KR100836864B1 - 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스제공 방법 및 그 시스템 - Google Patents

센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스제공 방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 방법 및 그 시스템이 개시된다.
본 발명에 따른 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 방법은, 레퍼런스 노드에 의해 생성된 센서 노드의 센서 위치정보를 이용하여 클러스터 헤드의 헤드 위치정보를 생성하고, 상기 센서 위치정보 및 상기 헤드 위치정보를 액세스 노드에 전송하는 단계, 상기 헤드 위치정보를 이용하여 상기 액세스 노드의 액세스 위치정보를 생성하고, 상기 센서 위치정보, 상기 헤드 위치정보 및 상기 액세스 위치정보를 포함하는 위치등록 메시지를 구성하는 단계, 상기 액세스 노드에서 상기 구성된 위치등록 메시지를 기지국에 전송하고, 상기 기지국에서 이동통신 망을 통하여 위치정보 서버에 상기 위치등록 메시지를 전송하는 단계, 및 상기 액세스 노드를 포함하는 임의의 클라이언트에서 상기 위치정보 서버에 위치정보에 대한 질의를 전송하면, 상기 위치정보 서버에서 상기 질의한 클라이언트에 상기 센서 위치정보, 상기 헤드 위치정보 또는 상기 액세스 위치정보 중 적어도 어느 하나의 위치정보를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 이동통신 단말기의 위치정보를 센서 네트워크로부터 획득하므로 더욱 정밀한 위치정보를 획득할 수 있으며, 센서 노드의 위치정보도 위치정보 관리 서버를 통해 관리되어 다양한 위치정보 서비스의 어플리케이션에 활용할 수 있으며, 이동통신 단말기의 착신 페이징시 기지국 단위가 아닌 기지국 내의 건 물등의 특정 지역에 한정하여 호출이 가능하므로 빠른 착신 호출을 할 수 있고, 더욱이 기지국 전송 파워를 절약할 수 있는 효과가 있다.

Description

센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 방법 및 그 시스템{Method for providing location information service with sensor network and mobile communication network, System thereof}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치정보 서비스 제공 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치정보 서비스 제공 시스템을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 듀얼 모드 이동통신 단말기의 구성을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 센서 노드를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 위치정보서비스 제공 방법의 흐름도이다.
도 6은 도 5의 액세스 노드에서 위치등록 메시지를 기지국에 전송하는 단계의 상세 흐름도이다.
도 7은 도 5의 위치등록 메시지를 수신한 기지국에서 위치정보 서버로 위치등록 메시지는 전송하는 단계의 상세 흐름도이다.
도 8은 도 5의 위치정보 서버에서 임의의 클라이언트로 위치정보를 제공하는 단계의 상세 흐름도이다.
도 9은 본 발명의 위치정보를 연산하는 일 실시예를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 위치정보를 연산하는 다른 실시예를 도시한 것이다.
본 발명은 위치정보 서비스 제공 방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동하여 센서 네트워크 망 내의 레퍼런스 노드로부터 이동통신 단말기 및 센서 노드의 위치정보를 획득하는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
최근 인터넷 및 이동통신 기술 그리고 제반 인프라의 급속한 발전에 따라 관련 서비스의 다양성 및 확장성이 커지고 있으며, 특히 휴대폰, PDA, 스마트폰 등 이동통신 단말기의 진화 및 관련 새로운 서비스의 시장 수요에 따라 위치기반서비스가 가장 성장성이 높은 새로운 이동통신 서비스 분야로 자리 잡아가고 있다.
위치기반 서비스란 이동중인 사용자의 위치정보를 다양한 다른 유용한 정보와 실시간으로 결합하여 사용자가 필요로 하는 다양한 부가적인 응용서비스를 제공하는 것으로 정의되며, 최근 들어 위치기반서비스는 유무선 통신 인프라를 이용해 단순히 휴대폰 및 개인이동 정보단말기를 가진 사용자의 위치관련 정보 제공뿐만 아니라 광고, 주문배달서비스, 쿠폰서비스, 긴급정보서비스, 물류관제시스템 등 실생활에 가장 밀접한 형태로 생활 속에 파고들고 있다.
위치기반 서비스 시스템을 구성하는 관련 기술은 외부 환경으로 이동통신 기술을 바탕으로 위치를 결정하기 위한 무선 측위 기술, 위치 결정 기술, 위치 데이 터 관리를 위한 기술 그리고 특히 서비스를 제공하기 위한 위치기반 서비스 응용기술로 구성된다.
특히 위치기반 서비스 기술은 이동통신 망과 위치기반서비스의 응용 서비스 사이에서 필요한 기반이 되는 제반 기술을 제공하기 위한 플랫폼으로 가장 핵심적이고 개발 및 성장성이 큰 분야라 할 수 있다. 이러한 플랫폼 기술은 외부 망과의 접속 및 위치정보 데이터베이스 구축, 그리고 실시간 대용량 위치정보를 처리하는 위치 데이터 서버 기술 등으로 구분된다.
이런 플랫폼을 기반으로 위치기반 서비스는 처음에는 개인 위주의 서비스에서 점차 위치 측위 기술의 발달, 서비스 고도화에 따라 전자상거래, 교통, 환경, 의료 등 국가 전반적인 인프라 차원으로 확대되고 발전하고 있는 추세이며, 이라크 전쟁을 통해 보듯이 미래 국방의 전략적 핵심기술로도 자리매김할 수 있는 기술이라고 할 수 있다.
