特許 6516256 プロキシミティテスト方法、及びプロキシミティテスト装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6516256

(24)【登録日】2019年4月26日

(45)【発行日】2019年5月22日

(54)【発明の名称】プロキシミティテスト方法、及びプロキシミティテスト装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 17/27 20150101AFI20190513BHJP

   G01S 5/02 20100101ALI20190513BHJP

   G01S 13/46 20060101ALI20190513BHJP

   H04B 17/318 20150101ALI20190513BHJP

   H04W 24/06 20090101ALI20190513BHJP

【ＦＩ】

   H04B17/27

   G01S5/02 Z

   G01S13/46

   H04B17/318

   H04W24/06

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-97850(P2015-97850)

(22)【出願日】2015年5月13日

(65)【公開番号】特開2016-213769(P2016-213769A)

(43)【公開日】2016年12月15日

【審査請求日】2018年3月27日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２７年２月２３日 一般社団法人電子情報通信学会 電子情報通信学会技術研究報告 ＡＳＮ２０１４−１５６−ＡＳＮ２０１４−１７２ 知的環境とセンサネットワーク ｐｐ．１６５−１７０ 「電波伝搬の空間相関と磁界強度ベクトルの空間相関に基づく Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｔｅｓｔ」にて発表

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２７年３月２日 芝浦工業大学において開催された一般社団法人電子情報通信学会知的環境とセンサネットワーク研究会にて発表

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、独立行政法人情報通信研究機構、「将来ネットワークの実現に向けた超大規模情報ネットワーク基盤技術に関する研究」委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】899000079

【氏名又は名称】学校法人慶應義塾

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】大槻 知明

(72)【発明者】

【氏名】村上 洋平

【審査官】 岩井 一央

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１４−５３３３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９８９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８９１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 村上洋平，大槻知明，電波伝搬環境の空間相関と磁界強度ベクトルの空間相関に基づくProximity Test，電子情報通信学会２０１５年総合大会講演論文集 通信２，２０１５年 ３月１０日，p.608，B-18-61

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ １７／２７

Ｇ０１Ｓ ５／０２

Ｇ０１Ｓ １３／４６

Ｈ０４Ｂ １７／３１８

Ｈ０４Ｗ ２４／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１端末装置と第２端末装置から、それぞれ少なくとも受信信号電圧と残留磁気の磁界強度ベクトルを含む測定報告を取得し、
前記受信信号電圧から、信号の固有ベクトルの経時変化を表わす第１評価関数と前記信号の固有値の経時変化を表わす第２評価関数を計算し、
前記測定報告と前記計算結果に基づき、前記第１端末装置と前記第２端末装置の間の受信信号強度の相関、前記第１評価関数の相関、前記第２評価関数の相関、及び前記磁界強度ベクトルの相関の中の少なくとも２つを用いて、前記第１端末装置と前記第２端末装置が所定範囲の同じ空間内に位置するか否かを決定する、
ことを特徴とするプロキシミティテスト方法。

【請求項2】

前記受信信号強度の相関、前記第１評価関数の相関、前記第２評価関数の相関、及び前記磁界強度ベクトルの相関にそれぞれ個別に閾値を設定し、
前記受信信号強度の相関、前記第１評価関数の相関、前記第２評価関数、及び前記磁界強度ベクトルの相関のうちの２つ以上で、対応する前記閾値を超える場合に、前記第１端末装置と前記第２端末装置が前記同じ空間内に位置すると決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のプロキシミティテスト方法。

【請求項3】

前記受信信号強度の相関は、前記第１端末装置のアレイアンテナで受信された信号と、前記第２端末装置のアレイアンテナで受信された信号との間で、複数のアンテナ素子の全組み合わせの中の最大の相関であることを特徴とする請求項１または２に記載のプロキシミティテスト方法。

【請求項4】

前記磁界強度ベクトルの相関は、前記第１端末装置と前記第２端末装置の各々で測定された２次元磁界強度ベクトルの内積を正規化して得られることを特徴とする請求項１または２に記載のプロキシミティテスト方法。

【請求項5】

前記測定報告に前記受信信号強度が含まれている場合は、前記測定報告から前記受信信号強度を取り出して前記受信信号強度の相関を求め、前記測定報告に前記受信信号強度が含まれていない場合は、前記受信信号電圧から前記受信信号強度を計算して前記受信信号強度の相関を求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロキシミティテスト方法。

【請求項6】

第１端末装置と第２端末装置から、それぞれ少なくとも受信信号電圧と残留磁気の磁界強度ベクトルを含む測定報告を受信する通信部と、
前記受信信号電圧から、信号の固有ベクトルの経時変化を表わす第１評価関数と前記信号の固有値の経時変化を表わす第２評価関数を計算する計算部と、
前記測定報告と前記計算結果に基づき、前記第１端末装置と前記端末装置の間の受信信号強度の相関、前記第１評価関数の相関、前記第２評価関数の相関、及び前記磁界強度ベクトルの相関の中の少なくとも２つを用いて、前記第１端末装置と前記第２端末装置が所定範囲の同じ空間内に位置するか否かを決定する判断部、
とを有することを特徴とするプロキシミティテスト装置。

