KR100722800B1

KR100722800B1 - 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100722800B1
Application number: KR1020060019321A
Authority: KR
Inventors: 차호정; 이영화
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-05-30

Abstract

본 발명은 소리 감지 시간 정보와 자신의 위치 정보를 제공하는 소리 비컨(beacon)과 상기 소리 비컨으로부터 제공받은 시간 정보와 위치 정보를 가지고 자기 위치 감지의 연산을 수행하는 소리 감지부(detector)를 구비하는 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치로서, 적어도 하나 이상의 소리 비컨과 소리 감지부를 포함하되, 상기 소리 비컨은 소리를 발생시키는 소리 발생부와; 상기 소리 발생부에서 발생한 소리를 감지하는 제 1 소리 감지부와; 상기 제 1 소리 감지부에서 감지한 소리를 저장하는 제 1 소리 감지 테이블과;상기 소리 비컨의 위치를 감지하는 위치 감지부와; 상기 소리 비컨의 시간 정보와 위치 정보를 상기 소리 감지부로 전송하는 제 1 RF 제어부를 포함하여 구성되고, 상기 소리 감지부는 상기 소리 발생부에서 발생한 소리를 감지하는 제 2 소리 감지부와; 상기 제 2 소리 감지부에서 감지한 소리를 저장하는 제 2 소리 감지 테이블과; 상기 소리 비컨과 소리 감지부의 시간 차이 정보와 상기 소리 비컨의 위치 정보를 저장하는 위치 테이블과; 상기 제 1 RF 제어부로부터 전송받은 정보를 상기 위치 테이블에 전송하는 제 2 RF 제어부와; 상기 소리 비컨과 소리 감지부의 시간 차이 정보와 상기 소리 비컨의 위치 정보를 가지고 위치를 추정하는 위치 추정 연산부를 포함하여 구성되는 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치 및 방법을 제공한다.

센서 네트워크, 위치 인식, 음파, 소리 비컨, 소리 감지부

Description

소리를 이용한 자기 위치 감지 장치 및 방법{System and method for sensing of self-position using sound}

도 1은 본 발명에 따른 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 소리를 이용한 자기 위치 감지 방법의 전체적인 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 소리를 이용한 자기 위치 감지 방법에서 소리 비컨의 위치 정보와 시간 정보의 생성 및 전송 과정을 나타낸 순서도.

도 4는 본 발명에 따른 소리를 이용한 자기 위치 감지 방법에서 소리 감지부의 자기 위치 감지의 연산 과정을 나타낸 순서도.

도 5는 소리의 발생 시작부터 소멸까지 측정된 파형을 나타내는 그래프.

<도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 소리 비컨 101 : 소리 발생부

102 : 제 1 소리 감지부 103 : 제 1 소리 감지 테이블

104 : 위치 감지부 105 : 제 1 RF 제어부

200 : 소리 감지부

202 : 제 2 소리 감지부 203 : 제 2 소리 감지 테이블

204 : 위치 테이블 205 : 제 2 RF 제어부

206 : 위치 추정 연산부 207 : 이웃 위치 테이블

501: 소리의 시작지점 502: 소리의 최고지점

본 발명은 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소리 감지 시간 정보와 자신의 위치 정보를 제공하는 소리 비컨(beacon)과 상기 소리 비컨으로부터 제공받은 시간 정보와 위치 정보를 가지고 자기 위치 감지의 연산을 수행하는 소리 감지부(detector)를 구비하는 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.

센서 네트워크에서의 자기 위치 감지에 대한 연구는 활발하게 이루어지고 있으며, 이러한 자기 위치 감지에 대한 연구는 자기 위치에 대한 거리 정보에 기반하는 방법과 자기 위치에 대한 거리 정보에 기반하지 아니하는 방법으로 나누어진다.

특히, 센서 네트워크의 자기 위치 감지를 위한 수단으로서 라디오 신호의 세기, 초음파, 음파, 빛, 압력 등이 이용되고 있으며, 이 중에서도 음파를 이용한 방법이 다른 수단에 비하여 안정적으로 시간에 따른 경향성을 보여줌으로써 보다 정확하게 자기 위치를 감지시킨다.