IT 산업이 활성화된 이후부터 현재까지도 지도, 물류 위치 추적 등 위치에 대한 정보를 이용한 서비스는 지리적 정보 시스템(Geographical Information System:GIS) 및 위성 항법 장치(Global Positioning System:GPS)를 통해 이루어지고 있으며 이러한 위치정보는 국방, 환경, 교통과 물류 분야에서 많이 활용되고 있다. 그러나 종래의 유사 서비스와는 다르게 위치기반 서비스가 일반인들에게 가장 큰 관심의 대상이 되는 이유는 바로 위치정보가 통신인프라 측면에서 가장 대중화되어 있는 이동통신 서비스와 연결되면서 소비자 중심의 다양한 서비스를 창출할 수 있기 때문이다.
그러나, 종래의 이동통신 망을 독립적으로 이용한 위치 관리 기법은 센서 노드를 포함하는 센서 네트워크와 개별적으로 운영되어 센서 노드의 센싱 데이터 및 센서 노드의 위치정보를 사용자에게 전송하기 위하여 독자적인 센서 네트워크를 구성하고 있으며, 종래의 이동통신 단말기의 위치정보는 기지국 단위의 위치정보로서 기지국의 반경이 수십 킬로미터(km)에 달하는 광역 기지국의 경우 이동통신 단말기의 위치정보에 오류가 발생하여 정확한 위치정보를 획득하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 이동통신 단말기의 위치정보, 센서 노드의 위치정보 및 센싱 데이터를 유지 관리할 수 있는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 상기 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 방법을 이용한 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 시스템을 제공하는 것이다.
상기 첫 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
레퍼런스 노드에 의해 생성된 센서 노드의 센서 위치정보를 이용하여 클러스터 헤드의 헤드 위치정보를 생성하고, 상기 센서 위치정보 및 상기 헤드 위치정보를 액세스 노드에 전송하는 단계, 상기 헤드 위치정보를 이용하여 상기 액세스 노드의 액세스 위치정보를 생성하고, 상기 센서 위치정보, 상기 헤드 위치정보 및 상 기 액세스 위치정보를 포함하는 위치등록 메시지를 구성하는 단계, 상기 액세스 노드에서 상기 구성된 위치등록 메시지를 기지국에 전송하고, 상기 기지국에서 이동통신 망을 통하여 위치정보 서버에 상기 위치등록 메시지를 전송하는 단계, 및 상기 액세스 노드를 포함하는 임의의 클라이언트에서 상기 위치정보 서버에 위치정보에 대한 질의를 전송하면, 상기 위치정보 서버에서 상기 질의한 클라이언트에 상기 센서 위치정보, 상기 헤드 위치정보 또는 상기 액세스 위치정보 중 적어도 어느 하나의 위치정보를 전송하는 단계를 포함하는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 방법을 제공한다.
상기 두 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
레퍼런스 노드의 위치정보를 이용하여 센서 위치정보를 생성하는 센서 노드, 상기 센서 위치정보를 이용하여 헤드 위치정보를 생성하고, 상기 센서 위치정보를 저장하는 클러스터 헤드, 상기 생성된 헤드 위치정보를 이용하여 액세스 위치정보를 생성하고, 상기 센서 위치정보 및 상기 헤드 위치정보를 저장하며, 상기 센서 위치정보, 상기 헤드 위치정보 및 상기 생성된 액세스 위치정보를 포함하는 위치등록 메시지를 구성하는 액세스 노드, 상기 액세스 노드로부터 상기 구성된 위치등록 메시지를 수신하는 기지국, 및 상기 기지국에서 이동통신 망을 통하여 전송된 상기 위치등록 메시지를 저장하고, 상기 액세스 노드를 포함하는 임의의 클라이언트의 질의가 발생하면 상기 질의한 클라이언트에 상기 센서 위치정보, 상기 헤드 위치정보 또는 상기 액세스 위치정보 중 적어도 어느 하나의 위치정보를 전송하는 위치정보 서버를 포함하는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 시스템을 제공한다.
위치정보는 절대적 위치정보와 상대적 위치정보로 나눌 수 있다. 절대적 위치정보는 고정적으로 변동 없이 정해지는 위치정보이며, 상대적 위치정보는 절대적 위치정보를 가지는 노드의 위치정보를 참조하여, 절대적 위치정보를 가지는 노드와의 상대적인 위치를 가지게 되는 위치정보이다. 즉, 상대적 위치정보는 레퍼런스 노드로부터 획득한 위치정보와 위치정보 데이터 처리 제어부에서 생성한 범위의 개념을 합한 위치정보로 정의하고 이 상세 위치정보를 상대적 지리적 코드(GeoGraphical Code:GGC)라고 명명한다. 이러한 방법으로 노드는 자신의 위치정보를 생성할 수 있다.
한편, 본 발명에서 레퍼런스 노드에서 브로드캐스팅되는 레퍼런스 노드의 위치정보를 이용하여, 센서 노드에서 생성하는 센서 노드 자신의 위치정보를 센서 위치정보로 정의한다.
그리고, 단위 클러스터 내에 포함된 센서 노드의 위치정보를 이용하여, 클러스터 헤드에서 생성하는 클러스터 헤드 자신의 위치정보를 헤드 위치정보로 정의한다.
또한, 센서 네트워크 내의 클러스터 헤드의 위치 정보를 이용하여, 액세스 노드에서 생성하는 액세스 노드 자신의 위치정보를 액세스 위치정보로 정의한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.
그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치정보 서비스 제공 시스템을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 시스템에서 레퍼런스 노드(111, 112,113)는 센서 네트워크 내에서 위치정보를 저장하고 있는 노드로서 주변의 센서 노드(121,122,123)에 위치정보를 제공하는 기준 노드가 된다. 위치정보는 위치와 범위의 개념을 포함한 것으로 레퍼런스 노드(111,112,113)에 고정적으로 부여할 수 있다. 레퍼런스 노드(111,112,113)는 센서 네트워크 망 내에서 기준인 위치정보를 제공하는 노드이므로 이동하지 않는 고정형 노드일 수 있다.