【請求項7】

前記受信信号強度の相関、前記第１評価関数の相関、前記第２評価関数の相関、及び前記磁界強度ベクトルの相関にそれぞれ個別に設定された閾値を記憶する記憶部、
をさらに有し、
前記判断部は、前記受信信号強度の相関、前記第１評価関数の相関、前記第２評価関数の相関、及び前記磁界強度ベクトルの相関のうちの２つ以上で対応する前記閾値を超える場合に、前記第１端末装置と前記第２端末装置が前記同じ空間内に位置すると決定する、
ことを特徴とする請求項６に記載のプロキシミティテスト装置。

【請求項8】

前記計算部は、前記第１端末装置のアレイアンテナで受信された信号と、前記第２端末装置のアレイアンテナで受信された信号との間で、複数のアンテナ素子の全組み合わせの中の最大の相関値を、前記受信信号強度の相関として計算することを特徴とする請求項６または７に記載のプロキシミティテスト装置。

【請求項9】

前記計算部は、前記第１端末装置と前記第２端末装置の各々で測定された２次元磁界強度ベクトルの内積を正規化して、前記磁界強度ベクトルの相関を計算することを特徴とする請求項６または７に記載のプロキシミティテスト装置。

【請求項10】

前記計算部は、前記測定報告に前記受信信号強度が含まれている場合は、前記測定報告に含まれる前記受信信号強度を用いて前記受信信号強度の相関を計算し、前記測定報告に前記受信信号強度が含まれていない場合は、前記受信信号電圧から前記受信信号強度を計算して前記受信信号強度の相関を計算することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載のプロキシミティテスト装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、端末同士の近接度（プロキシミティ：Proximity）を識別する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、スマートフォンやタブレットなどの携帯情報端末が広く普及し、位置情報に基いたサービスへの需要が高まっている。位置情報に基づいたサービスを実現する技術のひとつに、プロキシミティ（Proximity）テストがある。プロキシミティテストは、ユーザ同士が近接しているかどうかを識別する技術である。プロキシミティテストを行う際に、通信するユーザ同士のプライバシーを保護し、他者による位置情報の盗聴やなりすまし、位置偽装等の攻撃を阻止する必要がある。そのため、ＧＰＳ等で得られる実際の位置情報をやり取りせずにプロキシミティテストを行う研究が注目されている。

【0003】

たとえば、あるユーザが受信している電波の信号強度と、このユーザの周辺で別のユーザが受信している電波の受信信号強度の相関を用いて、ユーザ同士が近くにいるかどうかを判断するプロキシミティテストが知られている（たとえば、非特許文献１参照）。このテスト法は、近接する端末間では受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）の相関が高いことを利用している。また、テレビ信号やＦＭ信号の振幅と位相を利用して、振幅や位相の相関が高い場合にユーザ同士が近接していると判断する方法も知られている（たとえば、非特許文献２参照）。

【0004】

なお、残留磁気の磁界強度ベクトルをランドマークとして利用して位置推定を行う方法や（たとえば、非特許文献３参照）、アレーアンテナで受信した受信信号の固有ベクトルの経時変化から屋内のイベントを検出する方法（たとえば、非特許文献４参照）が知られている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】A. Kalamandeen, A. Scannell, E.D. Lara, A . Sheth and A. Lamarca, "Ensemble: Cooperative Proximity-based Authentication," in Proc. ACM Mobile systems applications and service, pp. 271-284, San Francisco, June 2010,

【非特許文献2】S. Mathur, R. Miller, A. Varshavsky and W. Trappe, "ProxiMate: Proximity-based secure pairing using ambient wireless signals," in Proc. AMC MobySys, pp. 211-224, Washington, June 2011.

【非特許文献3】P. Mirowski, H. Tin, Y. Saehoon and M. Macdonald, "SignalSLAM: Simultaneous localization and mapping with mixed WiFi, Bluetooth, LTE and magnetic signals," in Proc. IEEE IPIN, pp. 1-10, Montbeliard-Belfort, Oct. 2013

【非特許文献4】S. Ikeda, H. Tsuji and T. Ohtsuki, "Indoor Event Detection with Eigen vector Spanning Signal Subspace for Home or Office Security", IEEE Vehicle Tech. Conf., September, 2008

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ＲＳＳＩの相関を利用する方法では、ユーザ間の距離が２メートル以上離れるとＲＳＳＩの空間相関がほとんど変化せず、近接度を識別することができないという問題がある。ＲＳＳＩの相関に基づくプロキシミティテストが有効に行われる範囲は狭い範囲に限定される。テレビ信号やＦＭ信号の振幅と位相を利用する方法では、ＲＳＳＩの相関を利用する方法に比べると識別範囲が拡張されるが、周囲環境が変化する環境では識別精度が劣化する。

【0007】

そこで、周囲の伝搬環境の変化に強く、かつ識別精度の高いセキュアなプロキシミティテストの手法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明では、電波伝搬の空間相関と、磁界強度ベクトルの空間相関で表される複数の特徴量の中の２つ以上を利用することで、実際の位置情報を交換しないセキュアなプロキシミティテストの手法を提供する。

