KR100939354B1 - 액세스 포인트를 이용한 위치 측정 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액세스 포인트를 이용한 위치 측정 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 무선 네트워크에서 설치 위치를 알고 있는 액세스 포인트로부터 수신된 신호 세기를 이용하여 단말장치의 위치를 추정하고, 설치 위치를 모르는 액세스 포인트로부터 수신된 신호 세기와 단말장치의 위치 추정 정보를 이용하여 설치 위치를 모르는 액세스 포인트의 위치를 추정한다. 그리고, 설치 위치를 모르는 액세스 포인트의 위치 추정 정보를 이용하여 최종적으로 단말장치의 위치를 계산한다.
이와 같이, 사용자가 임의로 설치하거나 그 설치 위치를 알 수 없는 액세스 포인트의 위치 정보를 추정하고 이를 단말의 위치 계산에 이용함으로써, 종래에는 단말의 위치 정보 산출이 어려웠던 지역에서도 위치 측정이 가능하도록 위치측정의 가용성을 증대시키고, 설치 위치를 아는 액세스 포인트의 위치 정보뿐만 아니라 설치 위치를 알 수 없는 액세스 포인트의 위치 추정 정보 또한 이용하므로 단말의 위치 정보 산출에 활용되는 신호세기 측정값이 증가하여 위치 측정의 정확도를 개선시킬 수 있다.
액세스 포인트, 위치 결정, 무선 측위

Description

액세스 포인트를 이용한 위치 측정 방법 및 그 장치{Method for determining location using the access point and device thereof}
본 발명은 액세스 포인트를 이용한 위치 측정 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 AP(Access Point, 이하, 'AP'로 기술함)로부터 수신한 RSSI(Received Signal Strength Intensity)를 이용하여 단말의 위치 정보를 산출하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-F-040-01, 과제명: 실내 외 연속 측위 기술 개발].
근래 들어, 위치 정보의 필요성이 크게 증가하고 있다. 무선 LAN(Local Area Network), UWB(Ultra Wide-band) 등과 같은 다양한 수단을 통하여 위치 정보를 제공하기 위한 연구가 진행되고 있다.
무선 네트워크를 이용한 위치 결정 방법은 TOA(Time Of Arrival), TDOA(Time Difference Of Arrival), AOA(Angle Of Arrival), RSSI(Received Signal Strength Intensity) 등과 같은 다양한 방법이 연구되고 있다.
이들 중에서 RSSI를 이용한 위치 측정 방법은 시각 동기를 필요로 하지 않으므로 현재 제공되는 무선 통신 인프라를 그대로 이용할 수 있는 장점이 있어 이와 관련한 다양한 연구가 진행되고 있다.
종래의 RSSI를 이용한 방법은 AP(Access Point, 이하 'AP'라 기술함)의 위치를 알고 있는 경우에 가능하다. 따라서, 측위가 어려운 지역 즉 사용자가 임의로 설치한 AP가 있는 지역에서는 AP 정보를 이용할 수 없는 문제점이 있다. 이로 인해 AP 설치 위치를 아는 지역으로 위치 측정이 제한된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 위치 측정의 가용성 및 위치 측정 정확도를 개선하는 액세스 포인트를 이용한 위치 측정 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징인 위치 측정 방법은,
설치 위치를 모르는 제1 액세스 포인트 및 설치 위치를 아는 제2 액세스 포인트와 접속된 단말장치를 통하여 상기 제1 액세스 포인트의 위치를 측정하는 방법에 있어서, 상기 제1 액세스 포인트에 대한 하나 이상의 수신 신호 세기를 상기 단말장치로부터 전달받는 단계; 상기 단말장치로부터 전달받은 상기 제2 액세스 포인트로부터 수신되는 신호의 세기 및 상기 제2 액세스 포인트의 위치 정보를 이용하여 상기 단말장치의 위치 정보를 추정하는 단계; 및 상기 제1 액세스 포인트에 대한 하나 이상의 수신 신호 세기 및 추정한 상기 단말장치의 위치 정보를 매칭한 정보가 기 설정된 기준 개수 이상인 경우, 상기 매칭한 정보를 이용하여 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보는 상기 제2 액세스 포인트의 위치 정보와 더불어 위치 측정을 요청한 단말장치의 위치를 계산하는데 이용된다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 위치측정 방법은,