한편, 레퍼런스 노드(111,112,113)에 저장되는 위치정보는 자신의 3차원 위치정보, 즉 위도, 경도, 고도를 포함하는 정보일 수 있다. 3차원 위치정보는 위성 항법 장치(Global Positioning System:GPS)에 의해 획득하거나 또는 관리자의 입력에 의해 획득할 수 있다. 이렇게 획득된 레퍼런스 노드의 위치정보는 주기적인 브로드캐스팅(broadcasting)에 의해 주변 센서 노드에 전달된다.
센서 노드(121,122,123)는 센서 네트워크 망 내의 정보를 센싱할 뿐만 아니라, 센서 네트워크 망 내에서 단위 클러스터(135)에 포함된 클러스터 헤드(130)에 센서 노드의 위치정보를 전송한다. 센서 노드(121,122,123)는 각각 자신의 식별자 를 저장하고 있으며, 저속 이동형 또는 고정형 노드일 수 있다. 한편, 센서 노드(121,122,123)는 센서 네트워크 내에서의 통신을 위한 통신 모듈인 지그비(Zigbee)모듈을 장착하고 있을 수 있으며, 실시 환경에 따라 블루투스(Bluetooth) 모듈을 장착할 수 있다.
클러스터 헤드(130)는 복수 개로 구성된 센서 노드(121,122,123)의 집합인 클러스터(135)에서 센서 노드(121,122,123)로부터 센싱 정보를 취합(aggregation)하여 액세스 노드(140)로 보내는 역할을 수행한다. 클러스터 헤드(130)는 센서 노드(121,122,123)에 비해 연산 능력 및 저장 능력이 우수하며 저속 이동형 또는 고정형 노드일 수 있다. 그리고, 센서 네트워크 내의 통신을 위하여 지그비(Zigbee)모듈을 장착하고 있을 수 있으며, 실시 환경에 따라 블루투스(Bluetooth) 모듈을 장착할 수 있다.
클러스터(135)는 클러스터 헤드(130)와 복수 개의 센서 노드(121,122,123)로 구성된 센서 노드의 집합이다. 클러스터(135) 내에 있는 센서 노드(121,122,123)는 클러스터(135)를 통해서만 다른 센서 노드(121,122,123)와 통신이 가능하다.
또한, 클러스터 헤드(130)는 센싱 정보를 센서 노드(121,122,123)로부터 받아들여 액세스 노드(140)로 전송한다. 액세스 노드(140)는 이동형 노드일 수 있으며, 무선 애드혹(adhoc) 환경을 지원할 수 있다.
한편, 클러스터 헤드(130)는 단순히 센싱 정보의 전달뿐만 아니라 센싱 정보를 취합(aggregation)하는 추가적인 기능을 수행할 수 있다. 센서 노드(121,122,123)와 마찬가지로 센서 네트워크 내의 통신을 위하여 지그비(Zigbee) 모듈을 장착하고 있을 수 있으며, 실시 환경에 따라 블루투스(Bluetooth) 모듈을 장착할 수 있다.
액세스 노드(140)는 이동통신 망과 연동 기능을 가진 노드로 일반적으로 센서 네트워크의 게이트웨이의 역할을 수행한다. 액세스 노드(140)의 기본 기능은 클러스터 헤드(130)로부터 얻어진 센싱 정보를 이동통신 망에 전달하는 게이트웨이 역할을 하는 것이다. 아울러 본 발명에서는, 클러스터 헤드의 위치정보를 이용하여 액세스 노드 자신의 위치정보를 생성하고, 센서 노드의 위치정보, 클러스터 헤드의 위치정보 및 액세스 노드의 위치정보를 포함하는 위치등록 메시지를 구성한다.
한편, 여기서 액세스 노드(140)는 기존의 이동통신 단말기 또는 무선랜 장치일 수 있다. 액세스 노드(140)는 기존의 이동통신 서비스를 제공함과 동시에 센서 네트워크와의 통신도 가능한 형태로 구성된다.
이를 위하여 이동통신 단말기는 코드 분할 다중 접속(Code Devision Multiple Access:CDMA) 또는 이동통신을 위한 글로벌 시스템(Global System for Mobile communication:GSM) 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 센서 노드와의 통신을 위하여 지그비(Zigbee) 모듈을 장착한 듀얼 모드(dual mode)로 구성할 수 있다.
그리고, 블루투스(Bluetrooth)를 장착한 센서 노드(121,122,123)와의 통신에는 블루투스 모듈을 포함하는 구조로 구성될 수 있으며, 기존의 이동통신 서비스를 제공하기 위하여 코드 분할 다중 접속(Code Devision Multiple Access:CDMA) 또는 이동통신을 위한 글로벌 시스템(Global System for Mobile communication:GSM) 모듈을 더 포함하는 구조로 구성될 수 있다.
기지국(150)은 액세스 노드(140)에서 전송하는 위치등록 메시지를 수신하여 이동통신 망(160)으로 전송한다.
보다 상세하게는, 본 발명에 따른 이동통신 기지국(150)으로 구성할 경우 액세스 노드(140)는 이동통신 단말기일 수 있으며, 이 경우 이동통신 단말기는 센서 노드(121,122,123)와 통신할 수 있는 모듈을 장착한 듀얼 모드 이동통신 단말기일 수 있다.