【0009】

本発明の一態様によるプロキシミティテスト方法は、
第１端末装置と第２端末装置から、それぞれ少なくとも受信信号電圧と残留磁気の磁界強度ベクトルを含む測定報告を取得し、
前記受信信号電圧から、信号の固有ベクトルの経時変化を表わす第１評価関数と前記信号の固有値の経時変化を表わす第２評価関数を計算し、
前記測定報告と前記計算結果に基づき、前記第１端末装置と前記第２端末装置の間の前記受信信号強度の相関、前記第１評価関数の相関、前記第２評価関数の相関、及び前記磁界強度ベクトルの相関の中の少なくとも２つを用いて、前記第１端末装置と前記第２端末装置が所定範囲の同じ空間内に位置するか否かを決定する。

【0010】

ひとつの例として、
前記受信信号強度の相関、前記第１評価関数の相関、前記第２評価関数の相関、及び前記磁界強度ベクトルの相関にそれぞれ個別に閾値を設定し、
前記受信信号強度の相関、前記第１評価関数の相関、前記第２評価関数の相関、及び前記磁界強度ベクトルの相関のうちの２つ以上で対応する前記閾値を超える場合に、前記第１端末装置と前記第２端末装置が前記同じ空間内に位置すると決定する。

【発明の効果】

【0011】

周囲の伝搬環境の変化に強く、かつ識別精度の高いセキュアなプロキシミティテストが実現する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】ユーザ間のＲＳＳＩの相関を示す図である。

【図2】アンテナ１本を用いたときのＲＳＳＩの相関の累積分布関数（ＣＤＦ：Cumulative Distribution Function）を示す図である。

【図3】アレーアンテナの全組み合わせの中の最大値を用いたときのＲＳＳＩの相関のＣＤＦを示す図である。

【図4】信号の固有ベクトルＰ（ｔ）の相関のＣＤＦを示す図である。

【図5】信号の固有値Ｑ（ｔ）の相関のＣＤＦを示す図である。

【図6】磁界強度ベクトルの相関を示す図である。

【図7】アレーアンテナの全組み合わせの中の最大値のＲＳＳＩの相関のみを用いたときの識別率を示す図である。

【図8】固有ベクトルＰ（ｔ）の相関のみを用いたときの識別率を示す図である。

【図9】固有値Ｑ（ｔ）の相関のみを用いたときの識別率を示す図である。

【図10】磁界強度ベクトルの相関のみを用いたときの識別率を示す図である。

【図11】４つの特徴量の組み合わせと、各組み合わせにおける識別率を示す図である。

【図12】実験環境Ｉを示す図である。

【図13】実験環境ＩＩを示す図である。

【図14】環境Ｉでの識別精度を示す図である。

【図15】環境ＩＩでの識別精度を示す図である。

【図16】環境Ｉでの実施形態の方法とＲＳＳＩ相関のみを用いた場合の識別精度の比較結果を示す図である。

【図17】環境ＩＩでの実施形態の方法とＲＳＳＩ相関のみを用いた場合の識別精度を比較結果を示す図である。

【図18】実施形態の手法の適用例を示す図である。

【図19】サーバで行う処理を示すフローチャートである。

【図20】サーバの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１は、端末同士が近接して位置する場合のＲＳＳＩの相関を示す図である。端末Ａと端末Ｂは、アクセスポイント等の同じ電波源から電波を受信している。端末Ａの位置を参照位置とし、端末Ｂの位置を変化させてＲＳＳＩの時間変化を取得する。端末間の距離が２ｍ、１ｍ、１０ｃｍと近づくにつれて、ＲＳＳＩの相関が高くなる。しかし、端末間の距離が２ｍのときと４ｍのときでＲＳＳＩの相関に変化はほとんどなく、２ｍ以内の範囲でしかＲＳＳＩの相関を利用できないことがわかる。

【0014】

実施形態では、電波の伝搬に空間相関があることを利用し、受信強度（ＲＳＳＩ）に加えて、信号の固有値の相関と固有ベクトルの相関を利用する。さらに、磁界強度ベクトルの空間相関を利用して、プロキシミティテストの識別精度を高める。
＜電波伝搬の空間相関＞
電波伝搬の特徴量として、信号の固有ベクトルの時間関数Ｐ（ｔ）と、固有値の時間関数Ｑ（ｔ）を導入し、Ｐ（ｔ）とＱ（ｔ）をプロキシミティテストの評価関数として利用する。Ｐ（ｔ）は信号の到来方向の経時変化を表わし、Ｑ（ｔ）は、信号の大きさの経時変化を表す。端末間でのＰ（ｔ）の相関と、Ｑ（ｔ）の相関をプロキシミティテストの特徴量として用いる。実施形態ではさらに、第１端末装置と第２端末装置ともに電波の伝搬をアレーセンサを用いて観測し、端末装置間のすべてのアンテナの組み合わせの中で最大となるＲＳＳＩの相関をプロキシミティテストの特徴量として用いる。２本以上のアンテナを有するアレーセンサを用いることで、空間タイバーシティ効果を得てフェージングの影響を軽減する。