위치 측정을 요청한 단말장치로부터 설치 위치를 모르는 제1 액세스 포인트 로부터 수신되는 신호의 세기를 전달받는 단계; 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보-여기서 위치 정보는 설치 위치를 아는 제2 액세스 포인트로부터 수신되는 신호의 세기 및 상기 제2 액세스 포인트의 위치 정보를 이용하여 추정된 단말장치의 위치 정보를 이용하여 결정됨-를 확인하는 단계; 및 확인한 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보, 상기 위치 측정을 요청한 단말장치로부터 전달받은 신호의 세기 및 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보 추정오차에 대한 가중치를 계산하고, 가중최소자승법을 이용하여 상기 위치 측정을 요청한 단말장치의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 위치 측정 장치는,
무선 네트워크에서 액세스 포인트로부터 수신된 신호의 세기를 이용하여 단말장치의 위치를 측정하는 장치에 있어서, 상기 단말장치로부터 전달받은 설치 위치를 모르는 제1 액세스 포인트에 대한 하나 이상의 수신 신호 세기와, 설치 위치를 아는 제2 액세스 포인트로부터 수신되는 신호의 세기를 이용하여 추정한 상기 단말장치의 위치 정보를 매칭한 정보가 기 설정된 기준 개수 이상인 경우 상기 매칭한 정보를 이용하여 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보를 결정하는 액세스 포인트 위치 추정부; 및 위치 측정을 요청하는 단말장치로부터 상기 제1 액세스 포인트에 대한 수신 신호 세기를 전달받은 경우, 상기 제1 액세스 포인트에 대한 수신 신호 세기, 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보-여기서 위치 정보는 상기 액세스 포인트 위치 추정부가 추정한 위치 정보임- 및 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정 보 추정오차에 대한 가중치를 계산하고, 가중최소자승법을 이용하여 상기 위치 측정을 요청한 단말장치의 위치를 결정하는 단말 위치 측정부를 포함한다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 사용자가 임의로 설치한 즉, 그 설치 위치를 알 수 없는 AP의 위치 정보를 추정하고 추정한 위치 정보를 이용하여 단말의 위치를 측위하므로, 종래에는 위치 측정이 어려웠던 지역에서도 위치 측정이 가능하여 위치 측정의 가용성을 증대시킨다.
또한, 그 설치 위치를 아는 AP의 위치 정보뿐만 아니라 그 설치 위치를 알 수 없는 AP의 위치 추정 정보 및 신호세기 측정값을 이용하므로 단말의 위치 정보 산출에 활용되는 측정 정보가 증가하여 위치 측정의 정확도를 개선시킬 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 의 용어 는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제, 본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트를 이용한 위치 측정 방법 및 그 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 설치 위치를 모르는 제1 AP와 설치 위치를 아는 제2 AP가 포함된 위치 측정을 위한 무선 네트워크 구성도이다.
도 1에 보인 바와 같이, 위치 측정을 위한 무선 네트워크는 단말장치(100), 설치 위치 정보를 알고 있는 2개 이상의 AP(2001 ~ 200n)와 설치 위치 정보를 모르는 하나 이상의 AP(2101 ~ 210m) 및 위치 측정 장치(300)를 포함한다.
단말장치(100)는 설치 위치 정보를 알고 있는 2개 이상의 AP(2001 ~ 200n)와 설치 위치 정보를 모르는 하나 이상의 AP(2101 ~ 210m)로부터 전송되는 신호 전계 강도를 수신한다. 단말장치(100)는 수신된 신호 전계 강도를 위치 측정 장치(300)로 전송한다.
AP(2001 ~ 200n, 2101 ~ 210m)는 설치 위치 정보가 위치 측정 장치(300)에 등록된 설치 위치를 모르는 AP(Unknown AP, 이하 '제1 AP'라 기술함)(2101 ~ 210m)와 설치 위치를 아는 AP(Known AP, 이하 '제2 AP'라 기술함)(2001 ~ 200n)를 포함한다. 여기서, 제1 AP(2101 ~ 210m)는 사용자가 임의로 설치하여 위치 측정 장치(300)에 등록되어 있지 않은 AP로서, 그 설치 위치를 정확히 알 수 없는 AP를 의미한다.