이동통신 망(160)은 기지국 제어기, 이동통신 교환기, 유선 교환기, 방문자 위치 레지스터(Visitor Location Register:VLR) 및 홈 위치 레지스터(Home Location Register:HLR)로 구성된 코어 망(Core network)으로, 타 이동통신 망 또는 유선 망으로의 연결을 가능하게 한다. 또한 방문자 위치 레지스터(Visitor Location Register:VLR), 홈 위치 레지스터(Home Location Register:HLR)는 이동통신 단말기의 가입자 정보 및 위치정보를 관리함으로써 기존의 이동통신 망을 통한 다양한 위치정보 서비스를 가능하게 한다.
위치정보 서버(170)는 종래의 방문자 위치 레지스터(Visitor Location Register:VLR), 홈 위치 레지스터(Home Location Register:HLR)를 이용한 이동통신 단말기의 위치정보를 관리한다. 그리고, 센서 네트워크 내의 레퍼런스 노드(111,112,113)를 통한 센서 노드(121,122,123)들의 위치정보, 클러스터 헤드(130) 및 액세스 노드(140)의 위치정보를 관리함으로써 더욱 정밀하고 다양한 형태의 위치정보 서비스를 가능하게 한다.
한편, 액세스 노드를 포함하는 임의의 클라이언트(180)는 어떤 특정 센서 노 드(121,122,123), 클러스터 헤드(130) 또는 액세스 노드(140)의 위치정보를 위치정보 서버(170)에 요청한다. 그리고, 위치정보 서버(170)에 저장된 위치정보에 대한 요청이 위치정보 서버(170)에 전송되면, 위치정보 서버(170)에 저장된 위치정보를 질의한 임의의 클라이언트(180)에 제공한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치정보 서비스 제공 시스템을 도시한 것이다. 도 2를 참조하면 도 1과 동일한 구성을 가지게 되나, 도 1과는 달리 액세스 노드(240)는 이동통신 단말기 대신 무선랜을 장착한 노트북이거나 PDA 등과 같은 무선 모바일 단말기가 될 수 있다. 이 경우, 도 1의 기지국(150)은 도 2에서 무선 액세스 포인터(Access Pointer:AP)(250)가 된다. 또한 코어 망으로서 도 1의 이동통신 망(160)은 무선랜 망(260)이 되어 위치기반 서비스를 제공한다.
도 3은 본 발명의 듀얼 모드 이동통신 단말기의 구성을 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 액세스 노드인 듀얼 모드 이동통신 단말기는 이동통신 모듈(310), 센서 통신 모듈(320), 데이터 처리 제어부(330), 송신부(340), 수신부(350) 및 안테나(360)를 구비할 수 있다.
이동통신 모듈(310)은 코드 분할 다중 접속(Code Devision Multiple Access:CDMA) 또는 이동통신을 위한 글로벌 시스템(Global System for Mobile communication:GSM)에 해당하는 종래의 이동통신 망에서 음성과 데이터의 정보를 서비스할 뿐만 아니라 이동통신 망에서 위치등록 메시지를 제공하기 위하여 구비된다.
그리고, 센서 통신 모듈(320)은 센서 네트워크 내의 센서 노드와 위치정보를 교환하기 위해 적용되는 지그비(Zigbee)와 같은 센서 통신 모듈을 포함할 수 있다.
데이터 처리 제어부(330)는 위치정보를 포함한 위치 기반 서비스 관련 데이터를 처리하는 역할을 수행한다.
송신부(340)는 송신 데이터를 무선 데이터로 변조하여 안테나(360)로 출력하며, 수신부(350)는 안테나(360)로부터 수신된 무선 데이터를 복조하여 출력하며, 안테나(360)는 무선 데이터를 송수신하기 위하여 위의 송신부(340)와 수신부(350)에 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명의 센서 노드를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면 센서 노드는 도 3과 유사하게 이동통신 모듈(410), 센서 통신 모듈(420), 데이터 처리 제어부(430), 송신부(440), 수신부(450) 및 안테나(460)를 구비할 수 있다.
이동통신 모듈(410)은 코드 분할 다중 접속(Code Devision Multiple Access:CDMA) 또는 이동통신을 위한 글로벌 시스템(Global System for Mobile communication:GSM)에 해당하는 종래의 이동통신 망에서 음성과 데이터의 정보를 서비스하기 위하여 구비될 수 있다. 그러나, 센서 노드에 있어서 이동통신 모듈(410)은 선택적인 모듈로써, 액세스 노드인 이동통신 단말기와의 직접적인 통신이 필요한 경우에만 포함하는 구조로 구성될 수 있다.
그리고, 센서 통신 모듈(420)은 센서 네트워크 내의 센서 노드와 위치정보를 교환하기 위해 적용되는 지그비(Zigbee)와 같은 센서 통신 모듈을 포함할 수 있다.
데이터 처리 제어부(430)는 위치정보를 포함한 위치 기반 서비스 관련 데이 터를 처리하는 역할을 수행한다.
송신부(440)는 송신 데이터를 무선 데이터로 변조하여 안테나(460)로 출력하며, 수신부(450)는 안테나(460)로부터 수신된 무선 데이터를 복조하여 출력하며, 안테나(460)는 무선 데이터를 송수신하기 위하여 위의 송신부(440)와 수신부(450)에 구비될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 위치정보 서비스 제공 방법의 흐름도이다.
먼저, 레퍼런스 노드의 위치정보에 따라 센서 노드의 위치정보를 생성한다(510 과정). 레퍼런스 노드의 3차원 위치정보는 위성 항법 장치(Global Positioning System:GPS)에 의해 획득하거나 또는 관리자의 입력에 의해 획득할 수 있다. 이렇게 획득된 레퍼런스 노드의 위치정보는 주기적인 브로드캐스팅(broadcasting)에 의해 주변 센서 노드에 전달된다.
