KR100727967B1 - 실내에서 개인 영역 무선통신을 이용하여 위치 정보를제공하는 시스템 및, 그에 따른 모바일 기기의 위치 획득방법 - Google Patents

실내에서 개인 영역 무선통신을 이용하여 위치 정보를제공하는 시스템 및, 그에 따른 모바일 기기의 위치 획득방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실내에서 개인 영역 무선통신을 이용하여 위치 정보를 제공하는 시스템 및, 그에 따른 모바일 기기의 위치 획득 방법에 관한 것으로서, 실내에서 모바일 기기에 위치 정보를 제공하는 시스템은, 고정 위치 정보를 포함하는 제1노드; 및 제1노드의 기준 위치 정보에 기초하여, 자신의 위치 정보를 산출하는 복수의 제2노드들을 포함하고, 제1노드 또는 적어도 하나 이상의 제2노드들로부터 수신된 위치 정보를 이용해 모바일 기기가 자신의 위치 정보를 산출한다.
본 발명에 의하면, GPS 신호가 미치지 않는 실내에서, 저가격의 무선 랜 통신 네트워크를 통한 위치 정보 제공 시스템을 통해, GPS 위치 정보를 획득할 수 있게 된다.

Description

실내에서 개인 영역 무선통신을 이용하여 위치 정보를 제공하는 시스템 및, 그에 따른 모바일 기기의 위치 획득 방법{System for providing GPS information indoors and method of acquiring indoor GPS information by mobile device}
도 1은 본 발명의 위치 정보 제공 시스템의 개략도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 위치 정보 제공 시스템이 구성된 공간을 이동하는 모바일 기기가 각 노드로부터 위치 정보를 수신하는 양상을 보인 것이다.
도 3은 본 발명의 모바일 GPS 수신기가 내장된 모바일 기기의 위치 정보 획득 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
본 발명은 GPS 위치 정보 제공에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내에서 개인 영역 무선통신(WPAN, Wireless Personal Area Network)을 이용하여 위치 정보를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
GPS(Global Positioning System)는 위성을 이용하여 위치, 속도 및 시간측정 서비스를 제공하는 시스템이다. GPS는 3차원 위치, 고도 및 시간의 정확한 측정을 할 수 있고, 24시간 연속적으로 서비스를 제공할 수 있으며, 기상조건, 간섭 및 방 해에 강하고, 전세계적인 공통 좌표계를 사용한다는 특징이 있다. 사용자는 종래의 전파항법 시스템과 마찬가지로 전용의 수신기를 설치하는 것만으로 정확한 위치를 알 수 있다.
GPS 신호는 스펙트럼 확산에 의해 위성으로부터 송신되는 신호가 넓은 대역에 걸쳐 확산되고 있기 때문에 에너지 밀도가 낮고, GPS 신호를 수신하는 안테나가 무지향성이므로 안테나 이득은 거의 기대할 수 없다. 더구나 GPS 신호의 주파수는 1GHz 이상으로 높고 안테나와 수신기를 접속하는 동축 케이블에서의 감쇠도 커진다.
GPS 수신기의 안테나에서는 이 감쇠를 보정하고 또 잡음을 경감시키기 위하여 안테나에 20~40dB 이득의 저잡음 증폭기(LNA)를 내장하거나, 수신기의 일부인 주파수 변환회로를 내장하고 있다. 안테나와 수신기를 접속하는 동축 케이블에는 안테나 내부에서 필요로 하는 전원이나 주파수 변환용의 국부발진 주파수 신호도 중첩되어 있으므로 수신기에 지정되어 있는 안테나 이외는 사용할 수 없는 것이 보통이다.
따라서, GPS 신호를 막힌 공간 또는 실내에서 수신하기란 거의 불가능하며, 이를 가능하게 하기 위해서는 위에서 설명한 안테나의 성능과 저잡음 증폭기 등의 하드웨어적 기능을 대폭 개선시켜야 하므로 GPS 수신기에 많은 비용이 들게 된다.