【0015】

評価関数Ｐ（ｔ）は、式（１）で表される。

【0016】

【数1】

ここで、ｖrefは参照時刻での信号の固有ベクトル、Ｈは複素共役転置、ｖob(t)は時刻ｔでの信号の固有ベクトルである。式（１）では、|Ｖref|＝|Ｖob(t)|＝１に正規化されている。Ｐ（ｔ）は参照時刻から電波伝搬方向がどのように変化したかを表わす。

【0017】

評価関数Ｑ（ｔ）は、式（２）で表される。

【0018】

【数2】

ここで、λrefは参照時刻での信号の固有値、λob(t)は時刻ｔでの信号の固有値である。Ｑ（ｔ）は、参照時刻から到来信号の大きさがどのように変化したかを表わす。

【0019】

Ｐ（ｔ）の相関とＱ（ｔ）の相関を利用するということは、信号伝搬状況の変化自体の相関をプロキシミティテストの判断基準にすることを意味する。Ｐ（ｔ）の相関とＱ（ｔ）の相関をプロキシミティテストの特徴量として用いることで、周囲環境が変化しやすい場所でもプロキシミティテストを有効に行うことが可能になる。

【0020】

まず、予備実験として、ＲＳＳＩの相関と、Ｐ（ｔ）の相関と、Ｑ（ｔ）の相関を、それぞれ個別に評価する。ＲＳＳＩの相関として、アンテナが１本のときの相関と、４本のアンテナ素子を有するアレーアンテナ間の全組み合わせ（４×４＝１６通り）中の最大相関値を評価する。

【0021】

図２は、アンテナが１本のときのＲＳＳＩの相関のＣＤＦ（Cumulative Distribution Function：累積分布関数）、図３は、１６通りのアンテナの組み合わせの中で最大のＲＳＳＩ相関のＣＤＦである。図４はＰ（ｔ）の相関のＣＤＦ，図５はＱ（ｔ）の相関のＣＤＦである。

【0022】

評価の方法は、廊下を隔てて隣り合う２つの部屋を用意し、受信機１と受信機２の位置関係を変えて相関を計算する。各部屋はコンクリートの壁で仕切られており、部屋のサイズは５ｍ×７ｍと、７ｍ×７ｍである。各部屋で、２〜３人がＰＣ等を使って通常の作業を行っており、周囲に人が存在する環境をつくっている。受信機１と受信機２の位置関係を、(a)同じ部屋で２メートル離れた距離、(b)同じ部屋で４メートル離れた距離、(c)別々の部屋で２メートル離れた距離、(d)別々の部屋で４メートル離れた距離、と変化させる。

【0023】

信号を９０秒間観測し、３０秒のウインドウ幅で相関を計算する。ウインドウ幅が短いと環境による相関の違いが見えにくいからである。図２（アンテナ１本）と図３（４本のアレーアンテナ）を比較すると、図２では、各位置関係でのＣＤＦが交錯し、必ずしも受信機１と受信機２が近い距離、あるいは同室にあるときにＲＳＳＩの相関が高くなるとは限らない。そのため、アンテナ１本を用いたＲＳＳＩの相関は、ユーザが近接しているか否か、または同じ空間内にいるかどうかを判断する指標として使いにくい。

【0024】

これに対し、図３では、２つの受信機が同部屋の場合にＲＳＳＩの相関が高くなり、別の部屋ではＲＳＳＩの相関が低くなる。同部屋の場合と別部屋の場合で、相関の程度が明確に区別されている。また、同じ部屋同士では、近い距離にある方が相関が高いが、別の部屋に存在する端末との間では、距離に依らずに相関が低くなる。アレーアンテナを用いることによって、プロキシミティテストにおけるＲＳＳＩの相関の信頼性が向上する。

【0025】

図４の受信信号の固有ベクトルＰ（ｔ）の相関と、図５の固有値Ｑ（ｔ）の相関についても、２つの受信機が同じ部屋にある場合に相関が高くなり、同部屋のときの相関の程度と、別部屋のときの相関の程度は、互いに区別される。このように、アレーアンテナによるＲＳＳＩの相関に加えて、信号の固有ベクトル評価関数Ｐ（ｔ）の相関と、信号の固有値の評価関数Ｑ（ｔ）の相関がプロキシミティテストの判断基準として利用可能であることが確認された。
＜磁界強度ベクトルの空間相関＞
実施形態では、アレーアンテナでのＲＳＳＩの相関、Ｐ（ｔ）の相関、Ｑ（ｔ）の相関に加えて、磁気強度ベクトルの空間相関もプロキシミティテストに利用する。

【0026】

環境建造物には地磁気と異なる固有の残留磁気が存在し、場所によって磁界強度ベクトルは異なる。これまで、磁気強度ベクトルの空間相関について考慮されたことはなく、本発明において残留磁気の磁気強度ベクトルの空間相関を観察し、これをプロキシミティテストに利用可能であることを確認する。