이러한 음파를 이용한 자기 위치 감지방법은 특정 하드웨어를 구비하여 소리 의 시간차를 측정하거나 중앙에서 데이터를 종합하여 위치계산을 하는 방법이 제시되었다.

그러나 상기 방법은 센서 네트워크에 고가의 하드웨어(예를 들어 DSP(Digital Signal Processor) 와 같은 장치를 말한다.)를 별도로 구비하여야 하고, 중앙에서 개별노드들의 정보를 종합하여 연산한 후 개별 노드들에게 다시 돌려주기 때문에 중앙에 부하가 가중되고 많은 라디오 통신을 요구하고 에너지를 많이 소비하며 연산시간 또한 오래 걸리는 문제점이 있다.

또한 센서 네트워크에서 자기 위치 감지에 있어서 소리의 발생시점과 소리 전파 시간을 미리 노드들에게 알려주고 소리를 알려주는 방법이 제시되었으나, 미리 지정된 소리 전파 시간에 정확하게 소리를 발생시켜야 하는 문제점이 있다.

따라서 상술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 소리 감지 시간 정보와 자신의 위치 정보를 제공하는 소리 비컨(beacon)과 상기 소리 비컨으로부터 제공받은 시간 정보와 위치 정보를 가지고 자기 위치 감지의 연산을 수행하는 소리 감지부(detector)를 구비하는 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 소리를 이용한 자기 위치 감지 장 치로서, 적어도 하나 이상의 소리 비컨과 소리 감지부를 포함하되, 상기 소리 비컨은 소리를 발생시키는 소리 발생부와; 상기 소리 발생부에서 발생한 소리를 감지하는 제 1 소리 감지부와; 상기 제 1 소리 감지부에서 감지한 소리를 저장하는 제 1 소리 감지 테이블과; 상기 소리 비컨의 위치를 감지하는 위치 감지부와; 상기 소리 비컨의 시간 정보와 위치 정보를 상기 소리 감지부로 전송하는 제 1 RF 제어부를 포함하여 구성되고, 상기 소리 감지부는 상기 소리 발생부에서 발생한 소리를 감지하는 제 2 소리 감지부와; 상기 제 2 소리 감지부에서 감지한 소리를 저장하는 제 2 소리 감지 테이블과; 상기 소리 비컨과 소리 감지부의 시간 차이 정보와 상기 소리 비컨의 위치 정보를 저장하는 위치 테이블과; 상기 제 1 RF 제어부로부터 전송받은 정보를 상기 위치 테이블에 전송하는 제 2 RF 제어부와; 상기 소리 비컨과 소리 감지부의 시간 차이 정보와 상기 소리 비컨의 위치 정보를 가지고 위치를 추정하는 위치 추정 연산부를 포함하여 구성된다.

바람직하게는 상기 소리 감지부는 적어도 하나 이상의 이웃 노드의 정보를 저장하는 이웃 위치 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 위치 추정 연산부는 삼변 측량 방법을 사용하여 연산을 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양은 소리를 이용한 자기 위치 감지 방법으로서, 시간의 동기화 단계와 위치 정보와 시간 정보의 감지 및 전송 단계와 자기 위치 감지의 연산 단계를 포함하되, 상기 위치 정보와 시간 정보의 감지 및 전송 단계는 (a)소리와 위치를 감지하기 위하여 준비하는 단계와; (b)임의의 소리를 발생시키는 단계와; (c)상기 (b)단계에서 발생된 소리를 감지하고 소리 비컨의 위치를 감지하여 상기 소리의 시간에 대한 정보와 위치 정보를 저장하는 단계와; (d)상기 (c)단계에서 저장된 시간 정보와 위치 정보를 소리 감지부로 전송하는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 자기 위치 감지의 연산 단계는 (e)소리를 감지하기 위하여 준비하는 단계와; (f)상기 위치 정보와 시간 정보의 감지 및 전송 단계로부터 시간 정보와 위치 정보를 전송받는 단계와; (g)상기 (e)단계의 소리를 감지하고 저장하는 단계와; (h)소리 비컨의 시간 정보와 소리 감지부의 시간 정보의 시간차와 한계 값을 비교하여 큰 값을 가지면 다음 단계로 진행하고 그러하지 아니하면 상기 (e)단계로 진행하는 단계와; (i)상기 시간차에 대한 정보와 상기 소리 비컨의 위치 정보를 저장하는 단계와; (j)상기 (i)단계의 정보로부터 자기 위치를 연산하여 추정하는 단계를 포함하여 구성된다.