위치 측정 장치(300)는 단말장치(100)가 설치 위치 정보를 알고 있는 2개 이상의 AP(2001 ~ 200n)와 설치 위치 정보를 모르는 하나 이상의 AP(2101 ~ 210m)로부터 수신한 신호 전계 강도 측정값을 이용하여 단말장치(100)의 위치를 측정한다. 이때, 종래에는 제2 AP(2001 ~ 200n)의 신호 전계 강도 측정값만을 이용하지만, 본 발명에서는 제1 AP(2101 ~ 210m)의 신호 전계 강도 측정값을 함께 이용한다. 위치 측정 장치(300)의 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위치 측정 장치의 세부적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2에 보인 바와 같이, 단말장치(100)는 신호세기 수신부(120)을 포함한다. 신호세기 수신부(120)는 제1 AP(2101 ~ 210m) 또는 제2 AP(2001 ~ 200n) 각각의 신호 전계 강도 측정값을 수신한다. 단말장치(100)에서 측정된 AP의 신호세기는 단말의 위치 계산을 위하여 위치 측정 장치(300)으로 전송된다.
위치 측정 장치(300)는 단말 위치 계산부(320), AP 위치 추정부(340), AP 등록 정보 관리부(360) 및 AP 등록 정보 데이터베이스(380)를 포함한다.
단말 위치 계산부(320)에서 단말의 위치를 추정하기 위하여 각각의 수신 신호 세기 측정값에 해당하는 AP가 제1 AP(2101 ~ 210m) 인지 또는 제2 AP(2001 ~ 200n) 인지 판단할 수 있다.
단말 위치 계산부(320)는 제2 AP(2001 ~ 200n)의 신호 전계 강도 측정값을 이용하여 단말장치(100)의 위치를 추정한다.
단말 위치 계산부(320)는 단말장치(100)로부터 전송받은 측정값에 AP 등록 정보 데이터베이스(380)에 등록된 제1 AP(2101 ~ 210m)의 측정값이 포함된 경우, 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치 정보 추정오차를 이용한 가중치를 계산하고, 이를 이용하여 단말장치(100)의 위치를 계산한다.
AP 위치 추정부(340)는 단말 위치 계산부(320)로부터 전달받은 단말장치(100)의 위치 정보와 제1 AP(2101 ~ 210m)의 신호 전계 강도 측정값을 이용하여 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치를 추정한다.
AP 등록 정보 관리부(360)은 AP 위치 추정부(340)에서 계산된 AP의 위치 정보의 추정오차에 대한 공분산이 임계값 이하이면 AP 등록 정보 데이터베이스(380)에 AP의 고유 식별번호와 추정된 위치정보를 저장한다.
AP 등록 정보 데이터베이스(380)는 도면에는 도시하지 않았으나 상세하게는
AP 등록 정보 DB 및 매칭 정보 DB로 구성된다.
AP 등록 정보 DB는 제1 AP(2101 ~ 210m)의 고유 식별번호와 위치 추정 정보, 제2 AP(2001 ~ 200n)의 위치 정보를 포함하는 AP 등록 정보를 저장한다.
매칭 정보 DB는 단말 위치 계산부(320)로부터 전달받은 단말장치(100)의 위치 추정 정보 및 제1 AP(2101 ~ 210m)의 고유 식별번호와 신호 전계 강도의 매칭 정보를 저장한다.
도 1 및 도 2의 구성을 토대로 위치 측정을 수행하는 방법에 대하여 이하 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 설치 위치를 모르는 AP를 이용한 위치 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3에 보인 바와 같이, 위치 측정 장치(도 1, 도 2의 300)는 위치 측정을 요청하는 단말장치(100)에서 수신된 AP의 수신 신호 전계 강도 측정값을 전달받아 거리 값으로 변환한다(S101). 이때, 전달받은 AP의 수신 신호 세기에 설치 위치를 모르는 제1 AP(2101 ~ 210m)의 수신 신호 전계 강도 측정 값이 포함되었는지를 판단할 수 있다.
S101 단계에서 변환한 제2 AP(2001 ~ 200n)에 대한 거리 값을 이용하여 단말장치(도 1의 100)의 위치를 추정한다(S103).
S103 단계에서 추정한 단말장치(100)의 위치 정보와 S101 단계에서 변환한 제1 AP(2101 ~ 210m)에 대한 거리 값을 이용하여 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치를 추정한다(S105).
