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端末発見問題

端末発見問題. 情報工学専攻 中村　遼. 目次. WPA を用いた端末認証 位置検出技法 Cell-ID 方式 TDOA 方式 RSSI 方式 補足　三点測量 具体例. WPA を用いた端末認証. 認証サーバ. 端末. AP. 端末は常時起動 AP のいずれかから ビーコンを受け取る （若しくは、端末からのプローブ要求 に対し、プローブ応答する） 端末はビーコンを受け取った AP に 対し接続要求をする AP はその接続要求を認証サーバ（ RADIUS ）に通知する 認証サーバは AP を介して端末に ID/ パスワードを要求する

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端末発見問題

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Presentation Transcript

  1. 端末発見問題 情報工学専攻中村　遼

  2. 目次 • WPAを用いた端末認証 • 位置検出技法 • Cell-ID方式 • TDOA方式 • RSSI方式 • 補足　三点測量 • 具体例

  3. WPAを用いた端末認証 認証サーバ 端末 AP • 端末は常時起動APのいずれかからビーコンを受け取る（若しくは、端末からのプローブ要求に対し、プローブ応答する） • 端末はビーコンを受け取ったAPに対し接続要求をする • APはその接続要求を認証サーバ（RADIUS）に通知する • 認証サーバはAPを介して端末にID/パスワードを要求する • 端末はAPを介して認証サーバにID/パスワードを送信する • 認証サーバはAPに認証完了を通知する • APは端末に接続開始する（このとき、端末はIPアドレスを受け取る） ①ビーコン ②接続要求 ③接続要求通知 ④ID/パスワード要求 ⑤ID/パスワード送信 ⑦接続開始 ⑥認証完了

  4. 位置検出技法　1/3 • 位置検出技法には以下の３つの方式がある • Cell-ID方式 • 端末が現在接続しているAPのカバーする範囲（セル）を現在の端末の位置として推定する方式 • 技術：APで接続した端末を発見すること • 特徴：位置推定精度が低い • 使用例：初期のPHS セル2 セル1 セル4 セル3

  5. 位置検出技法　2/3 • 電波到達時間差（TDOA: Time Difference of Arrival）方式 • 端末が発する位置要求エコーを、複数のAPが受信し、AP間におけるエコー受信タイミングのずれと、各APが保持する内部時計の誤差を加味して端末の位置を推定する方式 • 技術：APで電波の到達時間を測定し三点測量を行うこと • 特徴：各APが内部時計を持っていることが必要x軸、y軸、z軸の空間座標を求めるには４つのAPが必要 • 使用例：GPS方式やCDMA方式の携帯電話、WiFi端末位置検出 ||P-P2|| - ||P-P1||=c(T2 - T1)：||P-Pn|| - ||P-P1||=c(Tn - T1) Tn Pn P T2 T1 ※信号の滞空時間から距離を測るTOA方式というものもあるが、こちらはAPと端末が正確な時刻同期と時間測定を持つ必要がある P2 P1

  6. 位置検出技法　3/3 • 電波強度（RSSI: Received Signal Strength Indicator）方式 • 受信電波強度を利用して位置推定を行う方式で、電波強度の利用方法により更に複数の方式がある 　・RADAR：APでのみ電波強度を計測し、端末ごとに独立して位置を測定 　・WiPS：全ての無線LAN機器で電波強度を計測 　　（受信信号強度Pr(d)=P0 – 20log(4πd /λ)） P0：距離0の実測値 　・Ekahau：事前に電波強度を測定し、サーバに保存しておく • 技術：電波強度を測定し三点測量を行う • 特徴：電波強度測定のためのハードウェアを設置するか、端末側に予め　　ソフトウェア（Network Stumbler 等）を用意させないといけない　　また、実際に得られる電波強度は反射などの影響を受け、論理的な値が得られない • 使用例：PHS、Bluetooth端末位置検出

  7. 補足　三点測量 • AP端末間の距離が分かれば、三点測量により、位置を検出できる • 尚、高さを固定した場合は２つのAPから測定できる ||P-P1||=d1||P-P2||=d2||P-P3||=d3 P3 d3 d2 d1 P P1 P2 位置検出サーバ

  8. 具体例①　（セルID方式） • 接続までの手順 • 一般的な端末認証と同様に任意のAPから認証を行う • 接続を完了させる前に、端末にエコーを発せさせ、近隣の常時起動APで受信する • 受信したAPによって、次のように端末にAPを割り当てる 前提 ①　APは正方格子状に設置する（AP1,3,7,9は常時起動） ②隣接するAP間の距離は50m以上70m未満 ③室内に壁などの障害物が無い ④APと端末との高低差を2m AP1 AP2 AP3 AP5 AP4 AP6 AP7 AP8 AP9

  9. 特徴　（セルID方式） • 長所 • 複雑な技術を必要としない • 最初から位置検出精度は高くないので、ある程度の誤差（APと端末の高低差等）に影響されにくい • AP間の間隔が広く取れる • 短所 • 端末間の距離を制限される • 位置を検出するという動作には特化していない 最大100m 2m 最大99.98m 最大70.7m 99.98m

  10. 具体例②　（TDOA方式） • 接続までの手順 • 一般的な端末認証と同様に任意のAPから認証を行う • 接続を完了させる前に、端末にエコーを発せさせ、近隣の最低3つのAPで受信する • 3つのAPでの受信の時間差を調べ、それを基に方程式を解く • 方程式により割り出された端末の位置から適当なAPを割り当てる AP1 AP2 AP3 AP5 AP4 AP6 AP7 AP8 AP9 前提 ①　APは三角格子状に設置する（AP1,3,7,9は常時起動） ②隣接するAP間の距離は50m未満 ③室内に壁などの障害物が無い ④APと端末との高低差を2m

  11. 特徴　（TDOA方式） • 長所 • 高い精度で端末の位置を測定することができる • そのため、場所により利用者の統計を取ることも可能 • RSSI方式と違い、特殊な仕様または機器を必要としない（APの内部時計および外部サーバのみ必要） • 短所 • 複雑な計算及び利用者の位置情報を保存するためのサーバが必要 • 全ての領域で、少なくとも３つ（高さ可変の場合は４つ）のAPと通信ができないといけない

  12. 参考 • 北須賀輝明、久住憲嗣、中西恒夫、福田晃、「測位方式WiPSを用いた無線LAN端末の動き検出の応用」 • 伊藤 誠悟、河口信夫、「実環境における無線 LAN を用いた位置推定システムとその応用」

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