KR100494847B1 - 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위시스템 및그 방법 - Google Patents

유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위시스템 및그 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 파장이 짧아 거리/방향의 분해능력이 높은 초음파 신호를 이용하여 서버에서 삼각측위방식으로 단말기의 위치를 계산함으로써, 단말기에 대한 고정밀 측위를 가능하게 하고; 또한, 서버가 다수의 초음파 수신기들이 제공하는 초음파 신호의 이동시간(즉, 단말기로부터 전송된 초음파가 초음파 수신기에 도달하는데 걸리는 시간)들을 이용하여 단말기의 위치정보를 획득한 후 그 획득된 단말기의 위치정보를 해당 단말기는 물론 다른 단말기에게도 전송함으로써, 서버뿐만 아니라 단말기도 자신의 위치정보 및 다른 단말기의 위치정보를 알 수 있게 하는, 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결 방법의 요지
본 발명은, 단말기 측위 시스템에 있어서, 단말기로부터 소정의 접속채널을 통하여 초음파 신호로 전송되는 접속용 버스트를 수신하여 측위 수단으로 전달하고, 상기 측위 수단으로부터 전송된 기준펄스를 이용하여 상기 수신된 초음파 신호의 이동시간을 계산하여 상기 측위 수단으로 전송하기 위한 초음파 수신 수단; 및 적어도 3개 이상의 상기 초음파 수신 수단들로부터 전송되는 초음파 신호의 이동시간들을 이용하여 상기 단말기의 위치정보를 산출하여 저장하고, 상기 단말기가 초음파 신호를 전송하는데 사용한 상기 접속채널을 상기 단말기에게 할당한 후, 상기 산출된 단말기의 위치정보와 상기 할당된 접속채널 정보를 RF(Radio Frequency) 신호로 상기 단말기로 전송하기 위한 측위 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 단말기 측위 시스템 등에 이용됨.

Description

유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템 및 그 방법{Apparatus and Method for bidirectional and high-accurate position determination for ubiquitous computing environment}
본 발명은 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서 고정밀의 위치 정보를 제공하고, 또한 단말기 간의 위치정보가 공유되어 단말기 자신의 위치뿐만 아니라 다른 단말기의 위치 정보 등도 제공하는, 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
새로운 컴퓨팅 패러다임으로 등장한 유비쿼터스 컴퓨팅은 도로ㆍ다리ㆍ터널ㆍ빌딩ㆍ건물벽 등 물리공간에 소형의 마이크로 컴퓨터를 집어넣어 모든 사물이 지능화되고 네트워크로 연결되어 서로 정보를 주고 받는 것으로, 이러한 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 구현하기 위해서 측위 장치가 필수적으로 요구된다.
종래의 측위 장치로 GPS(Global Position System)가 널리 이용되지만, 실내와 같이 GPS위성신호를 검출할 수 없는 환경에서는 사용할 수 없다는 한계가 있다.
이러한 한계를 보완하기 위해 개발된 하이브리드 방식은 GPS 위성과 기지국 신호를 혼합하여 이용하므로 실내에서 측위가 가능하지만 정밀도가 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 측위 장치들의 단말기는 크고 무거우며 전력소비량이 많아서 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에는 적합하지 않다는 문제점이 있었다.
따라서, 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에 적합하도록 추가적인 장치를 설치하여 소형이면서 정밀도를 향상시키는 측위 장치가 연구되어 왔다.
도 1 은 종래의 무선인식(RFID) 측위 장치의 구성도로서, 실내 측위 장치로 많이 이용되는 RFID(Radio Frequency Identification)를 나타낸다.
도면에 도시된 바와 같이, RFID 판독기(Reader)(11)는 천정과 같은 고정된 위치에 여러 대가 설치되어 있어서 근처에 있는 태그(Tag)(13)를 인식하고, 서버(10)는 다수의 RFID 판독기(Reader)(11)로부터 태그(Tag) 정보를 수집하므로 태그(Tag) 위치를 알 수 있다.
RFID는 단말기가 소형의 태그(Tag)로 되어 있어서 휴대하기 편리하고 저전력이므로 실내 측위 장치로 많이 이용되지만, 단말기와 수신기간의 인식 가능한 거리가 짧고, 근접측위 방식이므로 물리적인 고정밀 측위가 불가능하다는 문제점이 있었다.
도 2 는 종래의 액티브 배트(Active Bat) 측위 장치의 구성도로서, 이러한 액티브 배트(Active Bat)는 AT&T에서 개발된 것으로 초음파를 이용하여 물체를 인식하는 박쥐에서 착안하여 개발된 실내 측위 장치이다.
서버(20)는 유선으로 연결된 초음파 수신기(21)에게 기준 펄스(23)를 전송함과 동시에 RF송신기(25)를 이용하여 단말기(28)에게 RF 신호(기준 펄스)(26)를 전송한다.
단말기(28)가 RF신호(26)를 수신시 기준펄스를 생성한 후 초음파 (ultrasonic) 신호(27)를 전송하면, 천장(22)에 달린 초음파 수신기(21)는 초음파 신호가 도달하는 시간을 측정한다.
서버(20)는 초음파 수신기(21)들로부터 초음파 수신기(21)와 단말기(28)간의 초음파 이동시간(24)을 수집하여 삼각측위방식을 이용하여 단말기(28)의 물리적인 위치를 계산한다.
