KR100979507B1 - 저전력 위치추적장치 및 이를 이용한 무선신호전송방법 - Google Patents

Abstract

저전력 위치추적장치 및 이를 이용한 무선신호전송방법을 제공한다. 저전력 위치추적장치는 태그를 부착한 기기의 움직임을 감지하는 모션 센서부와, 무선신호를 전송하는 RF 송수신부 및 움직임에 대한 정보를 이용하여 무선신호의 전송주기를 조절하는 주기 조절부를 포함한다.

RTLS(Real Time Locating System), 이동 적응성, 무선신호 전송주기

Description

저전력 위치추적장치 및 이를 이용한 무선신호전송방법{The energy effective locating device and the method of transmitting a wireless signal using the same}

본 발명은 저전력 위치추적장치 및 이를 이용한 무선신호전송방법에 관한 것으로, 태그의 이동성에 따라 리더로의 정보 제공 주기를 조절함으로써 제한된 전원으로 동작하는 저전력 위치추적장치의 수명을 극대화하고, 태그 간의 무선신호 전송에 있어서 무선 충돌을 회피하도록 하는 저전력 위치추적장치 및 이를 이용한 무선신호전송방법에 관한 것이다.

RTLS(Real Time Locating System) 기술은 특정 사물 또는 객체에 저전력 위치추적장치를 부착하고, 해당 태그의 위치를 실시간으로 추적하는 시스템을 뜻한다. RTLS는 주기적으로 (RTLS) 리더에게 무선신호를 전송하는 저전력 위치추적장치, 저전력 위치추적장치로부터 무선신호를 수신 받아 위치정보를 추출하고, 이를 RTLS 서버로 전달하는 RTLS 리더, RTLS 리더로부터 받은 정보를 이용해 태그의 위치를 추정하는 위치추정엔진으로 구성된다.

저전력 위치추적장치는 주기적으로 무선신호를 방송하고, 이 신호를 수신한 다수의 주변에 있는 리더는 위치를 추정하기 위한 정보를 추출한 후, 이 정보를 위치추정엔진으로 보내 태그의 위치가 계산될 수 있도록 한다. 여기서, 리더는 수신한 무선신호의 세기(Received Signal Strength), 무선신호의 도착시간(Time Of Arrival), 무선신호의 도착각도(Angle Of Arrival)의 정보를 위치를 추정하기 위한 정보로 이용할 수 있다. 위치측위방법은 그 특성에 따라 장단점을 가지며, 참고로 RSS는 정확도가 떨어지며, 실내 환경에 적합하다.

RTLS 시스템에서 위치 측위를 위해서는 저전력 위치추적장치의 주기적인 무선신호 방송이 필요하며, 저전력 위치추적장치의 무선신호 방송 주기는 저전력 위치추적장치가 배터리와 같이 제한된 전원을 이용하여 동작하기 때문에 저전력 위치추적장치의 수명을 결정하게 된다.

따라서, 주기적인 무선신호 주기 조절을 통해, 저전력 위치추적장치의 수명 극대화가 요구되고 있다.

본 발명은 저전력 위치추적장치 및 이를 이용한 무선신호전송방법을 제공하여, 저전력 위치추적장치의 움직임 정보를 통해 무선신호 전송주기를 조절하고, 이를 통해 저전력 위치추적장치의 수명을 극대화하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 다수의 저전력 위치추적장치가 배치된 RTLS 시스템에서, 저전력 위치추적장치간의 무선충돌 빈도를 줄임으로써, 에너지 측면에서 더욱 효율적인 저전력 위치추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 태그를 부착한 기기의 움직임을 감지하는 모션 센서부와, 무선신호를 전송하는 RF 송수신부 및 움직임에 대한 정보를 이용하여 무선신호의 전송주기를 조절하는 주기 조절부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 무선신호전송방법은 모션 센서부가 태그를 부착한 기기의 움직임을 감지하는 (a) 단계와, 주기 조절부가 상기 움직임에 대한 정보를 이용하여 무선신호의 전송주기를 조절하는 (b) 단계와, 상기 프로세서부가 상기 무선신호의 전송주기에 따라 무선신호를 전송하고자 하는 채널이 비어 있는 지 여부를 판단하는 (c) 단계와, 상기 프로세서부가 상기 채널이 빈 것을 감지한 경우, 채널 전환시간 동안 대기하는 (d) 단계 및 RF 송수신기가 빈 상기 채널로 무선신호를 전송하는 (e) 단계를 포함한다.