바람직하게는 상기 (j)단계는 상기 (i)단계에서 저장된 정보가 3개 이상인지를 판단하여 3개 이상이라면 자기 위치 연산을 진행하고 그러하지 아니하다면 상기 (e)단계로 진행하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 위치 정보와 시간 정보의 감지 및 전송 단계에서 상기 소리 비컨의 소리 발생 시간은 제 1 소리 감지부가 감지한 시간으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 (h)단계의 한계 값은 아래의 식에 의하여 도출되는 것을 특징으로 한다.

한계 값 = (음파도달 범위 또는 요구되는 영역의 지름) / (소리의 속도)

바람직하게는 상기 (i)단계의 자기 위치 연산은 아래의 식에 의하여 도출되는 것을 특징으로 한다.

소리 비컨과 소리 감지부 사이의 거리 = 시간차 X 소리의 속도

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 또한, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치의 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 소리를 이용한 자기 위치 감지 방법의 전체적인 개략도이다.

또한 도 3은 본 발명에 따른 소리를 이용한 자기 위치 감지 방법에서 소리 비컨의 위치 정보와 시간 정보의 생성 및 전송 과정을 나타낸 순서도이며, 도 4는 본 발명에 따른 소리를 이용한 자기 위치 감지 방법에서 소리 감지부의 자기 위치 감지의 연산 과정을 나타낸 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치는 소리 비컨(100)과 소리 감지부(200)를 포함하여 구성된다.

상기 소리 비컨(100)은 소리 발생부(101), 제 1 소리 감지부(102), 제 1 소리 감지 테이블(103), 위치 감지부(104) 및 제 1 RF 제어부(105)를 포함하여 구성된다. 여기서 소리 비컨(100)은 센서 네트워크 내에서 최소한 1개만 있어도 동작을 하며 시간을 줄이기 위하여 다수가 구비될 수 있는 바, 적어도 하나 이상으로 구성된다.

또한 상기 소리 감지부(200)는 제 2 소리 감지부(202), 제 2 소리 감지 테이블(203), 위치 테이블(204), 제 2 RF 제어부(205) 및 위치 추정 연산부(206)를 포함하여 구성되며 이웃 위치 테이블(207)을 더 포함할 수 있다. 여기서 소리 감지부(200)도 상기 소리 비컨(100)과 동일하게 적어도 하나 이상으로 구성된다.

상기 소리 발생부(101)는 소리를 발생시키는 소리 원(source)을 말하며 본 발명의 사용자가 요구하는 영역을 포함할 정도의 소리를 발생시키는 장치이다.

예를 들어 사용자가 요구하는 영역이 10m * 10m 정도의 영역이라면 박수소리 정도의 작은 소리를 발생시키는 소리 원이 될 것이고, 100m * 100m 정도의 영역이라면 총소리 정도의 큰 소리를 발생시키는 소리 원이 될 것이다.

여기서 상기 소리 발생부(101)에서 발생된 소리는 제 1 소리 감지부(102)와 제 2 소리 감지부(202)에서 감지되며, 상기 두 개의 제 1, 2 소리 감지부(102,202)는 마이크 센서로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 제 1 소리 감지부(102)는 상술한 바와 같이 상기 소리 발생부(101)의 소리를 감지하여, 제 1 소리 감지 테이블(103)로 전송한다. 또한 상기 제 1 소리 감지부(102)는 미리 설정한 값(threshold) 보다 큰 값의 소리만을 감지한다.

여기서 상기 제 1 소리 감지부(102)에서 감지된 시간은 실제로는 소리 발생부(101)에서 발생시킨 소리를 감지한 시간이지만 소리 발생부(101)는 소리 비컨(100)의 한 구성요소로서 함께 움직이며 거리상으로 거의 차이가 없기 때문에 소리 감지시간을 소리 발생부(101)의 소리 발생 시간으로 볼 수 있다.

이 경우 종래의 미리 소리의 발생 시간을 알려주고 지정된 시간에 정확히 소리를 발생시킬 때 발생하는 하드웨어적인 오차보다 더 작은 오차를 보여준다.