위와 같은 액티브 배트(Active Bat)는 물리적인 측위 방식이므로, 고정밀 측위가 가능하다는 장점은 있지만, 초음파 수신기와 연결된 서버에서 단말기의 위치 정보를 관리(centralized management)하므로 단말기에서는 자신의 위치정보를 알 수 없다는 문제점이 있었다.
도 3 은 종래의 크리켓(Cricket) 측위 장치의 구성도로서, MIT에서 개발한 측위 장치이다.
서버(30)는 RF 송신기(33)를 이용하여 단말기(35)에 현재 위치에 관한 정보가 포함된 RF신호(즉, 위치정보)(34)를 주기적으로 전송한다.
한편, 천장(32)과 같은 고정된 위치에 부착된 초음파 송신기(31)에서 초음파 신호(36)를 전송하면 단말기(35)는 RF 송신기(33)로부터 전송된 RF 신호(34)를 수신하여 대강의 현재 위치를 파악하고, 이와 더불어 초음파 신호(36)를 수신하여 단말기와 각 수신기간 거리를 계산한 후 삼각측위방식을 이용하여 물리적인 위치를 계산한다.
위와 같은 크리켓(Cricket) 측위 장치는 단말기 주위의 근접위치정보를 제공받고, 물리적인 측위 방식이므로 고정밀 측위가 가능하다는 장점은 있지만, 단말기 자체에서 자신의 위치를 계산하기 때문에 다른 단말기나 서버에서는 단말기의 위치를 알 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 파장이 짧아 거리/방향의 분해능력이 높은 초음파 신호를 이용하여 서버에서 삼각측위방식으로 단말기의 위치를 계산함으로써, 단말기에 대한 고정밀 측위를 가능하게 하고; 또한, 서버가 다수의 초음파 수신기들이 제공하는 초음파 신호의 이동시간(즉, 단말기로부터 전송된 초음파가 초음파 수신기에 도달하는데 걸리는 시간)들을 이용하여 단말기의 위치정보를 획득한 후 그 획득된 단말기의 위치정보를 해당 단말기는 물론 다른 단말기에게도 전송함으로써, 서버뿐만 아니라 단말기도 자신의 위치정보 및 다른 단말기의 위치정보를 알 수 있게 하는, 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 단말기 측위 시스템에 있어서, 단말기로부터 소정의 접속채널을 통하여 초음파 신호로 전송되는 접속용 버스트를 수신하여 측위 수단으로 전달하고, 상기 측위 수단으로부터 전송된 기준펄스를 이용하여 상기 수신된 초음파 신호의 이동시간을 계산하여 상기 측위 수단으로 전송하기 위한 초음파 수신 수단; 및 적어도 3개 이상의 상기 초음파 수신 수단들로부터 전송되는 초음파 신호의 이동시간들을 이용하여 상기 단말기의 위치정보를 산출하여 저장하고, 상기 단말기가 초음파 신호를 전송하는데 사용한 상기 접속채널을 상기 단말기에게 할당한 후, 상기 산출된 단말기의 위치정보와 상기 할당된 접속채널 정보를 RF(Radio Frequency) 신호로 상기 단말기로 전송하기 위한 측위 수단을 포함한다.
또한, 상기 본 발명의 시스템은, 네트워크로 연결된 다수의 측위 수단들로부터 각 측위 수단이 관할하는 영역 내의 단말기의 위치정보를 받아 통합 관리하기 위한 중앙 측위 수단을 더 포함한다.
또한, 상기 본 발명에서의 측위 수단은, 상기 단말기로부터 초음파 수신 수단을 통하여 단말기 버스트 채널을 요구받으면 채널 상태에 따라 상기 단말기에게 단말기 버스트 채널을 할당하고; 상기 초음파 수신 수단으로부터, 상기 단말기가 상기 할당된 단말기 버스트 채널을 통하여 송신한 단말기 정보 버스트를 초음파 수신 수단으로부터 전달받으면, 상기 단말기 정보 버스트의 요구 정보에 해당하는 정보를 검색하여 상기 단말기에게 전송하는 기능을 더 수행한다.
한편, 본 발명은, 단말기 측위 시스템에 적용되는 단말기 측위 방법에 있어서, 측위 서버가 단말기에 RF(Radio Frequency) 신호를 송신하고, 초음파 수신기에는 기준펄스를 제공하는 제 1 단계; 적어도 3 개이상의 초음파 수신기들이, 상기 단말기가 송신하는 초음파 신호를 수신하여 상기 초음파 신호의 이동시간을 계산하고, 상기 계산된 이동 시간을 상기 측위 서버에 전송하는 제 2 단계; 상기 측위 서버가 각각의 초음파 수신기로부터 전송되는 초음파 신호의 이동시간을 이용하여 상기 단말기의 위치 정보를 산출하여 저장하고, 상기 단말기가 접속하는데 사용한 접속채널을 상기 단말기에게 할당하는 제 3 단계; 및 상기 측위 서버가 상기 제 3 단계에서 산출된 단말기 위치 정보 및 상기 할당된 접속 채널을 RF 신호로 상기 단말기에게 전송하는 제 4 단계를 포함한다.