【0027】

図６は、室内と室外の各点で測定した磁界強度ベクトル（２次元）の方向と、参照地点との内積を示す。各点での磁界強度ベクトルの方向はそれぞれ矢印で示されている。参照地点との内積、すなわち磁界強度ベクトルの相関は、正規化された数値で示されている。図６から、参照地点に近い位置ほど磁界強度ベクトルの相関が大きく、また、同じ室内にある場合に磁界強度ベクトルの相関が高いことがわかる。残留磁気の磁界強度ベクトルは場所によって固有であり、時間的な変動が小さい。そのため、磁界強度ベクトルの相関を２つの端末が近接するか否か、同じ部屋に存在するか否か、を判断する判断基準として適切に用いることができる。
＜プロキシミティテストの手法＞
上述のように、ＲＳＳＩの相関、Ｐ（ｔ）の相関、Ｑ（ｔ）の相関、磁界強度ベクトルの相関のいずれもがプロキシミティテストに用いる特徴量として適切であることが確認された。

【0028】

次に、これら４つの特徴量をプロキシミティテストでどのように用いるかを説明する。実施形態では、ＲＳＳＩの相関、Ｐ（ｔ）の相関、Ｑ（ｔ）の相関、磁界強度ベクトルの相関に、それぞれ個別の閾値を設定し、測定で得られる各相関値を閾値と比較することで近接度（プロキシミティ）の判定を行う。閾値は、あらかじめ各特徴量を単体で用いたプロキシミティテストを行って、特徴量ごとに最も識別率（識別精度）が高くなる値に決定する。

【0029】

図７は、４本のアンテナでのＲＳＳＩの相関だけを用いたときの識別率を示す。図８はＰ（ｔ）の相関だけを用いたときの識別率、図９はＱ（ｔ）の相関だけを用いたときの識別率を示す。図１０は、磁界強度ベクトルの相関だけを用いたときの識別率を示す。図７〜図１０を通して横軸は閾値、縦軸は識別精度を識別率として示す。識別率（識別精度）は、全識別回数に対する２つの端末が同じ部屋にいると正しく識別できた回数の割合で示す。

【0030】

識別率＝（正しい識別回数）／（全識別回数）
図７から、４本のアンテナでのＲＳＳＩの相関の閾値を０．３５に設定する。図８からＰ（ｔ）の相関の閾値を０．２に設定する。図９から、Ｑ（ｔ）の相関の閾値を０．２に設定する。図１０から、正規化した磁界強度ベクトルの相関（内積）の閾値を０．９６に設定する。

【0031】

図１１は、４つの特徴量の閾値比較結果をどのように用いるとプロキシミティテストの識別精度が高くなるかを示す図である。パターンＡは、ＲＳＳＩの相関、Ｐ（ｔ）の相関、Ｑ（ｔ）の相関、磁界強度ベクトルの相関の４つの特徴量のうちの２つ以上が対応する閾値を超える場合に同じ部屋にいると判定する方法である。このときの識別率は０．８９３である。

【0032】

パターンＢは、ＲＳＳＩの相関、Ｐ（ｔ）の相関、磁界強度ベクトルの相関の３つの特徴量のうちの２つ以上が対応する閾値を超える場合に同じ部屋にいると判定する方法である。このときの識別率は０．８４８である。パターンＣは、ＲＳＳＩの相関と磁界強度ベクトルの相関のうち１つ以上が対応する閾値を超える場合に同じ部屋にいると判定する方法である。このときの識別率は０．８１８である。パターンＤは、ＲＳＳＩの相関、Ｐ（ｔ）の相関、Ｑ（ｔ）の相関、磁界強度ベクトルの相関の４つの特徴量のうちの３つ以上が対応する閾値を超える場合に同じ部屋にいると判定する方法である。このときの識別率は０．８０７である。

【0033】

パターンＡ〜Ｄのいずれの場合も、電波伝搬の空間相関を表わす３つの特徴量のうちの少なくとも１つと、磁界強度ベクトルの相関とを組み合わせて用いることで、８０％以上の識別率を達成している。もっとも、単純に閾値を超える特徴量が多ければよいのではなく、４つの特徴量のうちの２つ以上が閾値を超える場合に、正しく識別できる割合が最も大きくなることがわかる。また、磁界強度ベクトルの相関と、電波伝搬の空間相関を表わす２つの特徴量とを組み合わせて２つ以上が閾値を超える場合も、８５％近い識別率となる。
＜特性評価＞
ＲＳＳＩの相関、Ｐ（ｔ）の相関、Ｑ（ｔ）の相関、及び磁界強度ベクトルの相関という４つの特徴量のうち２つ以上が閾値を超える場合に同じ部屋にいると判定する手法（パターンＡ）を用いて、実際の特性評価を行う。実験環境として、２つの異なる環境を設定する。これら２つの実験環境は、上述した予備実験の測定環境とは別の環境である。