S105 단계에서 추정된 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치 추정 정보와 제2 AP(2001 ~ 200n)의 위치 정보를 이용하여 단말장치(100)의 위치를 최종적으로 계산한다(S107).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 설치 위치를 모르는 제1 AP(2101 ~ 210m)를 이용한 위치 측정 방법을 상세히 나타낸 순서도로서, 도 3의 위치 측정 방법을 좀 더 세부적으로 나타낸 순서도이다.
도 4에 보인 바와 같이, 위치 측정 장치(도 1, 도 2의 300)는 단말장치(100)가 측정한 AP의 신호 전계 강도 측정값을 수신한다(S201). 여기서, 수신된 AP의 신호 전계 강도 측정값은 사용자가 임의로 설치한 제1 AP(2101 ~ 210m)와 설치 위치를 아는 제2 AP(2001 ~ 200n)로 구분할 수 있다.
S201 단계에서 수신된 제2 AP(2001 ~ 200n)의 신호 전계 강도 측정값을 거리 측정값으로 변환한다(S203). 이때, 신호 전계 강도 측정값은 제2 AP(2001 ~ 200n)와 단말장치(100) 사이의 거리에 대한 신호 세기의 감쇄 모델을 이용하여 거리에 대한 측정값으로 변환될 수 있다.
여기서, 신호 전계 강도 측정값을 거리에 대한 측정값으로 변환하기 위해 다음과 같은 수학식이 사용될 수 있다. 수학식 1은 802.11에서의 신호 세기의 손실을 나타내는 수학식이다.
Figure 112007085574415-pat00001
여기서,
Figure 112007085574415-pat00002
은 자유공간에서의 신호세기의 손실을 의미하고,
Figure 112007085574415-pat00003
은 AP와 단말 사이의 거리를 나타내며,
Figure 112007085574415-pat00004
는 주파수의 길이를 의미한다.
2.45GHz 주파수 대역을 사용하는 802.11 b/g AP에 대한 신호세기의 손실은 다음과 같이 간략하게 나타낼 수 있다.
Figure 112007085574415-pat00005
또한, 감쇄 및 산란을 고려한 신호세기의 손실은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007085574415-pat00006
여기서 경로손실 지수,
Figure 112007085574415-pat00007
은 AP와 단말 사이의 장애물의 종류에 따라 달라진다. LOS(Line Of Sight)인 경우
Figure 112007085574415-pat00008
이며, 장애물이 있는 경우, 2에서 4 사이의 값을 가진다.
Figure 112007085574415-pat00009
는 AP와 단말 사이에 존재하는 벽 수 또는 층 수와 매질의 감쇄 특성에 의한 손실을 의미한다.
다음, S203 단계에서 변환한 거리 측정값과 제2 AP(2001 ~ 200n)의 위치 정보를 이용하여 단말장치(100)의 위치를 추정한다(S205).
이때, 단말장치(100)의 위치는 최소 자승법을 이용하여 추정할 수 있다. 최소 자승법을 이용하여 위치를 추정하기 위해 다음과 같은 수학식이 사용될 수 있다.
먼저,
Figure 112007085574415-pat00010
에 위치한
Figure 112007085574415-pat00011
번째 AP와
Figure 112007085574415-pat00012
에 위치한 단말 사이의 거리는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007085574415-pat00013
임의로 추정된 단말 위치를
Figure 112007085574415-pat00014
라 하면, AP와 단말 사이의 추정된 거리는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007085574415-pat00015
추정된 단말 위치에서
Figure 112007085574415-pat00016
번째 AP사이의 거리와 측정값의 차를
Figure 112007085574415-pat00017
라 하고,
Figure 112007085574415-pat00018
에 대해 Taylor 전개를 하면 다음과 같다.
Figure 112007085574415-pat00019
n개의 AP에 대하여 동일한 과정을 적용하면, 수학식 7을 얻을 수 있다.
Figure 112007085574415-pat00020
여기서,
Figure 112007085574415-pat00021
Figure 112007085574415-pat00022
Figure 112007085574415-pat00023
Figure 112007085574415-pat00024
의 평균이 0이라 가정하면, 위치 추정오차
Figure 112007085574415-pat00025
는 최소 자승법을 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112007085574415-pat00026
따라서, 최종적인 단말의 추정 위치는 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007085574415-pat00027
다음, S205 단계에서 추정한 단말장치(100)의 위치 추정 정보와 S201 단계에서 수신한 제1 AP(2101 ~ 210m)의 고유 식별번호 및 신호 전계 강도 측정값을 매칭 하여 저장한다(S207).