기존의 기법에서는 도 5에 도시한 바와 같이 소리의 시작지점(501)에서 정확히 소리를 발생시켰다고 해도 소리를 감지하는 노드에서는 일정크기 이상이 되는 음파의 크기를 감지하게 되므로, 노드가 소리를 감지하게 되는 시간은 소리의 시작지점(501)이 아닌 소리의 시작시점(501)과 소리의 최고지점(502)사이의 소리 감지 센서의 한계 값을 넘는 시간에서 소리를 감지 하게 되는 구조적인 오차가 존재한다.

그러나, 상기 방법을 사용하면 소리 비컨에서 감지한 소리의 한계 값과 소리 감지부에서 감지한 소리의 한계 값이 동일하므로 소리의 시작지점(501)에서 소리를 인식하지 못해도 두 노드가 인식하는 시간의 차이는 소리의 시작지점(501)을 인식했을 때의 차이와 같아지게 된다.

상기 제 1 소리 감지 테이블(103)은 제 1 소리 감지부(102)에서 감지된 소리 의 발생 시간에 대한 정보를 저장하여 제 1 RF 제어부(105)로 전송한다.

상기 위치 감지부(104)는 소리 비컨(100)의 위치를 감지하는 수단으로서, GPS(global positioning system)와 같이 위치에 대한 절대 좌표를 보내주는 장치로 구성될 수도 있고, 지도를 통하여 좌표를 계산하여 수동으로 좌표를 입력하여 상대적인 좌표를 보내주는 장치로 구성될 수 있다.

특히, 상기 소리 비컨(100)은 움직이는 비컨 노드이므로 상술한 위치 감지부(104)에 의하여 자신의 위치를 파악한다.

상기 제 1 RF 제어부(105)는 제 1 소리 감지 테이블(103)에 저장된 소리 발생 시간 정보와 위치 감지부(104)에 감지된 위치 정보를 전송받아 상기 소리 감지부(200)의 제 2 RF 제어부(205)로 전송한다. 여기서 제 1 RF 제어부(105)는 RF chip-set을 사용하여 구성하는 것이 바람직하며, 제 2 RF 제어부(205) 또한 마찬가지이다.

상기 제 2 소리 감지부(202)는 상술한 바와 같이 상기 소리 발생부(101)의 소리를 감지하여, 제 2 소리 감지 테이블(203)로 전송한다. 여기서 제 2 소리 감지부(202)는 미리 설정한 값(threshold) 보다 큰 값의 소리만을 감지한다.

상기 제 2 소리 감지 테이블(303)은 제 2 소리 감지부(202)에서 감지된 소리 발생 시간에 대한 정보를 저장하여 위치 테이블(204)로 전송한다.

상기 위치 테이블(204)은 제 2 소리 감지 테이블(203)로부터 전송된 소리 발생 시간에 대한 정보와 상기 소리 비컨(100)의 제 1 RF 제어부(105)로부터 전송된 소리 발생 시간에 대한 정보의 차이가 일정하게 설정된 한계 값을 넘지 않으면 소 리가 소리 비컨(100)에서 발생시킨 소리라고 판단한다.

또한 상기 제 1 소리 감지 테이블(103)과 제 2 소리 감지 테이블(203)에 저장된 소리 발생 시간의 차이 정보와 소리 비컨(100)의 위치 정보를 저장한다.

상기 제 2 RF 제어부(205)는 제 1 RF 제어부(105)로부터 전송받은 좌표 정보와 소리 발생 시간 정보를 위치 테이블(204)로 전송한다. 또한 상기 소리 감지부(200)가 이웃 위치 테이블(207)을 더 포함하면 이웃 위치 테이블에도 소리 비컨(100)에서 전송받은 정보를 전송한다.

상기 위치 추정 연산부(206)는 상술한 방식에 의하여 반복 수행을 통하여 위치 테이블(204)에 저장된 정보가 3개 이상이 되면 삼변 측량(trilateration) 방법을 이용하여 자기 위치 감지의 연산을 한다. 이 경우 소리 감지부(200)의 노드의 수에 상관없이 3개 이상의 정보를 가진 노드이면 모두 동시에 자기 위치 연산을 통하여 자기 위치를 추정한다.