【0034】

図１２は、実験環境Ｉを示す。実験環境Ｉのルーム１はコンクリートの壁で囲まれており、ドアは閉じられている。第１の受信機（Ｒｘ１）を固定し、第２の受信機（Ｒｘ２）の位置を、同室内で受信機Ｒｘ１から２メートルの距離（位置（１））、同室内で４メートルの距離（位置（２））、室外で２メートルの距離（位置（３））、室外で４メートルの距離（位置（４））と変化させる。

【0035】

図１３は、実験環境ＩＩを示す。ルーム２とルーム３の間に仕切りがあるが、上下に隙間がある。ルーム２と廊下を隔てる壁はガラス製であり、それ以外の壁はコンクリート製である。ドアは閉められている。第１の受信機（Ｒｘ１）をルーム２に固定し、第２の受信機（Ｒｘ２）の位置を、同室内で受信機Ｒｘ１から２メートルの距離（位置（１））、同室内で４メートルの距離（位置（２））、室外で２メートルの距離（位置（３））、室外で８メートルの距離（位置（４））と変化させる。

【0036】

実験環境ＩとＩＩの双方で、送信機（Ｔｘ）を仕切りで囲い、ＮＬＯＳ（non-Line-of-sight：見通し外）環境とする。環境Ｉのルーム１、環境ＩＩのルーム２で、２人がＰＣ等を用いて通常の作業を行っており、廊下は人が自由に歩行している。環境Ｉと環境ＩＩの各位置で９０秒間観測を行い、３０秒のウィンドウ幅でＲＳＳＩの相関を計算し、１秒ごとに窓をスライドさせる。このときの受信機と送信機の諸元を表１に示す。

【0037】

【表1】

図１４は、環境Ｉにおけるアンテナ４本のときのＲＳＳＩ相関による識別率を、アンテナ１本のときのＲＳＳＩ相関の識別率と比較して示す図である。図１５は、環境ＩＩにおけるアンテナ４本のときのＲＳＳＩ相関による識別率を、アンテナ１本のときのＲＳＳＩ相関の識別率を比較して示す図である。識別率は、ＲＳＳＩ相関値が閾値を超えたときに同室にいると判定する方法で、全識別回数に対する正しく識別できた回数の比（識別率＝（正しい識別回数）／（全識別回数））である。なお、アンテナが１本のときの閾値はアンテナが４本のときと同様の手順であらかじめ決めておく。

【0038】

環境Ｉと環境ＩＩの双方で、アンテナ１本を用いた場合よりも、アンテナを４本用いた場合の識別率が高くなっている。これは、ダイバーシティ効果によりＲＳＳＩの変化がより正確に捉えられているからだと考えられる。ただし、４本アンテナのＲＳＳＩの相関だけでは、同じ部屋でも距離が遠い場合や、別の部屋でも距離が近い場合に識別率がやや劣る。そのため、距離にかかわらず同室にいると正しく判定できる識別率が８０％以下に落ちてしまう。そこで、上述したように、電波伝搬の空間相関を表わす３つの特徴量と、磁界強度ベクトルの相関を表わす特徴量のうちの２つ以上が閾値を超える場合を同室にいると判定する方法（図１１のパターンＡ）で識別率を向上する。

【0039】

図１６は、環境Ｉで４本アンテナのＲＳＳＩの相関のみを用いた場合と、実施形態の方法を用いた場合の識別率を比較した図である。図１７は、環境ＩＩで４本アンテナのＲＳＳＩの相関のみと、実施形態の方法を用いた場合の識別率を比較した図である。環境Ｉでは、どの位置関係においても９０％以上の識別率が達成される。環境ＩＩのように、ルーム２とルーム３が上下に隙間のある仕切りで隔てられた環境でも、端末間の距離が離れた状態で同部屋にいると判断される識別率が８５％に達し、それ以外の位置関係での識別率は９０％以上である。実施形態の方法を用いることで、同じ部屋で距離が遠い場合や、別の部屋で距離が近い場合の識別率が特に改善されている。

【0040】

ＲＳＳＩはユーザ間の距離によって相関が大きく変わるため、同じ部屋でも距離が遠い場合や、別の部屋で距離が近い場合に識別率が低下する。これに対し、Ｐ（ｔ）の相関とＱ（ｔ）の相関は電波伝搬状態の相関を見ているので、ユーザ同士が近い位置にいても異なる部屋にいる場合に相関が小さくなる。また、信号到来方向と大きさの変化自体の相関をみるので、周囲環境の違いの変化の影響を受けにくい。残留磁気の磁界強度ベクトルも時間的変動が少なく、距離の影響よりも、同じ部屋にいるかどうかの影響の方が大きい。したがって、距離に拠らず同じ部屋にいるか否かを精度良く判断することができる。図１１のパターンＡ〜Ｄのいずれも８０％以上の識別率を実現していることからも裏付けられる。

【0041】

図１８は、実施形態のプロキシミティテスト方法の適用例を示す図である。たとえば、ある店舗内にいるユーザや、特定のエリア内のユーザにだけ、クーポン等のサービス情報を配信する。ＧＰＳなどの位置検出機能を用いると特定の建物内や所定のエリア内に存在するユーザを特定することができるが、プライバシー保護や位置情報の偽装防止などの観点から位置情報の送受信は望ましくない。そこで、ユーザ端末の位置情報の送受信なしにユーザ間のプロキシミティを判定する。