본 발명의 저전력 위치추적장치 및 이를 이용한 무선신호전송방법은 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 저전력 위치추적장치의 이동성(움직임)에 따라 무선신호의 주기를 조절하여 수명이 긴 저전력 위치추적장치를 제공하는 장점이 있다.

둘째, 저전력 위치추적장치 간 채널충돌회피를 제공하여, RTLS 시스템의 안정성을 보장하고 저전력 위치추적장치의 에너지 효율을 향상시키는 장점도 있다.

셋째, 수명이 긴 저전력 위치추적장치를 제공하여, RTLS 시스템의 설치 및 유지·보수에 필요한 비용을 절감할 수 있는 장점도 있다.

넷째, RTLS가 아닌 타 응용 분야에서 움직임에 따라 태그의 동작을 변화시킬 필요가 있는 경우, 유사 모션 센서를 이용하여 태그를 개발할 수 있으며, 이에 대한 기반 기술을 제공하는 장점도 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 모션 센서를 이용한 저전력 위치추적장치의 블록도이다.

저전력 위치추적장치(10)는 프로세서부(12), RF 송수신부(14), 모션 센서부(16), 및 주기 조절부(18)를 포함한다. 저전력 위치추적장치(10)는 태그를 부착한 기기(이하, 태그라고도 호칭함) 내에 포함될 수 있다.

먼저, 프로세서부(12)는 저전력 위치추적장치(10)의 각 모듈의 동작 제어를 수행한다. 또한, 프로세서부(12)는 기기를 저전력 대기 모드로 전환한다. 그리고, 후술될 주기 조절부(18)에서 설정한 타이머 주기에 의해 타이머 인터럽트가 발생하 면, 프로세서부(12)는 무선 채널를 감지하여, 무선 채널의 사용 가능 여부를 판단한다. 또한, 프로세서부(12)는 기기가 지속적으로 움직이지 않는 경우는 모션 센서 인터럽트를 해지하고, 저전력 대기 모드로 진입시킨다. 이에 대한 보다 구체적인 설명은 도 5를 참조하기 바란다.

RF 송수신부(14)는 저전력 위치추적장치(10)의 무선신호전송 및 기타 메시지 송수신을 수행한다. 예를 들어, 프로세서부(12)가 무선 채널의 사용이 가능한 경우로 판단한 경우, RF 송수신부(14)는 무선신호를 송신한다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 3에서 후술하기로 한다.

모션 센서부(16)는 태그를 부착한 기기의 움직임을 감지한다. 모션 센서부(16)에는 볼 튜브 타입의 모션 센서가 이용될 수 있으며, 상기 모션 센서는 가운데 볼이 움직임에 의한 진동으로 외벽과 닿았다 떨어지면서 스위치를 켜고 끄는 것과 같은 효과를 낸다. 이에 대한 보다 구체적인 설명은 도 4를 참조하기 바란다.

주기 조절부(18)는 저전력 위치추적장치(10)의 무선신호 전송주기를 조절한다. 즉, 주기 조절부(18)는 움직임 정보를 이용하여 무선신호 전송주기를 조절한다. 그리고, 주기 조절부(18)는 모션 센서부(16)의 출력값을 이용하여, 기기의 평균 이동 속도를 계산하고, 평균 이동 속도와 미리 정의된 블링크 주기에 따라 타이머 주기를 조절한다. 또한, 주기 조절부(18)는 기기의 움직임에 따라 RTC(Real Time Clock)의 타이머 주기를 설정하고, 타이머 주기 마다 특정 핀에 신호를 발생시켜, 프로세서부(12)를 동작하도록 하는 역할을 수행한다. 그리고, 프로세서부(12)는 신호가 블링크되도록 제어한다. 이와 같이, 주기 조절부(18)는 상기 RTC 의 타이머 주기를 변경하여, 무선 신호가 블링크되는 주기를 변경함으로써, 기기의 움직임에 따라 무선신호의 전송주기를 조절할 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 설명은 도 3에서 후술하기로 한다.

이하의 실시예를 통해, 상기 도 1의 각 구성요소를 보다 유기적으로 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 RTLS 시스템의 개념도이다.