보다 상세하게는, 센서 노드 자신의 위치정보를 생성하기 위해서는 레퍼런스 노드의 위치정보와 레퍼런스 노드로부터의 거리에 대한 정보를 기반으로 자신의 위치정보를 생성한다. 레퍼런스 노드로부터의 거리는 레퍼런스 노드로부터 수신한 위치정보의 전송 신호의 강도를 인덱스로 하여 거리 측정 데이터베이스를 액세스하여 구한다. 시그널 세기에 근거한 거리 측정 데이터베이스는 사전에 충분한 실시를 통하여 데이터베이스화한다. 이 데이터베이스에 의해 연산되는 레퍼런스 노드로부터의 거리는 범위의 개념이 되어 레퍼런스 노드로부터 전송된 위치정보와 함께 센서 노드 자신의 위치정보를 생성한다.
Figure 112006089612679-pat00001
상기 표 1을 참조하면 미리 충분한 실시를 통하여 데이터베이스화한 전송 신호의 강도에 따른 거리를 나타내고 있다.
이와 같이 데이터베이스에 의해 연산되는 레퍼런스 노드로부터의 거리와 함께, 레퍼런스 노드로부터 전송된 위치정보를 조합하여 센서 노드 자신의 위치정보를 생성한다.
즉, 미리 실제 센서 네트워크 망에서 레퍼런스 노드가 전송하는 전송 신호의 강도를 참조하여 데이터베이스화한다. 그 시그널의 세기를 참조하여 시그널 세기를 인덱스로 한다. 그리고, 인덱스화 된 전송 신호의 강도에 따른 데이터베이스를 액세스하여 레퍼런스 노드로부터 떨어진 거리를 산출한다. 이렇게 산출된 거리와 레퍼런스 노드의 위치정보를 조합하여 센서 노드 자신의 위치정보를 획득한다.
Figure 112006089612679-pat00002
표 2는 센서 노드의 클러스터 헤드로의 위치정보 전송 메시지의 일례로 센서 노드 자신의 위치정보를 클러스터 헤드로 전송하는 메시지이다. 클러스터 헤드의 경우에는 자신의 위치정보와 함께 센서 노드의 위치정보도 함께 전송한다. 즉, 표 2는 센서 노드에 대한 예를 나타낸 것이며, 본 발명에서 클러스터 헤드의 위치정보를 액세스 노드에 전송하는 과정에 있어서 동일하게 적용될 수 있다.
그 다음, 레퍼런스 노드로부터 센서 노드의 위치정보를 생성하여, 생성된 센서 노드의 위치정보를 클러스터 헤드에 전송한다(520 과정). 생성된 센서 노드의 위치정보는 고정적 위치정보가 아니라 상대적 위치정보이다.
그 다음, 센서 노드로부터 위치정보를 수신한 클러스터 헤드는 센서 노드의 위치정보에 따라 클러스터 헤드 자신의 위치정보를 생성한다(530 과정).
센서 노드로부터 위치정보를 수신한 클러스터 헤드는 센서 노드와 동일한 방법으로 자신의 위치정보를 생성한다. 클러스터 헤드는 클러스터 내의 센서 노드의 위치정보를 모두 전송받는다. 센서 노드의 위치정보의 전송 신호 강도에 따른 센서 노드와의 거리 및 센서 노드의 위치정보를 기반으로 하여 클러스터 헤드 자신의 위치정보를 생성한다.
그 다음, 클러스터 헤드에서 센서 노드의 위치정보 및 생성된 클러스터 헤드의 위치정보를 액세스 노드에 전송한다(540 과정).
클러스터 헤드는 생성된 자신의 위치정보뿐만 아니라 동일한 클러스터에 포함된 센서 노드의 위치정보를 모두 저장하고 있다. 따라서, 클러스터 헤드는 자신의 위치정보뿐만 아니라 자신이 수신한 센서 노드의 위치정보까지 액세스 노드로 전송한다.
클러스터 헤드로부터 위치정보를 수신한 액세스 노드는 자신의 위치정보를 생성한다(550 과정).
센서 노드 및 클러스터 헤드에서 위치정보를 생성하는 것과 마찬가지로, 액세스 노드는 클러스터 헤드에서 전송된 클러스터 헤드의 위치정보를 기반으로 자신의 위치정보를 생성한다.
이는, 삼각 측량법을 이용하여, 전송된 클러스터 헤드의 위치정보와 거리 측정 데이터베이스로부터 얻은 거리를 조합하여 자신의 위치정보를 획득할 수 있다.
즉, 클러스터 헤드에서 자신의 위치정보를 액세스 노드에 브로드캐스팅한다. 클러스터 헤드로부터 브로드캐스팅된 위치정보는 노드 ID, 노드 타입(type) 및 3차원 위치정보를 포함한다. 3차원 위치정보는 위도, 고도 및 경도를 포함하는 위치정보일 수 있다. 브로드캐스팅된 클러스터 헤드의 위치정보의 전송 신호 중 소정의 임계값 이상의 신호 강도를 가지는 클러스터 헤드의 전송 신호 강도를 저장하고, 저장된 클러스터 헤드의 전송 신호 강도에 따른 데이터베이스에 따라 상기 액세스 노드와 상기 클러스터 헤드와의 거리를 연산한다. 그리고, 클러스터 헤드의 위치정보 및 상기 연산된 클러스터 헤드와의 거리에 따라 상기 액세스 노드의 위치정보를 생성한다.
그 다음, 액세스 노드에서 액세스 노드 자신의 위치정보, 센서 노드의 위치정보 및 클러스터 헤드의 위치정보를 취합하여 위치등록 메시지를 구성한다(560 과정).