【0042】

部屋１００に、プロキシミティテスト装置としてのサーバ１０と、ユーザ端末２−１が存在する。別のユーザ端末２−２は部屋１００の中に移動中である。ユーザ端末２−１、２−２は、それぞれ複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナを有している。サーバ１０は、測定要求メッセージを、たとえばブロードキャストで送信している（手順（１））。測定要求メッセージを受信したユーザ端末２−１は、アレーアンテナで受信した測定要求メッセージあるいはサーバ１０からの任意の参照信号の受信信号電圧とＲＳＳＩと残留磁気の磁界強度ベクトルを測定し（手順（２））、測定結果Ａを測定報告メッセージにてサーバ１０に送信する（手順（３））。同様に、測定要求メッセージを受信したユーザ端末２−２は、アレーアンテナで受信した測定要求メッセージまたはサーバ１０からの任意の信号の受信信号電圧とＲＳＳＩと残留磁気の磁界強度ベクトルを測定し（手順（２））、測定結果Ａ'を測定報告メッセージにてサーバ１０に送信する（手順（３））。

【0043】

ここでいう受信信号電圧は、アレイアンテナの各アンテナ素子から出力される電圧値であり、そのアンテナ素子で受信された空間電界を表わす。ＲＳＳＩは各アンテナ素子が受信する電力値またはその対数であり、時間平均を含む。この例では、ユーザ端末２−１，２−２が受信信号電圧とＲＳＳＩを求めているが、少なくとも受信信号電圧と磁界強度ベクトルが測定報告メッセージに含まれていればよい。

【0044】

サーバ１０は、ユーザ端末２−１から受信した測定報告メッセージに含まれる受信信号電圧から、ユーザ端末２−１におけるＰ（ｔ）とＱ（ｔ）を計算する。同様に、ユーザ端末２−２から受信した測定報告メッセージに含まれる受信信号電圧から、ユーザ端末２−２におけるＰ（ｔ）とＱ（ｔ）を計算する（手順（４））。

【0045】

サーバ１０はさらに、測定結果に基づいて、ユーザ端末２−１とユーザ端末２−２の間のＲＳＳＩの相関、Ｐ（ｔ）の相関、Ｑ（ｔ）の相関、及び磁界強度ベクトルの相関を計算し、各特徴量をあらかじめ記憶されている閾値と比較してユーザ端末２−１とユーザ端末２−２の近接度（プロキシミティ）を判断する（手順（５））。ＲＳＳＩの相関については、ユーザ端末２−１から受信したＲＳＳＩとユーザ端末２−２から受信したＲＳＳＩとから、すべてのアンテナ素子の組み合わせの中で最大の相関を決定する。ユーザ端末２−１、２−２からの測定報告メッセージにＲＳＳＩが含まれていない場合は、サーバ１０は受け取った受信信号電圧からＲＳＳＩを計算し、端末間のＲＳＳＩの相関を計算してもよい。サーバ１０は、４つの特徴量のうち、２つ以上が対応する閾値を超える場合に、ユーザ端末２−１とユーザ端末２−２が部屋１００の内部にいると判断する。

【0046】

サーバ１０は、ユーザ端末２−１と図示しない他のユーザ端末との間で行われた従前のプロキシミティテストにより、ユーザ端末２−１が部屋１００の中にいることを知っているものとする。閾値判定によりユーザ端末２−２がユーザ端末２−１と同じ部屋１００の中にいると判断された場合、たとえば、サーバ１０からユーザ端末２−２のアドレスにクーポン等のサービス情報が送信される。

【0047】

サーバ１０は、測定要求メッセージに替えて既知のパイロット信号を送信してもよい。その場合は、ユーザ端末２−１、２−２は、パイロット信号の受信をトリガとしてパイロット信号の受信信号電圧とＲＳＳＩと残留磁気の磁界強度ベクトルを測定し、測定結果を測定報告メッセージに含めてサーバ１０に送信してもよい。

【0048】

測定要求メッセージやパイロット信号は、必ずしもサーバ１０から送信されなくてもよい。たとえば、部屋１００内に別途パイロット信号送信用の送信機を配置し、送信機からのパイロット信号を受信したユーザ端末２−１、２−２から、受信信号強度とＲＳＳＩと磁界強度ベクトルの測定結果を受信する構成としてもよい。

【0049】

図１９は、サーバ１０の動作を示すフローチャートである。サーバ１０は、測定要求メッセージを、たとえば一定間隔でブロードキャスト送信する（Ｓ１１）。この工程は必須ではなく、別途設置した送信機から測定要求メッセージまたはパイロット信号を送信してもよい。

