離ｌｉｊとの差が修正量であり、圏外の場合（圏外ホストの集合Ｋ）は、位置ｐｊから電波の届く最大距離ｄｍａｘよりも計算上距離ｌｉｊが小さいときのみこの差が修正量となり、そのほかはこの部分の修正量は０ということである。
【００７１】
すなわち、図３の場合において説明すると、ホストｈ６（Ｇ１）は３つのホスト、ｈ１（Ｍ１）、ｈ２（Ｍ２）、ｈ３（Ｍ３）と通信できるため（ｄｍａｘより距離が短い）、距離ｄｉｊと距離ｌｉｊとの差にαをかけたものが第１の修正量となり、ｈ４（Ｍ４）、ｈ５（Ｍ５）、ｈ７（Ｇ７）、ｈ８（Ｇ８）は圏外であるから、計算上電波の到達距離ｄｍａｘが距離ｌｉｊより大きい場合にのみこの差にαをかけて第２の修正量とするものである。
【００７２】
この第１と第２の和による修正で、初期値から徐々に調和点に漸近させることができる。なお、実施例１の測位システムは、多数のホストｈｉ（ｍ≦ｉ＜ｎ）の位置ｐｉを固定し、ホストｈｉ（０≦ｉ＜ｍ）の位置ｐｉを修正していくものであるから、電波の反射、回折等のためマルチパスフェージングが生じる場合にも、複数のパスが影響しあって、従来のＲＡＤＡＲシステムなどと比べ比較的良好な測定結果になる傾向をもつものである。
【００７３】
続いて図５において、９８は修正量Δｉを計算して（数１０）で更新したときの位置テーブルの位置ｐｉの値を更新する更新手段、９９は計算結果が収束したか否かを判定する収束判定手段である。この収束は修正量Δｉが所定の閾値γ内に収まったか否かで判定し、閾値γ内に収まったときに位置測定は終了する。
【００７４】
【数１０】
【００７５】
【数１１】
そこで、本発明の実施例1の測位システムで行われる処理をフローチャートに基づいて説明する。まず、測位機能付無線通信カードで実行される処理を図１０に基づいて説明する。図１０は本発明の実施例１における測位機能付無線通信カードで実行される処理のフローチャートである。図１０に示すように、周囲のホストが送信したパケットを受信するまで待機する（ｓｔｅｐ１）。パケットを受信した場合、ＲＳＳＩを測定し（ｓｔｅｐ２）、ＭＡＣアドレスを取り出し（ｓｔｅｐ３）、これらを要素としてＲＳＳＩテーブルを更新する（ｓｔｅｐ４）。
【００７６】
ここで所定のタイミング（所定の時間間隔）か否かを判定して、所定のタイミングではない場合はｓｔｅｐ１に戻り、所定のタイミングの場合はＲＳＳＩの平均値を計算する（ｓｔｅｐ６）。次に、ホストコンピュータからＲＳＳＩテーブルの要求があるか否かがチェックされ（ｓｔｅｐ７）、要求がなければｓｔｅｐ１に戻って待機し、要求があれば必要な要素からなるＲＳＳＩテーブルをホストコンピュータに転送する（ｓｔｅｐ８）。
【００７７】
次に、ホストコンピュータで実行される処理を図１１に基づいて説明する。図１１は本発明の実施例１におけるホストコンピュータで実行される処理のフローチャートである。図１１において、位置測定の要求モードになるまで待機し（ｓｔｅｐ１１）、このモードになった場合は直ちに、また要求モードを継続中の場合は前回の位置測定から所定時間、例えば１秒経過したかがチェックされ（ｓｔｅｐ１２）、所定時間経過している場合は、測位機能付無線通信カードにＲＳＳＩテーブルを要求する（ｓｔｅｐ１３）。
【００７８】
ＲＳＳＩテーブルを受信したら、測位サーバに位置測定を要求してＲＳＳＩテーブルを送信し、基準局では測位サーバに位置情報を通知する（ｓｔｅｐ１４）。その後、測位サーバから位置測定の結果が送信されるまで待機し（ｓｔｅｐ１５）、位置測定の結果を得た場合は、これを位置テーブルのデータを更新する（ｓｔｅｐ１６）。更新後はｓｔｅｐ１１に戻って所定時間が経過するのを待つ。
【００７９】
最後に、測位サーバで実行される処理を図１２に基づいて説明する。図１２は本発明の実施例１における測位サーバで実行される処理のフローチャートである。図１１に示すように、測位サーバは各ホストから位置測定の要求があるまで待機する（ｓｔｅｐ２１）。要求があった場合、各ホストの位置が具体化されているかが判定され（ｓｔｅｐ２２）、具体化（初期化）されていない場合はその位置に対して初期値を与えるために初期化を繰返す（ｓｔｅｐ２３）。
【００８０】