Figure 112006089612679-pat00003
상기 표 3은 클러스터 헤드 및 액세스 노드에 존재하는 하위 노드의 위치 정보 저장 테이블을 도시한 것이다. 표 3을 참조하면, 위치 정보 저장 테이블은 센서 노드 식별자(ID), 센서 노드 타입(type), 위도, 고도 및 경도를 포함한 3차원 위치정보, 수신 시그널 세기(RSSI) 및 거리로 구성되며 고정된 테이블의 크기를 가진다. 테이블이 포화 되거나 일정 시간이 경과하게 되면, 클러스터 헤드의 경우는 위치정보 전송 메시지를 구성하여 액세스 노드로 전송하고, 액세스 노드의 경우는 위치등록 메시지를 구성하여 기지국으로 전송한다.
Figure 112006089612679-pat00004
상기 표 4는 표 3의 센서 노드을 센서 노드 타입을 도시한 것이다. 센서 노드 타입은 0×00 ∼ 0×ff로 구성할 수 있으며, 이는 실제 구현에 따라 변경할 수 있음은 물론이다.
보다 상세하게는, 액세스 노드는 듀얼 모드 이동통신 단말기를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 듀얼 모드 이동통신 단말기는 자신의 위치정보를 생성하고, 자신의 위치정보, 센서 노드의 위치정보 및 클러스터 헤드의 위치정보를 취합하여 기지국으로 전송한다.
Figure 112006089612679-pat00005
상기 표 5는 듀얼 모드 이동통신 단말기가 위치정보를 기지국으로 전송하는 위치등록 메시지 구성도로 기존의 위치등록 메시지에 포함되어 있는 필드 이외에 단말기 자신의 위치정보 및 센서 노드의 위치 저장 테이블에 저장되어 있는 센서 노드의 위치정보 필드로 구성된다. 센서 노드의 위치정보 필드는 센서 노드의 수만큼 변하게 된다.
Figure 112006089612679-pat00006
상기 표 6은 종래의 IS-2000 이동통신 망에서 사용하는 위치등록 메시지로서, 주기적 위치등록이나 파라미터 변경에 따른 위치등록 이외에 다양한 종류의 위치등록 방법이 존재한다. 이는 종래의 이동통신 망에서 사용하고 있는 위치등록 방법으로 기존의 위치등록 메시지에 위치정보 필드만 추가하여 본 발명에 적용할 수 있다.
그 다음, 위치등록 메시지를 기지국으로 전송한다(570 과정).
액세스 노드에서 기지국으로 위치정보들을 전송하는 방법은 기존의 위치등록 메시지에 위치정보 필드를 추가하여 전송할 수 있다. 즉, 기존의 위치등록 메시지 필드에 액세스 노드 자신의 위치정보 및 센서 노드의 위치정보를 저장할 위치정보 필드를 추가한다.
보다 상세하게는, 위치등록 메시지를 전송하는 방법은 주기적 방법, 기지국 위치 변경, 시스템 식별자(System identifier) 또는 네트워크 식별자(Network identifier)등의 파라미터 변경에 의해 트리거(trigger)되는 방법, 이동통신 망 또는 기지국 요청에 의해 이루어지는 방법 등이 있다.
이 위치등록 메시지를 기지국으로 전송하는 시점은 위치 정보를 저장하는 테이블이 포화 되거나 일정 시간이 경과한 후의 시점으로 구성하는 것일 수 있다.
한편, 센서 노드의 위치정보가 다량 누적되어 있는 경우에는 위치정보를 취합(aggregation)하거나 압축(compression)하여 전송하는 것으로 한다. 또는 위치정보를 취합(aggregation)하거나 압축(compression)하여 한 번에 전송하는 것이 실질적으로 불가능한 경우, 소정의 시간간격을 두어 여러 차례에 걸쳐 전송하는 방법을 적용한다.
그 다음, 기지국에서 이동통신 망을 통하여 위치정보 서버에 위치등록 메시지를 전송한다(580 과정).
기지국은 액세스 노드의 위치정보와 센서 노드의 위치정보를 이동통신 망을 통하여 위치정보 서버에 전송한다. 위치정보를 전송받은 위치정보 서버는 위치정보를 유지 및 관리하고 다양한 응용 서비스에 위치정보를 사용할 수 있다.
마지막으로, 액세스 노드를 포함하는 임의의 클라이언트에서 위치정보 서버에 저장된 위치정보에 대한 데이터 질의 요청이 전송되면, 위치정보 서버에 저장된 위치정보를 질의 요청한 임의의 클라이언트에 제공한다(590 과정).
한편, 상기 기술한 내용은 센서 노드가 계층적으로 구성되어 있는 경우에의 일 실시예이다. 그러나, 계층적 구조가 아닌 수평적 구조의 센서 노드가 구성되어 있는 경우에도 적용 가능하다. 이 경우의 센서 노드는 하위 노드에 의해서만 자신의 위치정보를 획득하는 것이 아니라 레퍼런스 노드로부터 직접적으로 위치정보를 수신할 수도 있으며, 위치정보를 가진 주변 노드로부터 위치정보를 수신할 수도 있다. 또한 액세스 노드 역시 레퍼런스 노드나 거리상으로 가까운 센서 노드로부터 직접 위치정보를 수신할 수 있다.