RTLS 시스템(20)은 저전력 위치추적장치(10), 리더(11a, 11b, 11c), 및 위치추정엔진(13)으로 구성되며, 저전력 위치추적장치(10)는 태그에 구성될 수 있으며, 위치추정엔진(13)은 서버내 또는 서버로 구성될 수 있다. 태그의 위치 추정을 위해서는 저전력 위치추적장치(10)의 주기적인 무선신호전송이 필요하다. 리더(11a, 11b, 11c)는 저전력 위치추적장치(10)로부터 주기적인 무선신호를 전송 받고, 이를 위치추정엔진(13)으로 전송한다. 이후, 위치추정엔진(13)는 전송받은 정보를 이용하여 태그의 위치를 측정(추정)하게 된다.

이하의 실시예의 도면들을 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 일 실시예에 따른 저전력 위치추적장치의 무선신호전송방법에 대한 전체 과정을 도시한다.

모션 센서를 이용한 저전력 위치추적장치(10)는 자신(또는 태그)의 움직임을 관찰하는 모션 센서부(16)를 포함하며, 이를 통해 태그의 움직임 정도에 따라 무선신호 전송주기의 조절이 가능하도록 한다. 저전력 위치추적장치(10)는 태그를 부착한 기기내에 구성될 수 있으며, 위치추정엔진(13)은 서버내에 구성될 수 있다.

먼저, 사용자가 태그가 부착된 기기의 전원을 켠다(S31).

그러면, 상기 기기가 태그를 초기화시킨다(S32).

다음으로, 프로세서부(12)가 기기를 저전력 대기 모드로 전환한다(S33).

다음으로, 기기의 움직임 발생시, 모션 센서부(16)가 기기(태그)의 움직임을 관측한다(S34). 여기서, 저전력 위치추적장치(10)의 모션 센서부(16)가 움직임 관측 기능을 수행할 수 있다.

다음으로, 주기 조절부(18)는 움직임 정보를 이용하여 무선신호 전송주기를 조절한다(S35). 여기서, 주기 조절부(18)는 타이머 주기를 변경하게 된다.

보다 구체적으로 설명하면, 블링크(blink) 주기는 적용되는 응용이나 기기(객체)의 이동성에 따라 달라질 수 있다. 블링크 주기는 RTLS 시스템(20) 개발 시에 결정될 수 있다. 예를 들면, 블링크 주기는 기기가 0~5m/s의 속도로 이동을 할 때는 2s, 5m/s~10m/s의 속도로 이동을 할 때는 1s와 같다. 즉, 구체적인 값은 적용되는 응용에 따라 틀리다. 하지만, 기기의 속도가 빠를수록 블링크 주기는 작아져야 한다.

또한, 주기 조절부(18)는 기기의 움직임에 따라 RTC(Real Time Clock)의 타이머 주기를 설정하고, 타이머 주기 마다 특정 핀에 신호를 발생시켜, 프로세서부(12)를 동작하도록 하는 역할을 수행한다. 그리고, 프로세서부(12)는 신호가 블링크되도록 제어한다. 이와 같이, 주기 조절부(18)는 상기 RTC의 타이머 주기를 변경하여, 무선 신호가 블링크되는 주기를 변경함으로써, 기기의 움직임에 따라 무선신호의 전송주기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 기기의 움직임이 빠를 경우 무선 신호의 전송주기가 줄어들게 되고, 무선 신호의 단위 시간 내 전송 횟수는 늘어나게 된다.

따라서, 제한된 전원으로 동작하는 저전력 위치추적장치(10)의 수명이 길어질 수 있다.

다음으로, 주기 조절부(18)에서 설정한 타이머 주기에 의해 타이머 인터럽트가 발생하면, 프로세서부(12)는 무선 채널를 감지하여, 무선 채널의 사용 가능 여부를 판단한다(S36). 여기서, 후술될 도 6의 채널충돌회피 기법이 이용될 수 있다. 참고로, 주기 조절부(18)에는 RTC가 있으며, RTC에는 일정 시간 간격을 나타내는 타이머 주기 값을 세팅할 수가 있다. 그리고 RTC는 타이머 주기 마다 타이머 인터럽트를 특정 핀을 통해 발생 킨다. 그리고, 프로세서부(12)는 핀의 타이머 인터럽트 신호를 감지하고 무선 신호를 전송하는 동작을 수행하게 된다. 그리고, 타이머 주기는 RTC의 타이머 인터럽트 발생 주기를 뜻하며, 사용자가 세팅할 수 있다.