본 발명의 목적은 실내에서 저전력 무선 통신 네트웍을 이용하여 모바일 단말기로 GPS 위치 정보를 제공하는 시스템 및, 모바일 단말기의 위치 정보 획득 방 법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 실내에서 모바일 기기에 위치 정보를 제공하는 시스템은, 고정 위치 정보를 포함하는 제1노드; 및 상기 제1노드의 기준 위치 정보에 기초하여, 자신의 위치 정보를 산출하는 복수의 제2노드들을 포함하고, 상기 제1노드 또는 적어도 하나 이상의 제2노드들로부터 수신된 위치 정보를 이용해 모바일 기기가 자신의 위치 정보를 산출한다.
상기 제1 및 제2노드들은 개인영역 무선통신 네트웍(WPAN, Wireless Personal Area Network)을 통해 연결됨이 바람직하다.
상기 제1노드 및 제2노드들은 각각 직비(Zigbee) 장치를 포함함이 바람직하다.
상기 제2노드들은 IEEE 802.15.4a에 따른 위치 산출 기능을 포함함이 바람직하다.
상기 기준 위치 정보는, GPS 위치 좌표임이 바람직하다.
상기 제2노드들은 각각, IEEE 802.15.4a에 따라 위치 데이터를 산출한 후, 상기 기준 위치 정보를 토대로 그 위치 데이터를 GPS 좌표 데이터로 환산함이 바람직하다.
상기 위치 정보 제공 시스템은 제1노드에 GPS 위치 정보를 제공하는 GPS 수신기를 더 포함함이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한, GPS 수신기가 내장된 모바일 기기의 위치 정보 획득 방법은, 내장된 GPS 수신기로부터 GPS 신호를 수신할 수 없는 경우, 소정 통신 네트웍의 노드들로부터 신호를 수신하도록 전환하는 단계; 및 상기 노드들로부터 수신한 신호를 토대로 자신의 위치를 산출하는 단계를 포함한다.
상기 소정 통신 네트웍은 WPAN(Wireless Personal Area Network)임이 바람직하다.
상기 노드들은 각각 직비(Zigbee) 장치를 포함함이 바람직하다.
상기 노드들은 제1노드 및 복수의 제2노드들로 이뤄지고, 상기 제1노드는 기준 위치 정보를 포함하고, 상기 제2노드들은 2IEEE 802.15.4a에 따라 산출되는 위치 정보를 포함함이 바람직하다.
상기 기준 위치 정보는, GPS 위치 좌표임이 바람직하다.
상기 제2노드들은 각각, IEEE 802.15.4a에 따라 위치 데이터를 산출한 후, 상기 기준 위치 정보를 토대로 그 위치 데이터를 GPS 좌표 데이터로 환산함이 바람직하다.
상기 노드들로부터 수신한 신호를 토대로 자신의 위치를 산출하는 단계는, 이동 중 주변 노드들로부터 노드들 각자의 위치 정보를 수신하는 단계; 상기 노드들로부터 수신된 신호의 세기를 검출하는 단계; 및 상기 각 노드들의 위치 정보를, 각 신호 세기의 제곱으로 나눈 좌표값들을 모두 더하여 평균한 값을 현 위치 정보로 결정하는 단계를 포함함이 바람직하다.
본 발명은 모바일 기기가 실내에서 이동 중일 때, 실내에서는 수신하기 어려운 GPS 신호를 대체할 수 있도록, 모바일 기기에 위치 정보를 제공하는 시스템을 구성한다. 이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 위치 정보 제공 시스템의 개략도를 도시한 것이다.
위치 정보 제공 시스템은 소정의 저전력 무선 통신(WPAN, Wireless Personal Area Network) 네트웍을 이루는 노드들로 구성된다.
2000년 7월부터 시작된, 소위 ZigBee라 불리는 WPAN의 IEEE 802.15.4 표준은 무선 통합 리모컨, 가전기기 컨트롤러, 빌딩제어, 장난감 등에 사용하기 위한 저속, 저가격, 및 저소비전력을 특징으로 하는 무선 전송기술의 표준으로서, 댁내,은 사무실, 혹은 공장 등의 실내 공간에서 유용하게 활용된다. 도 1의 노드들은 각각 이러한 Zigbee 칩을 포함하여 상호간 저전력 무선 통신을 수행한다.