이후, 하나의 제1 AP(2101 ~ 210m)에 대하여 다수의 위치에서 측정된 신호 전계 강도 측정값이 수신되면 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치를 추정할 수 있다.
이때, 제1 AP(2101 ~ 210m)의 신호 전계 강도 측정값의 개수가 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치를 추정할 수 있을 만큼의 기준치를 충족하는지 여부를 판단한다(209).
S209 단계의 판단 결과, 기준치를 충족하지 않는 경우 S207 단계로 회귀한다.
S209 단계의 판단 결과, 기준치를 충족하는 경우 S207 단계에서 저장한 단말장치(100)의 위치 추정 정보와 제1 AP(2101 ~ 210m)의 신호 전계 강도 측정값을 이용하여 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치를 추정한다(S211).
이때, 하나의 제1 AP(2101 ~ 210m)에 대한 신호 전계 강도 측정값은 하나의 단말을 이용하여 다수의 지점에서 측정하거나 또는 다수의 단말을 이용하여 동시에 측정할 수 있다.
하나의 단말을 이용하여 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치를 추정하기 위해서는 단말장치(100)의 2개 이상의 독립된 위치 정보와 신호 전계 강도 측정값을 획득해야 한다.
이때, k시점에서 제1 AP(2101 ~ 210m)에 대한 신호 전계 강도 측정값을 신호 세기의 감쇄 모델을 이용하여 거리로 환산된 측정값은 수학식 4와 동일한 형태로 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007085574415-pat00028
여기서,
Figure 112007085574415-pat00029
는 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치이고,
Figure 112007085574415-pat00030
는 제1 AP(2101 ~ 210m)를 이용하여 계산된 단말장치(100)의 추정 위치이다.
Figure 112007085574415-pat00031
는 제1 AP(201)의 신호 전계 강도 측정 잡음에 기인하는 제1 AP(2101 ~ 210m)와 단말장치(100) 사이의 측정 거리 오차이다.
n개의 시점에서 얻어진 독립적인 단말장치(100)의 위치 추정 정보와 제1 AP(2101 ~ 210m)의 측정값을 이용할 경우, 수학식 5 내지 수학식 9를 이용하여 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 최소 자승법을 이용하여 계산된 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치의 오차에 대한 공분산은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007085574415-pat00032
여기서,
Figure 112007085574415-pat00033
은 거리로 변환된 측정값의 오차 공분산이다. 제1 AP(2101 ~ 210m)의 측정값을 이용하여 단말장치(100)의 위치를 계산하는 경우, 추정된 제1 AP의 위치 정보에 대한 불확실성을 고려하기 위하여 가중 최소 자승법를 이용하며, 수학식 11의 행렬은 가중치를 계산하는데 사용된다.
한편, 2개 이상의 단말을 이용하여 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치를 추정하기 위해서는 다음의 수학식 12을 이용할 수 있다
번째 단말에서 k시점에 측정된 제1 AP(2101 ~ 210m)와 단말장치(100) 사이의 거리에 대한 측정값은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007085574415-pat00034
Figure 112007085574415-pat00035
개의 단말을 이용하여 독립적인 n개의 측정값을 얻은 경우, 수학식 5 내지 수학식 9를 이용하여 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치를 계산할 수 있으며, 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치에 대한 추정 오차 역시 수학식 11을 이용하여 구할 수 있다.
여기서, 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치 추정에 대한 불확실성을 고려하기 위하여 단말장치(100)의 위치 계산은 가중최소자승법(WLS: Weighted Least Square) 추 정 방법을 이용할 수 있다.
가중치 행렬의 대각항의 값은 다음 수학식 13과 같이 설정할 수 있다.
Figure 112007085574415-pat00036
여기서,
Figure 112007085574415-pat00037
는
Figure 112007085574415-pat00038
번째 AP에 대한 가중치 값이며,
Figure 112007085574415-pat00039
는
Figure 112007085574415-pat00040
번째 AP와 단말 사이의 거리 측정값이다.
Figure 112007085574415-pat00041
는
Figure 112007085574415-pat00042
번째 AP가 제1 AP(2101 ~ 210m) 인 경우, 계산된 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치 오차에 대한 표준 편차로 수학식 11의 행렬로부터 다음과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112007085574415-pat00043
또한, 가중치 행렬을 이용한 최소 자승법의 해는 가중치 행렬을 포함하여 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112007085574415-pat00044
여기서,
Figure 112007085574415-pat00045
는 수학식 13을 이용하여 설정된 가중치 행렬이다.