또한, 상기 본 발명의 방법은, 상기 측위서버가, 상기 단말기의 단말기 버스트 채널 요구에 따라 상기 단말기에게 단말기 버스트 채널을 할당하는 제 5 단계; 및 상기 측위서버가, 상기 단말기로부터 상기 제 5 단계에서 할당된 단말기 버스트 채널을 통하여 정보를 요구받으면, 상기 요구된 정보를 검색하여 상기 단말기에게 전송하는 제 6 단계를 더 포함한다.
한편, 본 발명은, 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위를 위하여. 프로세서를 구비한 단말기 측위 시스템에, 측위 서버가 단말기에 RF(Radio Frequency) 신호를 송신하고, 초음파 수신기에는 기준펄스를 제공하는 제 1 기능; 적어도 3 개이상의 초음파 수신기들이, 상기 단말기가 송신하는 초음파 신호를 수신하여 상기 초음파 신호의 이동시간을 계산하고, 상기 계산된 이동 시간을 상기 측위 서버에 전송하는 제 2 기능; 상기 측위 서버가 각각의 초음파 수신기로부터 전송되는 초음파 신호의 이동시간을 이용하여 상기 단말기의 위치 정보를 산출하여 저장하고, 상기 단말기가 접속하는데 사용한 접속채널을 상기 단말기에게 할당하는 제 3 기능; 및 상기 측위 서버가 상기 제 3 기능에서 산출된 단말기 위치 정보 및 상기 할당된 접속 채널을 포함하는 RF 신호를 생성하여 상기 단말기에게 전송하는 제 4 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
본 발명은, 유비쿼터스(ubiquitous) 컴퓨팅을 위하여 양방향 고정밀 측위를 가능하게 하는 측위 시스템과 그 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 대하여 개략적으로 설명하면, 다음과 같다.
단말기가 초음파 신호를 이용하여 자신의 식별정보(ID)와 필요로 하는 정보를 요구하는 메시지를 전송하면, 천장과 같이 고정된 위치에 부착된 여러 개의 초음파 수신기가 초음파 신호가 도달하는 시간을 측정하여 단말기와 각 수신기 간의 초음파 이동시간을 계산한다.
그러면, 서버는 여러 개의 초음파 수신기로부터 단말기의 ID와 정보요구 메시지를 수집하고 각 수신기로부터 전달된 초음파 이동시간을 삼각측위방식을 이용하여 단말기의 물리적인 위치를 알아낸다.
중앙 서버는 여러 개의 서버들과 네트워크로 연결되어 각각 서버 내에서 수집된 모든 단말기 위치 정보를 통합 관리하므로 서로 다른 서버간의 단말기 위치 정보를 공유할 수 있다.
서버가 RF 신호를 이용하여 서버 내의 모든 단말기들에게 공통적으로 사용할 수 있는 근접위치정보, 단말기의 물리적인 위치정보, 및 요구한 정보(예를 들면, 다른 단말기의 위치정보, 지도 데이터 등)에 대해서 주기적으로 전송하면, 단말기는 이러한 정보를 수신하여 자신의 위치 뿐만 아니라 상대방의 위치도 알 수 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 4 는 본 발명에 따른 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템의 일실시예 구성도로서, 측위 시스템은 도면에 도시된 바와 같이, 측위 서버(이하, 간단히 서버라 함)(402, 403), 초음파 수신기(406, 407), 및 중앙 측위서버(이하, 간단히 중앙 서버라 함)(400)로 구성된다.
본 발명에서는 단말기에서 고정밀로 측위가 가능하도록 하기 위하여 파장이 짧아 거리 방향의 분해능력이 높은 초음파 신호를 이용하고, 서버에서 단말기에게 많은 정보를 제공하기 위하여 RF 신호를 이용한다.
본 발명을 개념적으로 설명하면, 단말기는 단말기 #1(411)부터 단말기 #N(412)까지 여러 대가 존재할 수 있고, 초음파 수신기는 실내의 천장(408)과 같은 고정된 위치에 초음파 수신기 #1(406)부터 초음파 수신기 #N(407)까지 여러 대가 설치된다.
초음파 수신기(406, 407)는 단말기(411, 412)의 이동환경을 고려하여 설치되어야 하고, 삼각측위방식을 이용하여 단말기의 물리적인 위치를 계산하므로 적어도 3개 이상 설치된다.
서버 #1(402)은 초음파 수신기들(406, 407)에게 주기적으로 기준펄스(404)를 전송하고, 3개 이상의 초음파 수신기에서 측정된 단말기 #1(411)간의 초음파 신호의 이동시간(405)을 수집하고, 삼각측위방식을 이용하여 단말기 #1(411)의 물리적인 위치를 알 수 있다.
서버 #1(402)은 유사한 방법으로 다른 단말기들의 위치를 알 수 있으므로 단말기 #1(411)부터 단말기 #N(412)까지의 위치 정보를 데이터베이스화하여 저장하고 관리한다.
또한, 서버 #1(402)은 RF 송신기(409)를 이용하여 단말기들에게 RF신호(410)를 전송한다. RF신호(410)로 전송되는 정보는 단말기들이 초음파 신호를 전송하기 위한 기준 시점에 해당하는 기준 펄스, 근접위치정보, 단말기의 물리적인 위치정보 , 및 요구한 정보(예를 들면, 다른 단말기의 위치정보 등)등으로 구성된다.