位置が具体化されている場合には、ＲＳＳＩを使って（数６）で計算した距離ｄｉｊ、特定した位置を使って（数３）で計算した距離ｌｉｊ等を使って修正量ベクトルΔｉの演算を行う（ｓｔｅｐ２４）。続いて、この修正量ベクトルΔｉの最大の絶対値が所定の閾値γ内に収束したか否かが判定され（ｓｔｅｐ２５）、この絶対値が所定の閾値γより大きい場合は、ベクトルｐｉをベクトルｐｉ＋Δｉで更新し（ｓｔｅｐ２６）、閾値γ内に収束した場合は位置テーブルを更新する（ｓｔｅｐ２７）。その後、この位置テーブルを基に、位置測定を要求したホストに対してそれぞれ位置測定の結果を通知し（ｓｔｅｐ２８）、ｓｔｅｐ２１に戻って各ホストから位置測定の要求があるまで待機する。
【００８１】
以上、本発明の実施例1の測位システムと測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カードについて説明したが、これを使った位置測定の実験結果について説明する。図１３は本発明の実施例1における測位システムの屋外での実験結果図、図１４は本発明の実施例1における測位システムの屋内での実験結果図である。
【００８２】
図１３に示す屋外の測位システムの実験は、コンクリート面上で高さ１１０ｃｍの位置に、２台のＰＤＡを置き、それらのＰＤＡの間隔が１ｍ、２ｍ、３ｍ、４ｍ、６ｍ、８ｍ、１０ｍの７通りの場合について測定したものである。図１３中にＷｉＰＳとあるのが実施例1の測位システムの実験値であり、ＲＳＳＩとあるのはＲＳＳＩで計算した実験値である。実施例1の測位システムの実験値は３点、ＲＳＳＩの実験値は６点ある。この図１３の屋外の測位システムの実験によると、ＲＳＳＩで測定した場合に比べ、実施例1の測位システムの実験値はバラツキが小さくなっているのが分かる。
【００８３】
次に、図１４に示す屋内の測位システムの実験は、高さ７０ｃｍの机の上に、ＰＤＡを７台２５ｃｍ間隔で等間隔に並べ、両端のＰＤＡを１．５ｍ間隔の基準局として実験したものである。なお、図１４にプロットされている点のうち、１．５ｍの値は基準局のＰＤＡの位置（ここでは距離）であり、実験値ではない。図１４の実験結果によると、実施例1の測位システムの測定値は実測距離にかなり近い値を示していることが分かる。屋外に比べ屋内の方が精度が高く、距離が小さいほど高精度になる。
【００８４】
このように本発明の実施例1の測位システムは、近距離になるほど良好な測定結果を示し、屋内で多数の無線端末が存在する場合ほど有力な位置測定手段になることが分かる。また、本発明の実施例1の測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カードは、低消費電力でホストコンピュータ側に負荷をかけず、高精度の位置測定が行え、測位機能付無線制御チップセットあるいは測位機能付無線通信カードでパケット処理するため位置測定の時間応答性が良好になり、通信の秘匿性を低下させない。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、無線通信するとともにＲＳＳＩを測定して位置測定用にホストコンピュータに出力する測位機能付無線制御チップセット、測位機能付無線通信カード、さらにこの測位機能付無線制御チップセットを搭載した無線端末、この無線端末からなる位置測定ネットワークシステムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施例1における測位機能付無線通信カードを搭載した無線端末の構成図
【図２】本発明の実施例1における測位機能付無線制御チップセットの構成図
【図３】本発明の実施例1における位置測定ネットワークシステムの全体構成図
【図４】本発明の実施例1における無線端末の要部ブロック構成図
【図５】本発明の実施例1における測位サーバの要部ブロック構成図
【図６】（ａ）本発明の実施例1における測位機能付無線制御チップセットに設けられたＲＳＳＩテーブルの説明図、（ｂ）基準局から通知される位置情報通知の説明図
【図７】本発明の実施例１における全ホストＲＳＳＩテーブルの説明図
【図８】本発明の実施例１における位置テーブルの説明図
【図９】本発明の実施例１におけるＲＳＳＩと距離との関係を示す説明図
【図１０】本発明の実施例１における測位機能付無線通信カードで実行される処理のフローチャート
【図１１】本発明の実施例１におけるホストコンピュータで実行される処理のフローチャート
【図１２】本発明の実施例１における測位サーバで実行される処理のフローチャート
【図１３】本発明の実施例1における測位システムの屋外での実験結果図
【図１４】本発明の実施例1における測位システムの屋内での実験結果図
【図１５】従来の位置測定ネットワークシステムの全体図
【符号の説明】
【００８７】