다음, S211 단계에서 추정한 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치 추정 정보의 오차에 대한 공분산이 기 설정된 임계값(Threshold)이하인 지를 판단한다(S213).
S203 단계의 판단 결과, 기 설정된 임계값 이하가 아닌 경우 S207 단계로 회귀한다.
S203 단계의 판단 결과, 기 설정된 임계값 이하인 경우 S211 단계에서 추정한 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치 추정 정보를 AP 등록 정보에 등록한다(S215).
다음, 제1 AP(2101 ~ 210m)의 위치 정보 및 S215 단계에서 등록한 제2 AP(2001 ~ 200n)의 위치 추정 정보를 이용하여 단말장치(100)의 위치를 최종적으로 계산한다(S217). 이때, 단말장치(100)의 위치 계산은 S205 단계와 동일한 방법으로 수학식 15를 적용하여 수행된다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 위치 측정에 따른 위치 추정 오차와 종래의 위치 측정에 따른 위치 추정 오차를 비교하기 위한 그래프이다.
도 5에 보인 바와 같이, 제1 AP(2101 ~ 210m)가 적용되어 위치를 측위한 경우의 거리 오차에 대한 누적분포(P100)와 제2 AP(2001 ~ 200n)만을 이용하여 위치를 측위한 경우의 거리 오차에 대한 누적분포(P200)를 나타내었다.
여기서, 위치 측정 정확도는 60% 확률(0.6)을 기준으로 살펴보면, 제1 AP(2101 ~ 210m)를 적용하는 경우(P100) 즉 제1 AP(2101 ~ 210m)와 제2 AP(2001 ~ 200n)를 함께 이용하는 경우의 거리 오차가 약 1.8 정도이다. 반면, 제2 AP(2001 ~ 200n)만을 사용하는 경우(P200)의 거리 오차는 2이다.
따라서, 제1 AP(2101 ~ 210m)를 포함하여 위치를 측위하는 경우가 그렇지 않은 경우 즉 종래에 제2 AP(2001 ~ 200n)만을 사용하여 위치를 측위하는 경우보다 위치 측정 정확도가 개선되는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 설치 위치를 모르는 AP와 설치 위치를 아는 AP와 가 포함된 위치 측정을 위한 무선 네트워크 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위치 측정 장치의 세부적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 설치 위치를 모르는 AP를 이용한 위치 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 설치 위치를 모르는 AP를 이용한 위치 측정 방법을 상세히 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 위치 측정에 따른 위치 추정 오차와 종래의 위치 측정에 따른 위치 추정 오차를 비교하기 위한 그래프이다.

Claims (16)

  1. 설치 위치를 모르는 제1 액세스 포인트 및 설치 위치를 아는 제2 액세스 포인트와 접속된 단말장치를 통하여 상기 제1 액세스 포인트의 위치를 측정하는 방법에 있어서,
    상기 제1 액세스 포인트에 대한 하나 이상의 수신 신호 세기를 상기 단말장치로부터 전달받는 단계;
    상기 단말장치로부터 전달받은 상기 제2 액세스 포인트로부터 수신되는 신호의 세기 및 상기 제2 액세스 포인트의 위치 정보를 이용하여 상기 단말장치의 위치 정보를 추정하는 단계; 및
    상기 제1 액세스 포인트에 대한 하나 이상의 수신 신호 세기 및 추정한 상기 단말장치의 위치 정보를 매칭한 정보가 기 설정된 기준 개수 이상인 경우, 상기 매칭한 정보를 이용하여 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보는 상기 제2 액세스 포인트의 위치 정보와 더불어 위치 측정을 요청한 단말장치의 위치를 계산하는데 이용되는 위치 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추정하는 단계와 상기 결정하는 단계 사이에,
    하나의 단말장치가 다수의 위치에서 상기 제1 액세스 포인트로부터 수신한 상기 하나 이상의 수신 신호 세기 및 상기 다수의 위치 각각에서 상기 제2 액세스 포인트로부터 수신되는 신호의 세기를 이용하여 추정한 복수의 단말장치의 위치 정보를 매칭하여 저장하는 단계
    를 더 포함하는 위치 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위치 정보를 추정하는 단계와 상기 결정하는 단계 사이에,
    다수의 단말장치가 상기 제1 액세스 포인트로부터 수신한 상기 하나 이상의 수신 신호 세기 및 상기 다수의 단말장치가 상기 제2 액세스 포인트로부터 수신한 신호의 세기를 이용하여 추정한 상기 다수의 단말장치의 위치 정보를 매칭하여 저장하는 단계