서버는 자신이 관리하는 영역에 따라서 서버 #1(402)에서 서버 #N(403)까지 구분될 수 있고, 각 서버는 네트워크(401)로 중앙서버(400)와 연결되어 각 서버에서 관리하는 단말기들의 위치 정보는 중앙서버(400)에서 전체적으로 통합 관리된다.
따라서, 서버 #1(402) 영역 내의 단말기 #1(411)에서 서버 #N(403) 영역 내의 단말기 위치 정보를 요구하면, 중앙서버에서 모든 단말기들의 위치정보를 관리하므로, 다른 서버 영역에 있는 단말기의 위치 정보를 제공할 수 있다.
위에서 설명한 측위 시스템의 구성 요소인 서버(402, 403)와 초음파 수신기(406, 407), 그리고 단말기(411, 412)의 기능의 보다 상세한 설명은 도 7 및 도 8 에서 함께 설명하기로 한다.
도 5 는 본 발명에 따른 RF 신호의 프레임에 대한 일실시예 구조도로서, 서버가 주기적으로 전송하는 RF 신호의 프레임을 나타낸다.
도면에 도시된 바와 같이, RF(Radio Frequency) 신호의 프레임 내의 필드는 캐리어/클럭 복원(Carrier and Clock Recovery)(50), 유니크 워드(Unique Word)(51), 근접위치정보(52), 접속채널 정보(53), 단말기 버스트 채널 정보(54), 단말기들의 ID 및 위치정보(55, 56), 단말기 #N 의 ID 및 요구한 정보(57)로 구성된다.
단말기는 주기적으로 RF 신호(410)를 수신할 때, 캐리어/클럭 복원(Carrier and Clock Recovery)필드(50)를 이용하여 복조하고, 유니크 워드(Unique Word) 필드(51)를 이용하여 비트 동기를 획득하면 기준펄스(58)를 생성한다.
서버 #1(402)내에는 많은 단말기들이 존재하고 이들은 초음파신호를 시간 분할로 이용하므로 모든 단말기들이 시간 동기가 유지되지 않으면 정보 버스트간의 충돌이 발생한다. 따라서, 모든 단말기들이 시간적으로 동기를 유지하기 위하여 기준 시점의 기능을 제공하는 기준펄스(58)를 이용한다.
근접위치정보(52)는 서버 #1내의 모든 단말기들이 공유할 수 있는 정보로서, 현재 위치한 장소에서 단말기들에게 도움이 되는 근접 위치 정보를 제공한다.
접속채널 정보(53)와 단말기 버스트 채널 정보(54)는 현재 단말기들이 사용중인 접속 채널 및 단말기 버스트 채널의 상태 정보와 이용 가능한 채널 정보, 할당된 채널 정보를 제공한다.
단말기들의 ID 및 위치정보(55, 56)는 서버 #1내에서 관리되는 모든 단말기들의 위치정보를 제공하고, 단말기 #N 의 ID 및 요구한 정보(57)는 임의의 단말기 #N에서 요구한 정보를 제공한다.
한편, 서버 #1(402)는 RF 신호를 전송한 후 초음파 수신기에서 기준펄스(32)가 생성되는 시점에 초음파 수신기들(406, 407)에서 기준펄스(404)를 전송한다.
본 발명은 단말기가 전송하는 초음파 신호의 이동시간을 이용하여 단말기 위치를 계산하므로, 정확한 시간을 계산하기 위하여 초음파 수신기들은 단말기와 시간적으로 동기를 유지하여야 한다. 기준펄스(404, 410)는 이러한 동기를 유지하기 위하여 제공된다.
도 6 은 본 발명에 따른 초음파 신호의 프레임에 대한 일실시예 구조도이다
본 발명에서 단말기가 전송하는 초음파 신호(413)를 설명한다. 초음파 신호의 이동시간은 단말기의 위치를 계산하는데 이용되고, 초음파 신호는 단말기에서 필요한 정보(예를 들면, 다른 단말기의 위치정보 등)를 서버에게 요구할 때 이용된다.
초음파 신호는 저주파수 대역이므로 불과 데이터 전송속도는 저속(수 Kbps 정도)에 불과하지만, 단말기에 서버에 요청하는 정보는 서버에서 단말기에 제공하는 다량의 위치 정보에 비해 그다지 많지 않다. 따라서, 초음파 신호의 데이터 전송속도는 저속이지만 프레임 구조를 효율적으로 구성한다면 모든 단말기들에게 효율적으로 할당하여 이용할 수 있다.
초음파 신호 프레임을 효율적으로 이용하기 위하여 접속채널(60)과 단말기 버스트 채널(61)로 구분하여 설계한다.
접속채널(60)은 단말기가 주기적으로 자신의 위치정보를 전송하기 위하여 이용되는 채널이고, 단말기는 접속채널을 사용하여 접속용 버스트(62)를 전송한다.
접속용 버스트(62)의 필드는 심볼과 시각 복원 기능을 위한 캐리어/클럭 복원(Carrier and Clock Recovery)(50), 비트 동기를 위한 유니크 워드(Unique Word)(51), 단말기 #N의 ID(64), 단말기 버스트 채널(61)을 할당 받기 위한 단말기버스트채널 요청 비트(65)로 구성된다.