도 1의 노드들 가운데, 제1노드(100)는 외부의 GPS 수신기(미도시)나 기타 고성능 GPS 수신기를 통해 획득한 기준 GPS 위치 정보를 포함한다. 나머지 노드들(제2노드라 칭함) 각각은, 제1노드(100)를 포함한 다른 제2노드들과의 통신을 통해 각자의 위치를 산출하는 기능을 포함한다. 이는 위치 인식 기능을 추가한 IEEE 802.15.4a 표준에 의해 가능하게 된다. 이렇게 산출된 제2노드 각자의 위치 정보는 제1노드(100)로부터의 기준 GPS 위치 정보에 기반하여 GPS 좌표 정보로 환산될 수 있다.
도 1에서 제1노드(100) 및 제2노드들은 반드시 고정되어 있을 필요가 없으며, 자유로운 이동이 가능하다. 제1노드(100)의 위치가 변화하면, 제1노드(100)는 외부로부터 GPS 위치 정보를 수신하여 기준 위치 정보를 재설정할 수 있다. 또는, 최초에 설정된 기준 위치 정보를 토대로, 주변의 제2노드들과의 통신을 통해 얻은 제1노드(100) 자신의 이동 정보를 반영하여 최초의 기준 GPS 좌표를 수정할 수도 있을 것이다. 제2노드들 역시, 이동에 의해 위치가 가변될 때, 주변 노드들과의 통신에 의해 새로이 자신의 위치를 산출할 수 있다.
도 2는 도 1의 위치 정보 제공 시스템이 구성된 공간을 이동하는 모바일 기기(200)가 각 노드로부터 위치 정보를 수신하는 양상을 보인 것이다.
모바일 기기(200)가, 각각이, 도 1의 제1 또는 제2노드 가운데 하나일 수 있는 노드 A, 노드 B, 노드 C를 지날 때, 모바일 노드(200)는 각 노드로부터 GPS 좌표로 표현되는 그들의 위치 정보를 수신할 것이다. 도 2에서 노드 A는 (1, 1)의 좌표 정보를 가지고 있고, 노드 B는 (1, 2)를, 노드 C는 (2, 1)의 좌표 정보를 가지고 있다. 모바일 기기(200)는 노드 A, B, C로부터 각각의 좌표 정보 (1, 1), (1, 2), 및 (2, 1)을 수신하고, 수신한 신호 세기(또는 감도)를 해당 좌표에 대한 가중치로 사용하여, 모바일 기기(200)의 위치를 산출한다. 예를 들어, 노드 A로부터의 신호의 세기가 L dbm, 노드 B로부터의 신호 세기가 M dbm, 노드 C로부터의 신호 세기가 N dbm일 때, 모바일 기기의 위치 (x, y)는 다음과 같이 산출될 수 있을 것이다:
Figure 112005046192663-pat00001
모바일 기기의 위치 산출시, 상기 식 외에도 이 기술분야에서 일반적으로 사용되는 각종 방식이 더 적용될 수 있다. 모바일 기기의 위치 (x, y)의 정밀도는 노드의 밀집도가 높을수록, 개수가 많을수록 증가하겠지만, 기본적으로 Zigbee가 미치는 최소 단위 내에 노드가 있기만 하다면, 본 발명의 시스템을 통해서도 실제 GPS 수신기로부터 수신한 위치 정보만큼의 정확도를 보장할 수 있다.
도 3은 본 발명의 모바일 GPS 수신기가 내장된 모바일 기기의 위치 정보 획득 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
모바일 기기가 내장된 GPS 수신기로부터 GPS 신호를 수신할 수 없는 경우, 내부적으로 위치 정보 수신 모드를 전환한다(300 단계). 즉, 도 1과 같이 구성된 저전력 무선 통신 네트워크의 시스템으로부터 신호를 수신하도록 전환한다. 그리고 나서, 모바일 기기는 도 2와 같이 주변 노드들로부터 해당 노드들의 위치 정보를 수신한다(310 단계). 수신한 신호를 이용하여 모바일 기기 자신의 위치를 산출한다(320 단계). 모바일 기기 위치 산출은 주변 노드들로부터 수신한 해당 노드들의 위치 좌표뿐만 아니라, 해당 노드들로부터의 신호 세기 역시 고려되어야 한다.