    를 더 포함하는 위치 측정 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 위치 정보를 결정하는 단계는,
    매칭하여 저장한 정보가 기 설정된 기준 개수 이상인지를 판단하는 단계;
    기 설정된 기준 개수 이상이 아닌 경우, 상기 전달받는 단계, 상기 추정하는 단계 및 상기 매칭하여 저장하는 단계를 반복하는 단계; 및
    기 설정된 기준 개수 이상인 경우, 상기 제1 액세스 포인트에 대한 상기 하나 이상의 수신 신호 세기를 거리 측정값으로 변환한 값 및 매칭된 추정한 단말장치의 위치 정보를 이용하여 상기 제1 액세스 포인트의 위치를 추정하는 단계
    를 포함하는 위치 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 액세스 포인트의 위치를 추정하는 단계는,
    최소자승법을 이용하여 상기 제1 액세스 포인트에 대한 위치 추정 오차에 대한 공분산-여기서 위치 추정 오차는 상기 제1 액세스 포인트와 상기 단말장치 간의 거리 및 상기 거리 측정값으로 변환한 값의 오차 공분산으로 구성된 행렬식을 포함함-을 산출하는 단계;
    상기 제1 액세스 포인트에 대한 위치 추정 오차에 대한 공분산이 기 설정된 임계값 이하인지를 판단하는 단계;
    공분산이 기 설정된 임계값 이하가 아닌 경우, 상기 전달받는 단계, 상기 추정하는 단계, 상기 매칭하여 저장하는 단계 및 상기 위치 정보를 결정하는 단계를 반복하는 단계; 및
    공분산이 기 설정된 임계값 이하인 경우, 추정한 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보를 액세스 포인트의 위치 정보로 구성된 액세스 포인트 등록 데이터베이스에 등록시키는 단계
    를 포함하는 위치 측정 방법.
  6. 위치 측정을 요청한 단말장치로부터 설치 위치를 모르는 제1 액세스 포인트로부터 수신되는 신호의 세기를 전달받는 단계;
    상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보-여기서 위치 정보는 설치 위치를 아는 제2 액세스 포인트로부터 수신되는 신호의 세기 및 상기 제2 액세스 포인트의 위치 정보를 이용하여 추정된 단말장치의 위치 정보를 이용하여 결정됨-를 확인하는 단계; 및
    확인한 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보, 상기 위치 측정을 요청한 단말장치로부터 전달받은 신호의 세기 및 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보 추정오차에 대한 가중치를 계산하고, 가중최소자승법을 이용하여 상기 위치 측정을 요청한 단말장치의 위치를 결정하는 단계
    를 포함하는 위치 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단말장치의 위치를 결정하는 단계는,
    상기 제1 액세스 포인트의 위치 오차에 대한 표준 편차와 상기 제1 액세스 포인트로부터 수신되는 신호의 세기로부터 변환된 거리 측정값의 비율을 이용하여 상기 가중치를 계산하는 위치 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단말장치의 위치를 결정하는 단계는,
    상기 가중최소자승법을 이용하여 계산된 상기 가중치로 구성된 가중치 행렬을 이용하여 상기 제1 액세스 포인트에 대한 위치 추정 오차를 구하는 단계; 및
    상기 제1 액세스 포인트에 대한 위치 추정 오차를 적용하여 상기 위치 측정을 요청한 단말장치의 위치를 결정하는 단계
    를 포함하는 위치 측정 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확인하는 단계는,
    상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보가 등록되어 있는지를 확인하는 단계;
    상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보가 등록되어 있지 않은 경우, 상기 제1 액세스 포인트의 위치를 추정하는 단계; 및
    상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보가 등록된 경우, 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보를 확인하는 단계
    를 포함하는 위치 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전달받는 단계는,
    상기 위치 측정을 요청한 단말장치 주변으로부터 수신되는 복수의 액세스 포인트의 수신 신호 세기를 상기 단말장치로부터 전달받는 단계;
    전달받은 상기 복수의 액세스 포인트의 수신 신호 세기에 상기 제1 액세스 포인트에 대한 수신 신호 세기가 포함된 경우, 상기 확인하는 단계 및 상기 결정하는 단계의 수행을 결정하는 단계
    를 포함하는 위치 측정 방법.