１ 測位機能付無線通信カード
１ａ，１ｂ 測位機能付無線制御チップセット
２ アンテナ
３ ホストコンピュータ
４ ＲＦ／ＩＦ変換部
５ Ｉ／Ｑ変復調部
６ ベースバンド部
７ 下位層制御部
８ メモリセクション
８ａ 書き換え可能メモリ
８ｂ ＲＳＳＩテーブル部
９ 測位サーバ
３１ スロット
３２ 測位クライアント制御手段
３３ 計時部
３４ 要求パケット生成手段
３５ ネットワーク通信制御手段
３６ 有線ネットワークＩ／Ｆ
３７ 記憶制御部
３８ メモリ部
３８ａ 位置テーブル部
３８ｂ ＲＳＳＩテーブル部
４１ アンテナ共用部
４２ 信号設定重畳部
４２ａ 温度補償水晶発振器
４３ ＲＦアンプ
４４，４４ａ バンドパスフィルタ
４５ 周波数変換部
４６ パワーアンプ
４７，４７ａ バンドパスフィルタ
４８ 周波数変換部
５１ 移相部
５２ ＡＧＣアンプ
５３ Ｉ／Ｑ復調部
５４ ローパスフィルタ
５５ ＲＳＳＩ計測部
５５ａ ＲＳＳＩデータ線
５６ アンプ
６１ Ｉ／Ｏ
６２ 復調部
６３，６３ａ ＡＤコンバータ
６４ ＡＧＣ部
６５ 変調部
６６，６６ａ ＤＡコンバータ
６７ ＡＰＬ部
７１ ＭＡＣ制御部
７２ ＰＨＹＩ／Ｆ
７３ Ｉ／Ｆ
７４ 記憶制御部
７４ａ チップ内ＲＯＭ
７４ｂ チップ内ＲＡＭ
７５ 位置測定制御手段
７５ａ 平均値演算手段
７５ｂ カウンタ
７６ ＷＥＰエンジン
９１ 初期化判定手段
９２ 位置演算手段
９３ 第１距離演算手段
９４ 第２距離演算手段
９５ 単位長ベクトル演算手段
９６ ＲＳＳＩ−距離演算手段
９７ 修正量演算手段
９８ 更新手段
９９ 収束判定手段
１０１〜１０５ 無線端末
１０６，１０７，１０８ 基準局
１０６ａ，１０７ａ，１０８ａ 測位手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調部と復調部が設けられたベースバンド部と、物理層インターフェースを有しＭＡＣ層の通信制御を行うＭＡＣ制御部が設けられた下位層制御部と、書き換え可能なメモリ部とを備え、これらが一枚の基板に設けられた測位機能付無線制御チップセットであって、前記ＭＡＣ制御部には、すべての受信パケットの送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にこれを受信信号強度と対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする位置測定制御手段が設けられ、記憶制御部が該要素を前記メモリ部の前記ＲＳＳＩテーブルに格納することを特徴とする測位機能付無線制御チップセット。
【請求項２】
前記受信信号強度を測定するＲＳＳＩ計測部と、該ＲＳＳＩ計測部で測定したデータを前記下位層制御部に送信するＲＳＳＩデータ線とが前記基板に設けられたことを特徴とする請求項１記載の測位機能付無線制御チップセット。
【請求項３】
前記位置測定制御手段が送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にこれと受信信号強度とを対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする第１の処理を行い、該第１の処理後の受信パケットに対して、前記ＭＡＣ制御部が自分宛ＭＡＣアドレスでない受信パケットを破棄する第２の処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の測位機能付無線制御チップセット。
【請求項４】
直交変復調部が前記ベースバンド部に接続して設けられ、該ベースバンド部、前記下位層制御部及びメモリ部と共に一体に構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の測位機能付無線制御チップセット。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかの測位機能付無線制御チップセットと、受信信号と送信信号の周波数変換と増幅を行う送受信部と、アンテナとを備えたことを特徴とする測位機能付無線通信カード。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかの測位機能付無線制御チップセットと、受信信号と送信信号の周波数変換と増幅を行う送受信部と、アンテナと、ネットワーク通信制御手段とを備え、位置測定の演算を行う測位サーバに位置測定を要求するとともに前記ＲＳＳＩテーブルを送信することを特徴とする無線端末。