단말기에서 채널요청이 불필요한 경우는 단말기버스트채널 요청 비트(65)를 "0"으로 설정하고, 필요한 경우는 "1"로 설정한다.
서버는 접속용 버스트(62)를 수신하여 채널요청비트가 "1"로 설정된 경우에는, 단말기 버스트 채널(61)들 중에서 이용 가능한 빈 접속채널이 있으면 할당하고 모두 사용 중이어서 포화 상태면 접속채널을 할당하지 않는다.
서버내의 모든 단말기는 접속채널을 이용하여 자신의 위치정보를 서버에게 알리므로 접속채널의 길이는 가능한 작게 설계하고, 접속채널의 개수는 서버내의 모든 단말기를 수용할 수 있도록 충분하게 설계해야 한다.
한편, 초음파 신호(413)는 서버내의 모든 단말기가 공유하여 이용하므로, 각각의 단말기가 접속용 버스트를 전송할 때 다른 단말기와 충돌이 발생하지 않도록 해야 한다. 이를 위하여, 단말기는 RF신호(410)의 접속채널정보(53)를 수신하여 현재 접속 가능한 시점을 테이블로 저장한다.
단말기는 RF 신호(410)를 수신하여 기준 펄스(58)를 생성하면, 전송가능시점테이블로부터 임의의 전송시점을 랜덤(Random)하게 선택하여 임의의 접속채널에 접속용 버스트(60)를 전송한다. 여기서, 전송시점이란 접속용 버스트를 전송할 시점을 말한다.
이처럼 단말기 접속용 버스트(62)를 랜덤(Random)하게 전송하면 다른 단말기가 전송하는 접속용 버스트와 충돌을 발생할 수 있지만, 랜덤(Random) 변수를 적절하게 선택하면 충돌을 줄이고 효율적으로 운영할 수 있다.
단말기에서 전송한 접속용 버스트가 충돌없이 서버에 전송되면, 서버는 단말기의 위치를 계산하여 관리하고, 접속용 버스트가 사용한 접속채널을 단말기에게 할당한다.
만약에, 단말기가 다른 서버가 관리하는 영역으로 이탈하여 단말기의 위치정보가 일정한 시간동안 수신되지 않는 경우, 서버는 단말기에게 할당된 접속채널을 빈 접속채널로 유지하고 새로 접속하는 단말기가 있다면 새롭게 할당할 수 있다.
단말기가 단말기버스트채널 요청 비트(65)를 "1"로 설정하여 서버로부터 단말기 정보 버스트들 중에서 이용 가능한 빈 채널을 할당받은 경우, 단말기는 할당받은 단말기 버스트 채널(61)을 이용하여 단말기 정보 버스트(63)를 전송한다.
단말기 정보 버스트(63)는 복조를 하기 위한 캐리어/클럭 복원(Carrier and Clock Recovery)(50), 비트 동기를 위한 유니크 워드(Unique Word)(51), 단말기 #N 의 ID(64)로 접속용 버스트(62)와 부분적으로 유사하게 구성된다.
단말기 #N 의 요구정보(66)는 단말기가 필요한 정보를 서버에게 요구할 때 사용한다. 단말기는 RF신호(410)의 단말기 버스트 채널 정보(54)로부터 할당 받은 단말기 버스트 채널(61)과 전송시점을 수신하여 단말기 정보 버스트(63)를 전송한다.
서버는 이를 수신하여 단말기가 요구한 정보(예를 들면, 다른 단말기의 위치정보)를 검색한 후 RF 신호의 단말기 #N 및 요구한 정보(57)의 필드를 이용하여 전송하면, 단말기는 이를 수신하여 자신이 요구한 정보를 제공받게 된다.
도 7 은 본 발명에 따른 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 7 에서, "701"부터 "709" 까지의 과정은 단말기가 서버 영역(즉, 특정 서버가 관할하는 영역) 내에 진입하여, 접속채널을 할당받기 전까지의 초기화 과정을 나타내고, "710"부터 "718"까지의 과정은 서버가 단말기의 위치를 파악하고 접속 채널을 할당한 후 단말기에게 위치 정보를 제공하는 과정을 나타낸다.
또한, 도 7 에서 "70"은 단말기에서 수행되는 과정이고, "71"은 측위 시스템(서버 및 초음파 수신기)에서 수행되는 과정을 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템의 구성 요소인 서버(402, 403)와 초음파 수신기(406, 407), 뿐만아니라 단말기(411, 412)의 기능 수행도 함께 상세히 설명하기로 한다.
서버가 RF 송신기를 이용하여 RF 신호를 단말기로 송신하고(701), 또한 시간동기를 위하여 모든 초음파 수신기에게는 기준펄스를 제공한다(702).
단말기는 서버로부터 RF 신호를 수신한 후(703), 그 수신한 RF 신호 내에 포함된 유니크 워드(Unique Word) 필드로부터 기준펄스를 획득한다(704).
한편, 단말기는 수신한 RF 신호로부터 근접위치정보(즉, 대략적인 위치 정보 등)도 획득하며(705), 또한 접속 채널 정보도 획득하여 그 획득한 접속 채널 정보를 통하여 사용 가능한 접속 채널과 전송시점에 대한 정보를 확인한 후(706), 사용 가능한 접속 채널과 전송시점 중에서 접속채널과 전송시점을 랜덤하게 선택한다 (707).