【0050】

サーバは、２以上のユーザ端末から受信信号電圧とＲＳＳＩと残留磁気の磁界強度ベクトルの測定結果を測定報告メッセージから取得する（Ｓ１２）。測定報告メッセージに含まれる受信信号電圧から、信号の固有ベクトルｖob(t)と固有値λob(t)を計算して、各ユーザ端末の評価関数Ｐ（ｔ）とＱ（ｔ）を計算する（Ｓ１３）。固有ベクトルｖob(t)と固有値λob(t)は、たとえば非特許文献４に記載される方法で計算する。サーバ１０は、各ユーザ端末２−１，２−２について、参照時刻に取得した固有ベクトルｖrefと固有値λrefを保持しており、式（１）、（２）を用いてＰ（ｔ）とＱ（ｔ）を計算する。参照時刻は、たとえば最初に各ユーザ端末２−１，２−２から測定結果を受信した時刻であってもよい。

【0051】

サーバ１０は、ユーザ端末２−１，２−２から取得した測定結果と、Ｐ（ｔ），Ｑ（ｔ）の計算結果に基づいて、ＲＳＳＩの相関、Ｐ（ｔ）の相関、Ｑ（ｔ）の相関、及び磁界強度ベクトルの相関を計算し、各相関を対応する閾値と比較する（Ｓ１４）。ＲＳＳＩの相関は、ユーザ端末２−１と２−２のアレーアンテナの全アンテナペアの組み合わせの中で最大の相関である。磁界強度ベクトルの相関は、たとえばユーザ端末２−１の位置を参照位置とし、参照位置での磁界強度ベクトルとユーザ端末２−２が測定した磁界強度ベクトルの内積を正規化した値で表す。

【0052】

サーバ１０は、上記４つの相関のうち、２つ以上が対応する閾値を超えるか否かを判断する（Ｓ１５）。４つの相関のうちの２つ以上が閾値を超えた場合に（Ｓ１５でＹＥＳ）、ユーザ端末２−１と２−２が同じ室内にいると判定する（Ｓ１６）。閾値を超える相関が２つ以上ない場合は（Ｓ１５でＮＯ）、同じ室内に存在しないと判定する（Ｓ１７）。このフローは、サーバ１０の運用中に繰り返し行われ、サーバ１０の電源がオフされたときや、サービス情報の配布終了時に終了する。

【0053】

ステップＳ１４〜Ｓ１６において、サーバ１０の設置場所や時間帯によっては、４つの相関の全てを用いなくてもよい。たとえば人の数や動きの少ない場所や時間帯では、図１１のパターンＢ、パターンＣ等を用いてもよい。

【0054】

図２０は、サーバ１０の概略ブロック図である。サーバ１０は、プロセッサ１１と、メモリ１５と、無線通信部１７を有する。無線通信部１７は、たとえばＷｉＦｉ等の無線ＬＡＮのアクセスポイントを介してユーザ端末２と無線通信を行ってもよいし、機器同士を直接接続するＰ２Ｐ（Peer-to-Peer）方式の通信を行ってもよい。後者の場合、無線通信部１７は測定要求メッセージをブロードキャスト送信し、２以上のユーザ端末２からＲＳＳＩと磁界強度ベクトルの測定結果を受信する。

【0055】

メモリ１５は閾値保持部１６を有し、ＲＳＳＩの相関、Ｐ（ｔ）の相関、Ｑ（ｔ）の相関の少なくとも１つと、残留磁気の磁界強度ベクトルの相関について、あらかじめ決定した閾値を記憶する。プロセッサ１１は、特徴量計算部１２と比較判断部１３を有する。特徴量計算部１２は、受信信号電圧からＰ（ｔ），Ｑ（ｔ）を計算し、ＲＳＳＩ、Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）、及び残留磁気の磁界強度ベクトルについて、それぞれユーザ端末間の相関を計算する。特徴量計算部１２は、測定報告にＲＳＳＩが含まれているときはそのＲＳＳＩを使用し、測定報告にＲＳＳＩが含まれていない場合は、受信信号電圧からＲＳＳＩを計算してユーザ端末間のＲＳＳＩの相関を計算してもよい。比較判断部１３は、閾値保持部１６に記憶されている各閾値を用いて、用いた相関値のうちの所定の数以上の相関値が閾値を超えるか否かを判断する。たとえば、４つの相関（特徴量）すべてを用いる場合は、２つ以上の特徴量で閾値を超える場合に、ユーザ端末同士が同じ室内にいると判断する。プロセッサ１１は、ユーザ端末２同士が同じ室内にいると判断された場合に、無線通信部１７を介して所定のサービス情報を配信してもよい。

【0056】

サーバ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）、ユーザインターフェース等がバスで相互接続された汎用コンピュータで実現可能である。また、一方のユーザ端末２−１を、たとえば参照位置に固定された固定端末としてもよい。

【0057】

実施形態の手法を用いることで、位置情報の送受信なしに、識別精度が高く周囲環境の変化に強いプロキシミティテストが可能になる。

【符号の説明】

【0058】

２−１，２−２ ユーザ端末（端末装置）
１０ サーバ（プロキシミティテスト装置）
１１ プロセッサ
１２ 特徴量計算部
１３ 比較判断部
１５ メモリ
１６ 閾値保持部
１７ 無線通信部

【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16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】