【請求項７】
位置測定の演算を行う測位サーバと、電波で受信したパケットの送信元ＭＡＣアドレスと受信信号強度とを対応付けてＲＳＳＩテーブルを生成し、前記測位サーバに位置測定を要求するとともに該ＲＳＳＩテーブルを送信する無線端末と、前記無線端末と無線通信することができ、測位手段を備えて自分の位置情報を前記測位サーバに通知することができる複数の基準端末とから構成された位置測定ネットワークシステムであって、前記測位サーバが、前記ＲＳＳＩテーブルと前記位置情報、及び前記無線端末の電波の最大到達距離とに基づいて前記無線端末の位置測定の演算を行うことを特徴とする位置測定ネットワークシステム。
【請求項１】
変調部と復調部が設けられたベースバンド部と、物理層インターフェースを有しＭＡＣ層の通信制御を行うＭＡＣ制御部が設けられた下位層制御部と、書き換え可能なメモリ部とを備え、これらが一枚の基板に設けられた測位機能付無線制御チップセットであって、前記ＭＡＣ制御部には、すべての受信パケットの送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にこれを受信信号強度と対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする位置測定制御手段が設けられ、記憶制御部が該要素を前記メモリ部の前記ＲＳＳＩテーブルに格納することを特徴とする測位機能付無線制御チップセット。
【請求項２】
前記受信信号強度を測定するＲＳＳＩ計測部と、該ＲＳＳＩ計測部で測定したデータを前記下位層制御部に送信するＲＳＳＩデータ線とが前記基板に設けられたことを特徴とする請求項１記載の測位機能付無線制御チップセット。
【請求項３】
前記位置測定制御手段が送信元ＭＡＣアドレスを取り出すと共にこれと受信信号強度とを対応付けてＲＳＳＩテーブルの要素とする第１の処理を行い、該第１の処理後の受信パケットに対して、前記ＭＡＣ制御部が自分宛ＭＡＣアドレスでない受信パケットを破棄する第２の処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の測位機能付無線制御チップセット。
【請求項４】
直交変復調部が前記ベースバンド部に接続して設けられ、該ベースバンド部、前記下位層制御部及びメモリ部と共に一体に構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の測位機能付無線制御チップセット。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかの測位機能付無線制御チップセットと、受信信号と送信信号の周波数変換と増幅を行う送受信部と、アンテナとを備えたことを特徴とする測位機能付無線通信カード。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかの測位機能付無線制御チップセットと、受信信号と送信信号の周波数変換と増幅を行う送受信部と、アンテナと、ネットワーク通信制御手段とを備え、位置測定の演算を行う測位サーバに位置測定を要求するとともに前記ＲＳＳＩテーブルを送信することを特徴とする無線端末。
【請求項７】
位置測定の演算を行う測位サーバと、電波で受信したパケットの送信元ＭＡＣアドレスと受信信号強度とを対応付けてＲＳＳＩテーブルを生成し、前記測位サーバに位置測定を要求するとともに該ＲＳＳＩテーブルを送信する無線端末と、前記無線端末と無線通信することができ、測位手段を備えて自分の位置情報を前記測位サーバに通知することができる複数の基準端末とから構成された位置測定ネットワークシステムであって、前記測位サーバが、前記ＲＳＳＩテーブルと前記位置情報、及び前記無線端末の電波の最大到達距離とに基づいて前記無線端末の位置測定の演算を行うことを特徴とする位置測定ネットワークシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−３５２８１０（Ｐ２００６−３５２８１０Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７９９８６（Ｐ２００５−１７９９８６）
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
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