한편, 상기 소리 감지부(200)는 이웃 위치 테이블(207)을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이는 자기 위치 감지의 결과를 베이스 노드에게 전송하거나 자기 위치 감지 이후에 이웃 노드들과의 통신을 위한 이웃 노드들에 대한 정보를 저장하기 위한 수단이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 소리를 이용한 자기 감지 방법에 대한 전체적인 개략적인 과정을 알 수 있다. 구체적으로는 본 발명은 시간의 동기화 단계(s310), 위치 정보와 시간 정보의 감지 및 전송 단계(s320) 및 자기 위치 감지의 연산 단계(s330)를 포함하여 구성된다.

상기 (s310)의 시간의 동기화 단계에서는 소리 비컨(100) 노드와 소리 감지부(200) 노드의 시간 동기화를 수행하며, 이러한 시간 동기화 방법은 사용자의 요구에 따라 적절한 방법을 선택할 수 있다.

상기 위치 정보와 시간 정보의 감지 및 전송 단계(s320)는 상기 소리 비컨(100)에서 수행되는 과정이며, 이는 도 3에서 더욱 구체화되어 있다. 도 3을 참조하면, 소리 비컨(100)에서 수행되는 위치 정보와 시간 정보의 생성 및 전송에 대한 과정(s321~s324)을 알 수 있다.

(s321)단계에서는 제 1 소리 감지부(102)가 소리 발생부(101)에서 발생된 소리를 감지하고, 위치 감지부(104)가 소리 비컨(100)의 위치를 감지하기 위한 준비를 한다.

(s322)단계에서는 소리 발생부(101)가 임의의 시간에 소리를 발생시키고, (s323)단계에서는 상기 제 1 소리 감지부(102)가 소리 발생부(101)에서 발생된 소리를 감지하고, 상기 위치 감지부(104)에서 감지된 위치 정보를 감지한다. 여기서 감지된 소리에 의한 발생 시간 정보는 제 1 소리 감지 테이블(103)에 저장되고, 감지된 위치 정보는 위치 감지부(104)에 저장된다.

(s324)단계에서는 제 1 RF 제어부(105)에서 감지된 소리의 발생 시간 정보 및 감지된 위치 정보를 상기 제 1 소리 감지부(102)와 위치 감지부(104)에서 전송받아 소리 감지부(200)의 제 2 RF 제어부(205)로 전송한다.

상기 자기 위치 감지의 연산 단계(s330)는 상기 소리 감지부(200)에서 수행 되는 과정이며, 이는 도 4에서 더욱 구체화되어 있다. 도 4을 참조하면, 소리 감지부(200)에서 수행되는 자기 위치 감지의 연산에 대한 과정(s331~s337)을 알 수 있다.

(s331)단계에서는 제 2 소리 감지부(202)가 소리 발생부(101)에서 발생된 소리를 감지하기 위한 준비를 한다.

(s332)단계에서는 상기 소리 비컨(100)의 제 1 RF 제어부(105)에서 전송된 시간(소리의 발생 시간) 정보와 위치 정보를 수신한다.

(s333)단계에서는 제 2 소리 감지부(202)에서 소리 발생부(101)에서 발생된 소리를 감지한다. 여기서 감지된 소리 발생 시간에 대한 정보는 제 2 소리 감지 테이블(203)에 저장된다.

(s334)단계에서는 제 2 소리 감지 테이블(203)에 저장된 소리 발생 시간 정보와 소리 비컨(100)에서부터 전송받은 소리 발생 시간 정보의 차이가 일정한 한계 값 보다 큰 값을 가지면 소리 비컨(100)에서 발생시킨 소리의 정보라고 판단하고 다음(s335)단계로 진행하고, 일정한 값 보다 작거나 같은 값을 가지면 (s331)단계로 반복 수행한다.

여기서 상기의 차이에 대한 수식은 아래 수학식 1과 같고, 상기 한계 값에 대한 수식은 아래 수학식 2와 같다.