단말기는 초음파 수신기에 전송할 접속용 버스트 내의 채널 요청 비트를 "0"으로 설정한 후(708), "707"에서 선택한 전송시점에 선택한 접속채널을 통하여 접속용 버스트를 초음파 신호로 송신한다(709).
초음파 수신기는 단말기로부터 접속용 버스트를 수신하여 서버로 전달하고(710), 또한 초음파 신호의 이동시간(즉, 단말기로부터 초음파 수신기에 도달하는데 걸리는 시간)을 계산하여 서버에 전송한다(711).
한편, 서버는 적어도 3 개이상의 초음파 수신기들로부터 초음파 신호의 이동시간들을 수집한 후(712), 삼각측위방식을 이용하여 그 수집된 초음파 신호의 이동시간들로부터 단말기의 위치를 계산하고(713), 그 계산된 단말기의 위치정보를 저장하고, "709"에서 단말기가 접속용 버스트를 송신한 접속채널을 해당 단말기에게 고정 할당한다(714).
그리고, 서버는 초음파 수신기로부터 전달된 접속용 버스트 내의 채널 요청 비트를 판단하여 "0"이면 단말기 버스트 채널을 할당하지 않는다(715).
서버는 근접위치정보, 할당된 접속채널정보, 단말기의 위치정보를 포함하여 RF 신호 프레임을 생성한 후(716), RF 송신기를 이용하여 생성된 RF 신호 프레임를 단말기에게 송신한다(717). 또한, 서버는 모든 초음파 수신기에게는 시간동기 유지를 위하여 기준펄스를 제공한다(718).
단말기는 서버가 송신한 RF 신호를 수신하여(719), 그 수신한 RF 신호로부터 기준펄스, 근접 위치 정보, 자신의 위치 정보를 획득한다(720, 721). 만약에 단말기가 접속용 버스트를 초음파 수신기에 송신한 후(709), 일정한 시간이 경과한 후에도 서버로부터 자신의 위치정보가 포함된 RF 신호를 받지 못하면, 이는 "709"에서 송신한 접속용 버스트가 다른 접속용 버스트와의 충돌로 초음파 수신기에 도달되지 않은 것이므로, "703"부터 "709"까지의 과정을 다시 수행한다.
또한, 단말기는 RF 신호 프레임 내의 접속 채널 정보에서 서버로부터 할당받은 접속 채널을 확인하고(722), 그 할당받은 접속 채널을 통하여 접속용 버스트를 초음파 신호로 초음파 수신기에게 송신한다(723). 이후, "710" 이하의 과정이 반복 수행된다.
만약, "710"이하의 반복 수행 과정 중에, 서버가 단말기에게 RF 신호를 송신한 후(717) 일정한 시간이 경과한 후에도, 서버가 초음파 수신기를 통하여 단말기의 위치정보를 수신하지 않으면, 그 단말기가 서버가 관할하는 영역 밖에 있는 것으로 판단하여 단말기에게 할당하였던 접속 채널을 빈 채널로 회수한다.
도 8 은 본 발명에 따른 단말기가 요구하는 정보를 전송하는 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 단말기가 서버로부터 단말기 채널을 할당받아서 요구하는 정보(예를 들면, 다른 단말기의 위치정보, 지도 데이터 등)를 단말기 정보 버스트를 이용하여 전송하고, 다시 서버로부터 요구한 정보를 제공받는 과정을 나타낸다.
도 8 에서 "80"은 단말기에서 수행되는 과정이고, "81"은 측위 시스템(서버 및 초음파 수신기)에서 수행되는 과정을 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템의 구성 요소인 서버(402, 403)와 초음파 수신기(406, 407), 뿐만아니라 단말기(411, 412)의 기능 수행도 함께 상세히 설명하기로 한다.
서버가 RF 송신기를 이용하여 RF 신호를 단말기로 송신하고(800), 또한 시간동기를 위하여 모든 초음파 수신기에게는 기준펄스를 제공한다(801).
단말기는 RF 신호를 수신하여(802) 그 수신된 RF 신호로부터 기준 펄스, 근접 위치 정보, 및 자신의 위치 정보를 획득한다(803).
또한, 단말기는 RF 신호 프레임 내의 접속 채널 정보 필드에서 서버로부터 할당받은 접속 채널을 확인한다(804).
그리고 나서, 단말기는 접속용 버스트의 단말기 버스트 채널 요청 비트를 "1"로 설정한 후(805), 할당받은 접속 채널을 통하여 접속용 버스트를 초음파 신호로 송신한다(806). 여기서, 단말기 버스트 채널 요청 비트를 "1"로 설정하는 것은 다른 단말기의 위치 정보 등 기타 필요한 정보를 알고자 하는 사용자의 요구에 따라 이루어 지는 것이다.
한편, 초음파 수신기가 단말기가 초음파 신호로 송신한 접속용 버스트를 수신하여 서버에 전달하면(807), 서버는 초음파 수신기로부터 접속용 버스트을 수신한 후, 그 수신된 접속용 버스트로부터 단말기 채널 요청 비트의 상태를 판단한다(808).