  11. 무선 네트워크에서 액세스 포인트로부터 수신된 신호의 세기를 이용하여 단말장치의 위치를 측정하는 장치에 있어서,
    상기 단말장치로부터 전달받은 설치 위치를 모르는 제1 액세스 포인트에 대한 하나 이상의 수신 신호 세기와, 설치 위치를 아는 제2 액세스 포인트로부터 수신되는 신호의 세기를 이용하여 추정한 상기 단말장치의 위치 정보를 매칭한 정보가 기 설정된 기준 개수 이상인 경우 상기 매칭한 정보를 이용하여 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보를 결정하는 액세스 포인트 위치 추정부; 및
    위치 측정을 요청하는 단말장치로부터 상기 제1 액세스 포인트에 대한 수신 신호 세기를 전달받은 경우, 상기 제1 액세스 포인트에 대한 수신 신호 세기, 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보-여기서 위치 정보는 상기 액세스 포인트 위치 추정부가 추정한 위치 정보임- 및 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보 추정오차에 대한 가중치를 계산하고, 가중최소자승법을 이용하여 상기 위치 측정을 요청한 단말장치의 위치를 결정하는 단말 위치 측정부
    를 포함하는 위치 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 액세스 포인트 위치 추정부는,
    최소자승법을 이용하여 산출한 상기 제1 액세스 포인트에 대한 위치 추정 오차에 대한 공분산-여기서 위치 추정 오차는 상기 제1 액세스 포인트와 상기 단말장치 간의 거리 및 상기 거리 측정값으로 변환한 값의 오차 공분산으로 구성된 행렬 식을 포함함-이 기 설정된 임계값 이하인 경우, 결정된 상기 제1 액세스 포인트에 대한 위치 추정 정보를 액세스 포인트의 위치 정보로 구성된 액세스 포인트 등록 데이터베이스에 등록시키는 위치 측정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 액세스 포인트 위치 추정부는,
    하나의 단말장치가 다수의 위치에서 상기 제1 액세스 포인트로부터 수신한 상기 하나 이상의 수신 신호 세기 및 상기 다수의 위치 각각에서 상기 제2 액세스 포인트로부터 수신되는 신호의 세기를 이용하여 추정한 복수의 단말장치의 위치 정보를 매칭한 정보를 이용하여 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보를 추정하는 위치 측정 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 액세스 포인트 위치 추정부는,
    다수의 단말장치가 상기 제1 액세스 포인트로부터 수신한 상기 하나 이상의 수신 신호 세기 및 상기 다수의 단말장치가 상기 제2 액세스 포인트로부터 수신한 신호의 세기를 이용하여 추정한 상기 다수의 단말장치의 위치 정보를 매칭한 정보를 이용하여 상기 제1 액세스 포인트의 위치 정보를 추정하는 위치 측정 장치.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단말 위치 측정부는,
    상기 제1 액세스 포인트의 위치 오차에 대한 표준 편차와 상기 제1 액세스 포인트로부터 수신된 신호 세기로부터 변환된 거리 측정값의 비율을 이용하여 상기 위치 측정을 요청한 단말장치와 상기 제1 액세스 포인트 간의 거리에 따른 가중치로 구성된 가중치 행렬을 이용하여 산출한 상기 제1 액세스 포인트에 대한 위치 추정 오차를 적용하여 상기 위치 측정을 요청한 단말장치의 위치를 결정하는 위치 측정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 단말장치로부터 전달받은 수신 신호 세기에 상기 제1 액세스 포인트로부터 수신된 신호의 세기가 포함되어 있는지를 판단하는 신호 세기 수신부를 더 포함하고,
    상기 액세스 포인트 위치 추정부는,
    상기 제1 액세스 포인트에 대한 위치 추정 정보가 등록되어 있지 않은 경우, 상기 제1 액세스 포인트의 위치를 추정하고,
    상기 단말 위치 측정부는,
    상기 제1 액세스 포인트에 대한 위치 추정 정보가 등록된 경우, 상기 위치 추정 정보를 이용하여 상기 신호의 세기를 전달한 단말장치의 위치를 결정하는 위치 측정 장치.
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