[수학식 1]

시간차(s) = 소리 감지기 감지시간 - 소리 비컨 감지시간

[수학식 2]

한계 값의 설정은 요구되는 영역이 음파도달 범위보다 작다면 요구되는 영역의 지름을 이용하고 크다면 음파도달 범위를 이용하여 구하게 된다. 여기서 요구되는 영역의 지름이란 상술한 소리 발생부(101)에서 사용자가 요구하는 영역의 범위(10m, 100m)를 말하며, 구체적인 예로 영역의 지름이 10m이고 소리의 속도를 331m/s로 설정할 경우에 한계 값은 30ms가 된다.(온도 및 기타요건 배제) 여기서 요구되는 영역은 설계된 음파의 최대 도달범위를 벗어나서 몇 Km가 될 수도 있다. 이 경우는 음파도달 범위를 적용한다.

(s335)단계에서는 위치 테이블(204)이 상기 (s334)단계에서 소리 비컨(100)의 소리의 정보라고 판단된 경우, 소리 비컨(100)과 소리 감지부(200)의 시간 차이에 대한 정보와 소리 비컨(100)에 대한 위치 정보를 저장한다.

(s336)단계에서는 (s335)단계까지 위치 테이블(204)에 저장된 정보가 3개 이상이 되는 지 판단하고, (s337)단계에서는 자기 위치 연산을 한다.

이는 삼변 측량 방법을 이용하여 자기 위치를 연산하기 위함이며, 삼변 측량은 토목학에서 사용되는 측량 방법으로서 어느 한 점에서 세 점의 기준점의 위치와 그로부터의 거리를 알면 벡터의 연산을 통하여 그 위치를 구할 수 있는 방법이다. 이러한 연산을 통하여 소리 감지부(200)는 자기 위치를 추정한다. 구체적인 연산에 대한 수식은 아래의 수학식 3과 같다.

[수학식 3]

여기서 시간차는 수학식 1의 시간차를 말하며, 소리의 속도는 매질의 특성은 고려하지 아니하고 온도에 따른 특성만을 고려하였으며 아래 수학식 4와 같다.

[수학식 4]

소리의 속도(V) = (331 + 0.6t)m/s (t 는 섭씨 온도)

정리하면, 소리 발생부(101)를 통하여 특정 소리를 발생하면 제 1 소리 감지부(102) 및 제 2 소리 감지부(202)는 이를 감지하여 소리 비컨(100)은 소리의 발생시간으로, 소리 감지부(200)는 소리의 도달시간으로 감지한다.

그리고 소리 비컨(100)은 제 1 소리 감지부(101)의 감지시간과 위치 감지부(104)로부터 전송받은 자신의 위치정보를 제 1 RF 제어부(106)를 통하여 소리 감지부(200)에게 전송한다.

소리 감지부(200)는 이를 기존의 소리를 감지한 제 2 소리 감지 테이블(203)의 소리 발생 시간 정보와 비교하여 일정한 한계 값 범위 내에 들어 올 경우 이를 소리 비컨(100)에서 발생시킨 소리라고 판단하고 소리감지의 시간차와 위치정보를 위치 테이블(204)에 저장한다.

동일한 방법으로 소리 비컨(100)는 위치를 이동하며 소리를 발생시키는 과정을 반복하게 되고 소리 감지부(200)는 위치 테이블(204)에 저장된 정보가 3개 이상이 되게 되면 위치 추정 연산부(206)에서 자기 위치 인식의 연산을 수행한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치 및 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 별도의 하드웨어를 추가하지 아니함으로써 저가의 자기 위치 감지 장치 및 방법을 구현할 수 있다.

둘째, 소리를 감지하는 마이크 센서만을 통하여 각 노드들이 분산 처리 방식과 적은 양의 라디오(데이터) 통신을 통하여 부하를 줄이고 배터리의 효율성을 증대시켜 전력 사용 시간을 연장시킬 수 있다.

셋째, 움직이는 소리 비컨을 사용함으로써 자기 위치 감지에 있어서 넓은 영 역의 감지가 가능하다.

넷째, 개별 노드들은 소리 비컨으로부터 3개의 소리 정보만 전송받아 동시에 자신의 위치를 연산하여 추정할 수 있다.

다섯째, 사용자의 요구에 따라 소리 발생부에서 발생하는 소리의 조절이 가능하다.