즉, 서버는 단말기 버스트 채널 요청 비트가 "1"이므로 단말기 버스트 채널 중에서 이용 가능한 빈 접속채널이 있는지 여부를 확인한다(808).
만약, 단말기 버스트 채널 상태 확인 결과, 비어 있는(즉, 할당되지 않은) 단말기 버스트 채널이 있으면, 서버는 해당 단말기에게 접속 시점을 포함한 단말기 버스트 채널을 할당하여(809), RF 신호 프레임을 생성(구성)한다(810). 여기서, RF 신호 프레임에는 할당된 단말기 버스트 채널 정보를 포함한다.
만약, 단말기 버스트 채널 상태 확인 결과, 비어 있는(즉, 할당되지 않은) 단말기 버스트 채널이 없으면, 즉 단말기 버스트 채널 상태가 포화 상태이면, 단말기 버스트 채널을 할당하지 않고 대기한다.
서버는 RF 송신기를 통하여 "810"에서 생성(구성)된 RF 신호 프레임을 단말기에게 RF 신호로 송신한다(811).
그러면, 단말기는 RF 신호를 수신하고(812), 그 수신한 RF 신호의 프레임 내의 단말기 버스트 채널 정보 필드를 통하여 할당받은 단말기 버스트 채널을 확인하한다(813). 그리고, 단말기는 필요로 하는 정보(즉, 요구 정보)(예를 들면, 다른 단말기의 위치 정보, 지도 데이터 등)필드를 갖는 단말기 정보 버스트를, 할당받은 단말기 버스트 채널을 통하여 초음파 신호로 전송한다(814).
한편, 초음파 수신기가 단말기로부터 초음파 신호로 송신되는 접속용 버스트를 수신하여 서버에 전달하면(815), 서버는 초음파 수신기로부터 접속용 버스트을 전달 받아 단말기가 요구한 정보를 검색한다(816).
서버는 검색 결과인 단말기가 요구한 정보를 포함하는 RF 신호 프레임을 구성(생성)하여, 이를 RF 송신기를 이용하여 RF 신호로 해당 단말기에 송신한다 (818). 또한, 서버는 모든 초음파 수신기에게는 시간동기 유지를 위하여 기준펄스를 제공한다(819).
단말기는 서버로부터 RF 신호를 수신하고(820), 그 수신한 RF 신호로부터 자신이 필요로 한 정보(즉, 자신이 서버에 요구한 정보)(예를 들면, 다른 단말기의 위치 정보, 지도 데이터 등)을 수신한다(821).
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 파장이 짧아 거리 방향의 분해능력이 높은 초음파 신호를 이용하여 서버에서 삼각측위방식으로 단말기의 위치를 계산함으로써 고정밀 측위가 가능하고, 또한, 단말기들의 위치정보는 서버에서 관리되어 다시 RF 신호로 각각의 단말기들에 제공되므로 서버와 단말기 양쪽에서 위치정보를 알 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 단말기에서 필요한 정보(예를 들면, 다른 단말기의 위치정보 등)를 서버에게 요구하여 제공받을 수 있으므로 양방향 고정밀 측위를 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1 은 종래의 무선인식(RFID) 측위장치의 구성도.
도 2 는 종래의 액티브 배트(Active Bat) 측위 장치의 구성도.
도 3 은 종래의 크리켓(Cricket) 측위 장치의 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템의 일실시예 구성도.
도 5 는 본 발명에 따른 RF 신호의 프레임에 대한 일실시예 구조도.
도 6 은 본 발명에 따른 초음파 신호의 프레임에 대한 일실시예 구조도.
도 7 은 본 발명에 따른 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 방법에 대한 일실시예 흐름도.
도 8 은 본 발명에 따른 단말기가 요구하는 정보를 전송하는 방법에 대한 일실시예 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
400: 중앙 서버 401: 네트워크
402, 403: 서버 406, 407: 초음파 수신기
411, 412: 단말기

Claims (14)

  1. 단말기 측위 시스템에 있어서,
    단말기로부터 소정의 접속채널을 통하여 초음파 신호로 전송되는 접속용 버스트를 수신하여 측위 수단으로 전달하고, 상기 측위 수단으로부터 전송된 기준펄스를 이용하여 상기 수신된 초음파 신호의 이동시간을 계산하여 상기 측위 수단으로 전송하기 위한 초음파 수신 수단; 및
    적어도 3개 이상의 상기 초음파 수신 수단들로부터 전송되는 초음파 신호의 이동시간들을 이용하여 상기 단말기의 위치정보를 산출하여 저장하고, 상기 단말기가 초음파 신호를 전송하는데 사용한 상기 접속채널을 상기 단말기에게 할당한 후, 상기 산출된 단말기의 위치정보와 상기 할당된 접속채널 정보를 RF(Radio Frequency) 신호로 상기 단말기로 전송하기 위한 상기 측위 수단
    을 포함하는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    네트워크로 연결된 다수의 측위 수단들로부터 각 측위 수단이 관할하는 영역 내의 단말기의 위치정보를 받아 통합 관리하기 위한 중앙 측위 수단
    을 더 포함하는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 측위 수단은,
    상기 단말기로부터 초음파 수신 수단을 통하여 단말기 버스트 채널을 요구받으면 채널 상태에 따라 상기 단말기에게 단말기 버스트 채널을 할당하고; 상기 초음파 수신 수단으로부터, 상기 단말기가 상기 할당된 단말기 버스트 채널을 통하여 송신한 단말기 정보 버스트를 초음파 수신 수단으로부터 전달받으면, 상기 단말기 정보 버스트의 요구 정보에 해당하는 정보를 검색하여 상기 단말기에게 전송하는 기능을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 접속용 버스트는,
    캐리어/클럭 복원(Carrier and Clock Recovery) 필드, 비트 동기를 위한 유니크 워드(Unique Word) 필드, 단말기의 식별정보(ID) 필드, 단말기 버스트 채널을 할당받기 위한 단말기버스트채널 요청 비트 필드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 단말기 정보 버스트는,
    캐리어/클럭 복원(Carrier and Clock Recovery) 필드, 비트 동기를 위한 유니크 워드(Unique Word) 필드, 단말기의 식별정보(ID) 필드, 및 단말기의 요구 정보를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단말기의 요구 정보는,
    다른 단말기의 위치 정보와 지도 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 RF 신호는,
    캐리어/클럭 복원(Carrier and Clock Recovery) 필드, 유니크 워드(Unique Word) 필드, 근접위치정보 필드, 접속채널 정보 필드, 단말기 버스트 채널 정보 필드, 단말기들의 식별정보(ID) 및 위치정보 필드, 및 단말기의 요구 정보 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 시스템.