다음으로, 프로세서부(12)는 무선 채널의 사용이 가능한 경우, RF 송수신부(14)를 통해 무선신호를 송신한다(S37).

상술된 각 단계(S31 내지 S37)에 대한 보다 상세한 설명은 후술될 도 5와 도 6의 순서도를 참조하기 바란다.

한편, 도 4는 모션 센서부에 사용된 볼 튜브 타입의 모션 센서를 도시한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 저전력 위치추적장치(10)는 모션 센서부(16)에 볼 튜브 타입의 모션 센서를 이용할 수 있으며, 상기 모션 센서는 가운데 볼이 움직임에 의한 진동으로 외벽과 닿았다 떨어지면서 스위치를 켜고 끄는 것과 같은 효과를 낸다. 움직임이 많이 일어날수록 단위시간 내 더 많은 신호 반전이 발생하기 때문에 자동차의 엔진에 의한 떨림 등을 감지하여 움직임의 여부 및 어느 정도의 속도 추정이 가능하다.

그러나 과속방지 턱 등 일부 고르지 않은 구간에 의한 판단 오류가 발생할 수 있기 때문에 반복적인 측정값의 평균값을 이용하여 오류를 줄일 수 있다. 이에 대해서 이하, 도 5를 통해 보다 구체적으로 후술하기로 한다.

도 5는 본 발명에 일 실시예에 따른 무선신호 전송주기 조절에 대한 순서도이다.

모션 센서부(16)는 지속적으로 태그를 부착한 기기의 움직임을 관측한다(S51).

다음으로, 주기 조절부(18)는 모션 센서부(16)의 출력을 분석하여, 기기의 지속적인 움직임 여부를 감지한다. 여기서, 프로세서부(12)는 기기가 지속적으로 움직이지 않는 경우는 모션 센서 인터럽트를 해지하고, 저전력 대기 모드로 진입시킨다(S52). 모션 센서는 프로세서부(12)의 특정 핀에 연결이 되어 있다. 모션센서는 움직임이 있을 때 마다가 반전된 값을 출력하며, 프로세서부(12)는 해당 출력값을 모션 센서 인터럽트로 인식한다. 모션 센서 인터럽트란 태그의 움직임에 의해 모션 센서 출력이 반전되어, 프로세서부(12)에 입력되는 것을 의미한다.

다음으로, 기기가 지속적으로 움직이는 경우, 주기 조절부(18)는 일정 시간 동안 모션 센서부(16)의 출력을 관측한다(S53).

그리고, 주기 조절부(18)는 모션 센서부(16)의 출력값을 이용하여, 기기의 평균 이동 속도를 계산한다(S54).

다음으로, RF 송수신부(14)는 리더에게 무선신호를 전송한다(S55).

다음으로, 주기 조절부(18)는 평균 이동 속도와 미리 정의된 블링크 주기에 따라 타이머 주기를 조절하고, 프로세서부(12)는 모션 센서 인터럽트를 해지하고, 저전력 대기 모드로 진입시킨다(S56). 여기서, 타이머 인터럽트가 발생하면 프로세서부(12)는 채널의 사용 가능 여부를 판단 후, RF 송수신부(14)를 통해 무선 신호를 보내게 되는데, 무선 신호를 보내는 시간적 간격을 블링크 주기라 하며, 블링크 주기를 조절하기 위해 RTC가 사용될 수 있다.

도 6은 본 발명에 일 실시예에 따른 태그 간 채널충돌회피 기법을 이용한 무선신호전송의 순서도이다.

각 태그를 부착한 기기에 포함된 복수개의 저전력 위치추적장치(10)에 있어서, 무선신호 전송주기에 따라 무선신호를 전송하고자 하는 하나의 저전력 위치추적장치(10)는 채널이 비어 있는 지 여부를 판단하고, 채널이 사용 중일 경우, 채널이 빌 때 까지 대기한다(S61).