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소리를 이용한 자기 위치 감지 장치로서, 적어도 하나 이상의 소리 비컨과 소리 감지부를 포함하되, 상기 소리 비컨은 소리를 발생시키는 소리 발생부와, 상기 소리 발생부에서 발생한 소리를 감지하는 제 1 소리 감지부와, 상기 제 1 소리 감지부에서 감지한 소리를 저장하는 제 1 소리 감지 테이블과, 상기 소리 비컨의 위치를 감지하는 위치 감지부와, 상기 소리 비컨의 시간 정보와 위치 정보를 상기 소리 감지부로 전송하는 제 1 RF 제어부를 포함하여 구성되고, 상기 소리 감지부는 상기 소리 발생부에서 발생한 소리를 감지하는 제 2 소리 감지부와, 상기 제 2 소리 감지부에서 감지한 소리를 저장하는 제 2 소리 감지 테이블과, 상기 소리 비컨과 소리 감지부의 시간 차이 정보와 상기 소리 비컨의 위치 정보를 저장하는 위치 테이블과, 상기 제 1 RF 제어부로부터 전송받은 정보를 상기 위치 테이블에 전송하는 제 2 RF 제어부와, 상기 소리 비컨과 소리 감지부의 시간 차이 정보와 상기 소리 비컨의 위치 정보를 가지고 위치를 추정하는 위치 추정 연산부를 포함하여 구성되는 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치에 있어서,

상기 소리 감지부는 적어도 하나 이상의 이웃 노드의 정보를 저장하는 이웃 위치 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 위치 추정 연산부는 삼변 측량 방법을 사용하여 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 소리를 이용한 자기 위치 감지 장치.
소리를 이용한 자기 위치 감지 방법으로서, 시간의 동기화 단계와 위치 정보와 시간 정보의 감지 및 전송 단계와 자기 위치 감지의 연산 단계를 포함하되,

상기 위치 정보와 시간 정보의 감지 및 전송 단계는

(a)소리와 위치를 감지하기 위하여 준비하는 단계와;

(b)임의의 소리를 발생시키는 단계와;

(c)상기 (b)단계에서 발생된 소리를 감지하고 소리 비컨의 위치를 감지하여 상기 소리의 시간에 대한 정보와 위치 정보를 저장하는 단계와;

(d)상기 (c)단계에서 저장된 시간 정보와 위치 정보를 소리 감지부로 전송하는 단계를 포함하여 구성되고,

상기 자기 위치 감지의 연산 단계는

(e)소리를 감지하기 위하여 준비하는 단계와;

(f)상기 위치 정보와 시간 정보의 감지 및 전송 단계로부터 시간 정보와 위치 정보를 전송받는 단계와;

(g)상기 (e)단계의 소리를 감지하고 저장하는 단계와;

(h)소리 비컨의 시간 정보와 소리 감지부의 시간 정보의 시간차와 한계 값을 비교하여 큰 값을 가지면 다음 단계로 진행하고 그러하지 아니하면 상기 (e)단계로 진행하는 단계와;

(i)상기 시간차에 대한 정보와 상기 소리 비컨의 위치 정보를 저장하는 단계와;

(j)상기 (i)단계의 정보로부터 자기 위치를 연산하여 추정하는 단계를 포함하여 구성되는 소리를 이용한 자기 위치 감지 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 (j)단계는

상기 (i)단계에서 저장된 정보가 3개 이상인지를 판단하여 3개 이상이라면 자기 위치 연산을 진행하고 그러하지 아니하다면 상기 (e)단계로 진행하는 것을 특징으로 하는 소리를 이용한 자기 위치 감지 방법.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 위치 정보와 시간 정보의 감지 및 전송 단계에서

상기 소리 비컨의 소리 발생 시간은 제 1 소리 감지부가 감지한 시간으로 설정하는 것을 특징으로 하는 소리를 이용한 자기 위치 감지 방법.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 (h)단계의 한계 값은

아래의 식에 의하여 도출되는 것을 특징으로 하는 소리를 이용한 자기 위치 감지 방법.

한계 값 = (음파도달 범위 또는 요구되는 영역의 지름) / (소리의 속도)
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 (i)단계의 자기 위치 연산은

아래의 식에 의하여 도출되는 것을 특징으로 하는 소리를 이용한 자기 위치 감지 방법.

소리 비컨과 소리 감지부 사이의 거리 = 시간차 X 소리의 속도