계층적 구조의 센서 네트워크에서는 적은 수의 레퍼런스 노드가 필요하고 센서 노드가 하위 노드들의 위치정보를 단계적으로 위치정보를 취합(aggregation)하거나 압축(compression)하는 과정을 거치기 때문에 액세스 노드의 부하가 적으며, 수평적 구조에서의 센서 네트워크에서는 센서 노드나 듀얼 모드 이동통신 단말기가 짧은 시간에 레퍼런스 노드로부터 위치정보를 수신할 수 있고, 위치정보를 레퍼런스 노드로부터 직접 수신하기 때문에 정밀한 위치정보를 획득할 수 있게 된다.
도 6은 액세스 노드에서 위치등록 메시지를 기지국에 전송하는 단계(570 과정)의 상세 흐름도이다.
우선, 액세스 노드에서 클러스터 헤드로부터 위치정보를 수신(671 과정)하여 위치정보 테이블에 센서 노드 및 클러스터 헤드의 위치정보를 저장한다(672 과정). 액세스 노드의 위치정보 테이블은 클러스터 헤드의 위치정보 테이블을 그대로 이용할 수 있다. 이는 센서 노드가 자신의 위치정보를 생성하는 방법과 동일한 방법으로 액세스 노드는 자신의 위치정보를 생성한다(673 과정). 현재 생성된 위치정보가 이전에 생성된 액세스 노드의 위치정보와 다른지의 여부를 판단하여(674 과정), 현재 생성된 위치정보가 이전에 생성된 액세스 노드의 위치정보와 다른 경우에는 현재 생성된 액세스 노드의 위치정보를 포함하는 위치등록 메시지를 기지국으로 전송한다(675 과정). 이 경우, 센서 노드의 위치정보는 전송하지 않고 액세스 노드의 위치정보만 기지국으로 전송한다.
한편, 현재 생성된 자신의 위치정보와 이전에 생성된 액세스 노드의 위치정보가 같은 경우에는 주기적 위치등록 시점까지 대기하여(676 과정), 위치등록 메시지에 액세스 노드의 위치정보와 센서 노드의 위치정보를 포함하고 있는 위치등록 메시지를 기지국으로 전송한다(677 과정). 기지국으로부터 위치등록 메시지에 대한 응답(ACK) 메시지를 수신하면 위치등록이 성공한 것이다(678 과정).
도 7은 도 5의 위치등록 메시지를 수신한 기지국에서 위치정보 서버로 위치등록 메시지는 전송하는 단계(580)의 상세 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 기지국은 액세스 노드로부터 위치등록 메시지를 수신하면(781 과정), 위치등록 메시지를 검사한다(782 과정). 검사 결과 오류가 있으면 이 위치등록 메시지는 폐기하고(783 과정) 다시 위치등록 메시지를 수신하며, 오류가 없으면 위치등록이 성공한 것으로 판단되어 액세스 노드로 응답(ACK) 메시지를 전송한다(784 과정). 마지막으로, 기지국은 위치등록 메시지를 이동통신 망을 통하여 위치정보 서버에 전송한다(785 과정).
도 8은 도 5의 위치정보 서버에서 임의의 클라이언트로 위치정보를 제공하는 단계(590 과정)의 상세 흐름도이다.
도 8를 참조하면 임의의 클라이언트에서 액세스 노드, 클러스터 헤드 또는 센서 노드의 위치정보를 요청하면(891 과정), 위치정보 요청을 받은 위치정보 서버는 해당하는 위치정보를 검색한다(892 과정).
위치정보 서버는 위치정보가 위치정보 서버에 저장되어 있는지의 여부를 판단하고(893 과정), 위치정보 서버에 요청받은 위치정보가 저장된 경우 위치정보를 요청한 임의의 클라이언트에 제공한다(894 과정).
위치정보 서버에 요청받은 위치정보가 저장되지 않은 경우, 센서 네트워크 망 내에서 요청받은 센서 노드, 클러스터 헤드 또는 액세스 노드의 위치를 추적하여(895), 위치정보를 요청한 임의의 클라이언트에 위치정보를 제공한다(894 과정).
도 9은 본 발명의 위치정보를 연산하는 일 실시예를 도시한 것이다.
도 9을 참조하면, 위치정보를 가진 노드로부터 수신하는 최소한 3개의 위치정보, 즉 위치정보를 가진 위치정보 노드(910)로부터의 3차원 위치정보(X1, Y1, Z1), 위치정보 노드(920)로부터의 3차원 위치정보(X2, Y2, Z2) 및 위치정보 노드(930)로부터 3차원 위치정보의 값을 획득한다. 그 다음, 자신의 위치정보(x,y,z)를 획득하는 삼각 측량법에 따라 센서 노드(940)의 위치정보를 획득한다.