  8. 단말기 측위 시스템에 적용되는 단말기 측위 방법에 있어서,
    측위 서버가 단말기에 RF(Radio Frequency) 신호를 송신하고, 초음파 수신기에는 기준펄스를 제공하는 제 1 단계;
    적어도 3 개이상의 초음파 수신기들이, 상기 단말기가 송신하는 초음파 신호를 수신하여 상기 초음파 신호의 이동시간을 계산하고, 상기 계산된 이동 시간을 상기 측위 서버에 전송하는 제 2 단계;
    상기 측위 서버가 각각의 초음파 수신기로부터 전송되는 초음파 신호의 이동시간을 이용하여 상기 단말기의 위치 정보를 산출하여 저장하고, 상기 단말기가 접속하는데 사용한 접속채널을 상기 단말기에게 할당하는 제 3 단계; 및
    상기 측위 서버가 상기 제 3 단계에서 산출된 단말기 위치 정보 및 상기 할당된 접속 채널을 RF 신호로 상기 단말기에게 전송하는 제 4 단계
    를 포함하는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 측위서버가, 상기 단말기의 단말기 버스트 채널 요구에 따라 상기 단말기에게 단말기 버스트 채널을 할당하는 제 5 단계; 및
    상기 측위서버가, 상기 단말기로부터 상기 제 5 단계에서 할당된 단말기 버스트 채널을 통하여 정보를 요구받으면, 상기 요구된 정보를 검색하여 상기 단말기에게 전송하는 제 6 단계
    를 더 포함하는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 5 단계의 단말기 버스트 채널 할당은,
    상기 측위서버가, 상기 단말기가 상기 제 3 단계에서 할당된 접속 채널을 통하여 초음파 신호로 송신한 '단말기 버스트 채널 할당을 요구하는 접속용 버스트'를 초음파 수신기로부터 전달받아, 단말기 버스트 채널 상태에 따라 상기 단말기에게 단말기 버스트 채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 6 단계는
    상기 측위서버가, 상기 초음파 수신 수단으로부터, 상기 단말기가 상기 할당된 단말기 버스트 채널을 통하여 송신한 단말기 정보 버스트를 전달받으면, 상기 단말기 정보 버스트의 요구 정보에 해당하는 정보를 검색하여 상기 단말기에게 전송하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 방법.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 단계의 초음파 신호의 이동시간 계산은,
    상기 제 1 단계에서 측위 서버가 제공한 기준펄스를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 3 단계의 단말기의 위치 정보 산출은,
    적어도 3 개 이상의 초음파 수신기들로부터 전송된 초음파 신호의 이동시간에 삼각측위 방식을 적용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위 방법.
  14. 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 위한 양방향 고정밀 측위를 위하여. 프로세서를 구비한 단말기 측위 시스템에,
    측위 서버가 단말기에 RF(Radio Frequency) 신호를 송신하고, 초음파 수신기에는 기준펄스를 제공하는 제 1 기능;
    적어도 3 개이상의 초음파 수신기들이, 상기 단말기가 송신하는 초음파 신호를 수신하여 상기 초음파 신호의 이동시간을 계산하고, 상기 계산된 이동 시간을 상기 측위 서버에 전송하는 제 2 기능;
    상기 측위 서버가 각각의 초음파 수신기로부터 전송되는 초음파 신호의 이동시간을 이용하여 상기 단말기의 위치 정보를 산출하여 저장하고, 상기 단말기가 접속하는데 사용한 접속채널을 상기 단말기에게 할당하는 제 3 기능; 및
    상기 측위 서버가 상기 제 3 기능에서 산출된 단말기 위치 정보 및 상기 할당된 접속 채널을 포함하는 RF 신호를 생성하여 상기 단말기에게 전송하는 제 4 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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