본 발명에 의하면, GPS 신호가 미치지 않는 실내에서, 저가격의 무선 랜 통신 네트워크를 통한 위치 정보 제공 시스템을 통해, GPS 위치 정보를 획득할 수 있게 된다. 그에 따라, 실내에서도 모바일 기기 위치를 확인할 수 있어, 위치 확인이 필요한 업무, 통신, 또는 긴급 구조 등의 여러 관련 서비스와 긴밀히 연계될 수 있다.

Claims (14)

  1. 실내에서 모바일 기기에 위치 정보를 제공하는 시스템에 있어서,
    고정 위치 정보를 포함하는 제1노드; 및
    상기 제1노드의 기준 위치 정보에 기초하여, 자신의 위치 정보를 산출하는 복수의 제2노드들을 포함하고,
    상기 제1노드 또는 적어도 하나 이상의 제2노드들로부터 수신된 위치 정보를 이용해 모바일 기기가 자신의 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 위치 정보 제공 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2노드들은 개인영역 무선통신 네트웍(WPAN, Wireless Personal Area Network)을 통해 연결됨을 특징으로 하는 위치 정보 제공 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1노드 및 제2노드들은 각각 직비(Zigbee) 장치를 포함함을 특징으로 하는 위치 정보 제공 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2노드들은 IEEE 802.15.4a에 따른 위치 산출 기능을 포함함을 특징으로 하는 위치 정보 제공 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기준 위치 정보는,
    GPS 위치 좌표임을 특징으로 하는 위치 정보 제공 시스템.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제2노드들은 각각, IEEE 802.15.4a에 따라 위치 데이터를 산출한 후, 상기 기준 위치 정보를 토대로 그 위치 데이터를 GPS 좌표 데이터로 환산함을 특징으로 하는 위치 정보 제공 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1노드에 GPS 위치 정보를 제공하는 GPS 수신기를 더 포함함을 특징으로 하는 위치 정보 제공 시스템.
  8. GPS 수신기가 내장된 모바일 기기의 위치 정보 획득 방법에 있어서,
    내장된 GPS 수신기로부터 GPS 신호를 수신할 수 없는 경우, 소정 통신 네트웍의 노드들로부터 신호를 수신하도록 전환하는 단계; 및
    상기 노드들로부터 수신한 신호를 토대로 자신의 위치를 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 위치 정보 획득 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 소정 통신 네트웍은 WPAN(Wireless Personal Area Network)임을 특징으로 하는 위치 정보 획득 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 노드들은 각각 직비(Zigbee) 장치를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 노드들은 제1노드 및 복수의 제2노드들로 이뤄지고, 상기 제1노드는 기준 위치 정보를 포함하고, 상기 제2노드들은 2IEEE 802.15.4a에 따라 산출되는 위치 정보를 포함함을 특징으로 하는 위치 정보 획득 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기준 위치 정보는,
    GPS 위치 좌표임을 특징으로 하는 위치 정보 획득 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 제2노드들은 각각, IEEE 802.15.4a에 따라 위치 데이터를 산출한 후, 상기 기준 위치 정보를 토대로 그 위치 데이터를 GPS 좌표 데이터로 환산함을 특징으로 하는 위치 정보 획득 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 노드들로부터 수신한 신호를 토대로 자신의 위치를 산출하는 단계는,
    이동 중 상기 노드들 각자로부터 해당 노드의 위치 정보가 포함된 신호들을 수신하는 단계;
    상기 노드들 각자로부터 수신된 위치 정보가 포함된 신호들로부터 신호의 세기를 산출하는 단계; 및
    상기 각 노드들 각자의 위치 정보인 소정 좌표값들을, 해당하는 각 노드의 신호의 세기의 제곱으로 나눈 결과들을 모두 더하여 평균한 값을 모바일 기기의 현 위치 정보로서 결정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 위치 정보 획득 방법.
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