도 10은 본 발명의 위치정보를 연산하는 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면 위치정보를 가진 위치정보 노드로부터 더욱 정밀한 거리 측정을 위하여, 위치정보 노드(1010,1020,1030)가 자신의 위치정보를 상위 노드로 전송할 경우, 처음부터 최대 전력으로 전송하는 것이 아니라 단계별로 전송파워를 늘려간다. 이와 같이 전송 파워를 단계별로 늘려감으로써 마침내 전송 메시지가 상위 노드에 도달하는 시점의 수신 시그널의 세기를 구한다. 이와 같은 수신 시그널의 세기에 근거하여 거리 측정 데이터베이스를 액세스하여 위치정보 노드(1010,1020,1030)로부터 떨어진 거리, 즉 d1, d2, d3를 산출해 낸다. 이는 도 9에서 상술한 d1, d2 및 d3를 더욱 정밀하게 산출해 내고자 하는 것이다. 이 경우, 위치정보 노드(1010,1020,1030)는 동일한 메시지를 센서 노드(1040)가 마침내 수신할 때까지 복수 회에 걸쳐서 전송한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 이동통신 단말기의 위치정보를 센서 네트워크로부터 획득하므로 더욱 정밀한 위치정보를 획득할 수 있으며, 센서 노드의 위치정보도 위치정보 관리 서버를 통해 관리되어 다양한 위치 기반 서비스의 어플리케이션에 활용할 수 있으며, 이동통신 단말기의 착신 페이징시 기지국 단위가 아닌 기지국 내의 건물 등의 특정 지역에 한정하여 호출이 가능하므로 빠른 착신 호출을 할 수 있고, 더욱이 기지국 전송 파워를 절약할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 레퍼런스 노드에 의해 생성된 센서 노드의 센서 위치정보를 이용하여 클러스터 헤드의 헤드 위치정보를 생성하고, 상기 센서 위치정보 및 상기 헤드 위치정보를 액세스 노드에 전송하는 단계;
    상기 헤드 위치정보를 이용하여 상기 액세스 노드의 액세스 위치정보를 생성하고, 상기 센서 위치정보, 상기 헤드 위치정보 및 상기 액세스 위치정보를 포함하는 위치등록 메시지를 구성하는 단계;
    상기 액세스 노드에서 상기 구성된 위치등록 메시지를 기지국에 전송하고, 상기 기지국에서 이동통신 망을 통하여 위치정보 서버에 상기 위치등록 메시지를 전송하는 단계; 및
    상기 액세스 노드를 포함하는 클라이언트에서 상기 위치정보 서버에 위치정보에 대한 질의를 전송하면, 상기 위치정보 서버에서 상기 질의한 클라이언트에 상기 센서 위치정보, 상기 헤드 위치정보 또는 상기 액세스 위치정보 중 적어도 어느 하나의 위치정보를 전송하는 단계를 포함하는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 노드의 센서 위치정보는,
    상기 레퍼런스 노드의 전송 신호 강도에 따라 연산된 상기 센서 노드와 상기 레퍼런스 노드 간의 거리 및 상기 레퍼런스 노드의 위치정보에 따라 생성된 것을 특징으로 하는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치등록 메시지를 구성하는 단계는,
    상기 클러스터 헤드에서 상기 헤드 위치정보를 브로드캐스팅하는 단계;
    상기 브로드캐스팅된 헤드 위치정보의 전송 신호 중 소정의 임계값 이상의 신호 강도를 가지는 헤드 위치정보의 전송 신호 강도를 저장하는 단계;
    상기 저장된 헤드 위치정보의 전송 신호 강도에 따라 상기 액세스 노드와 상기 클러스터 헤드와의 거리를 연산하는 단계; 및
    상기 헤드 위치정보 및 상기 연산된 클러스터 헤드와의 거리에 따라 상기 액세스 위치정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치등록 메시지를 전송하는 단계는,
    상기 액세스 노드에서 이전에 생성된 액세스 위치정보가 상기 생성된 액세스 위치정보와 동일한 경우, 소정의 주기적 위치등록 시점에 상기 구성된 위치등록 메시지를 상기 기지국에 전송하는 단계; 및
    상기 액세스 노드에서 이전에 생성된 액세스 위치정보가 상기 생성된 액세스 위치정보와 동일하지 않은 경우, 상기 생성된 액세스 위치정보를 상기 기지국에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 방법.
  5. 레퍼런스 노드의 위치정보를 이용하여 센서 위치정보를 생성하는 센서 노드;
    상기 센서 위치정보를 이용하여 헤드 위치정보를 생성하고, 상기 센서 위치정보를 저장하는 클러스터 헤드;
    상기 생성된 헤드 위치정보를 이용하여 액세스 위치정보를 생성하고, 상기 센서 위치정보 및 상기 헤드 위치정보를 저장하며, 상기 센서 위치정보, 상기 헤드 위치정보 및 상기 생성된 액세스 위치정보를 포함하는 위치등록 메시지를 구성하는 액세스 노드;
    상기 액세스 노드로부터 상기 구성된 위치등록 메시지를 수신하는 기지국; 및
    상기 기지국에서 이동통신 망을 통하여 전송된 상기 위치등록 메시지를 저장하고, 상기 액세스 노드를 포함하는 클라이언트의 질의가 발생하면 상기 질의한 클라이언트에 상기 센서 위치정보, 상기 헤드 위치정보 또는 상기 액세스 위치정보 중 적어도 어느 하나의 위치정보를 전송하는 위치정보 서버를 포함하는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서 노드는,
    지그비 모듈 또는 블루투스 모듈 중 적어도 어느 하나의 모듈을 장착하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액세스 노드는,
    듀얼 모드 이동통신 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 듀얼 모드 이동통신 단말기는,
    상기 센서 노드에 장착된 모듈을 포함하되, CDMA 모듈 또는 GSM 모듈 중 적어도 어느 하나의 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 듀얼 모드 이동통신 단말기는,
    상기 이동통신 망에서 위치등록 메시지를 제공하기 위한 이동통신 모듈;
    상기 센서 네트워크 내의 상기 센서 노드와 센서 위치정보를 교환하기 위한 센서 통신 모듈;
    상기 센서 위치정보를 포함한 데이터를 처리하기 위한 데이터 처리 제어부;
    상기 데이터 처리 제어부의 데이터를 무선 데이터로 변조하는 송신부;
    상기 안테나로부터 수신된 무선 데이터를 복조하여 출력하는 수신부; 및
    상기 무선 데이터를 송수신하는 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 시스템.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서 노드는,
    저속 이동형 노드 또는 고정형 노드 중 적어도 어느 하나의 노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 시스템.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서 네트워크는,
    계층적 구조 또는 수평적 구조 중 적어도 어느 하나의 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크와 이동통신 망을 연동한 위치정보 서비스 제공 시스템.
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