그리고, 다른 태그와의 채널 충돌을 예방하기 위해, 프로세서부(12)는 채널이 빈 것을 감지한 후, 채널 전환시간(TX/RX 전환시간) 만큼 대기하게 된다(S62). RF 칩은 송신(Tx), 수신(Rx), 유휴(Idle), 수면(Sleep) 등의 모드로 나뉘어지며, 특정 모드에서 다른 모드로 전환할 때, 어느 정도의 지연시간이 발생한다. 상기 채널 전환 시간이란 RF 칩이 송신 모드에서 수신 모드로 전환할 때, 발생하는 지연시간을 의미한다.

만약, 채널이 비었다면, 프로세서부(12)는 RF 송수신기(14)를 통해 빈 채널로 메시지(무선신호)를 리더로 전송하도록 한다(S63).

상술된 바와 같이, 무선신호 전송주기 제어를 통해 무선신호 전송주기가 결정되면, 무선 채널이 사용가능할 때 까지 대기함으로써, 다른 태그의 채널 사용으로 인한 전송 포기가 방지될 수 있다. 또한, 채널이 비었다는 것을 감지하였다고 하더라고 곧바로 전송하는 것이 아니라, 채널 전환시간만큼을 추가로 기다린 후, CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 전송을 시도하고, 전송 성공 여부를 체크하고, 실패 시 재시도 함으로써, 전송률이 높아질 수 있다.

도 1에서 도시된 각각의 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. 상기 '모듈'은 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 모션 센서를 이용한 저전력 위치추적장치의 블록도이다.

도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 RTLS 시스템의 개념도이다.

도 3은 본 발명에 일 실시예에 따른 저전력 위치추적장치의 무선신호전송방법에 대한 전체 과정을 도시한다.

도 4는 모션 센서부에 사용된 볼 튜브 타입의 모션 센서를 도시한다.

도 5는 본 발명에 일 실시예에 따른 무선신호 전송주기 조절에 대한 순서도이다.

도 6은 본 발명에 일 실시예에 따른 태그 간 채널충돌회피를 적용한 무선신호전송의 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

12: 프로세서부

14: RF 송수신부

16: 모션 센서부

18: 주기 조절부

Claims (7)

1. 볼 튜브 타입의 모션 센서를 이용하여, 태그를 부착한 기기의 움직임에 의한 진동으로 볼이 외벽에 닿았다 떨어지면서 상기 기기의 움직임을 감지하는 모션 센서부;

   무선신호를 전송하는 RF 송수신부; 및

   상기 움직임에 대한 정보를 이용하여 상기 기기의 이동 속도가 증가할수록 상기 무선신호의 전송주기를 작게 조절하여 무선 신호의 단위 시간 내 전송 횟수를 늘리는 주기 조절부를 포함하며,

   상기 기기의 움직임이 없는 경우 상기 기기를 저전력 대기 모드로 진입시키며, 상기 주기 조절부가 조절하는 상기 무선신호의 전송주기에 실시간으로 응답하여 상기 RF 송수신부를 제어하는 프로세서부를 더 포함하는, 저전력 위치추적장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 주기 조절부는 상기 기기의 움직임에 따라 RTC(Real Time Clock)의 타이머 주기를 조절하고, 상기 무선 신호가 블링크되는 주기를 변경함으로써, 상기 무선신호의 전송주기를 조절하는, 저전력 위치추적장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 2항에 있어서,

   상기 주기 조절부는 상기 기기의 평균 이동 속도를 계산하고, 상기 평균 이동 속도와 미리 정의된 블링크 주기에 따라 상기 타이머 주기를 조절하는, 저전력 위치추적장치.
6. 태그를 부착한 기기의 움직임을 감지하는 모션 센서부와, 무선신호를 전송하는 RF 송수신부와, 무선신호의 전송주기를 조절하는 주기 조절부 및 각 모듈의 동작을 제어하는 프로세서부로 구성되는 저전력 위치추적 장치를 이용한 무선신호전송방법에 있어서,

   상기 모션 센서부가 볼 튜브 타입의 모션 센서를 이용하여, 상기 기기의 움직임에 의한 진동으로 볼이 외벽에 닿았다 떨어지면서 상기 기기의 움직임을 감지하는 (a) 단계;

   상기 주기 조절부가 상기 움직임에 대한 정보를 이용하여 이동 속도가 증가할수록 상기 무선신호의 전송주기를 작게 조절하여 상기 무선 신호의 단위 시간 내 전송 횟수를 늘리는 (b) 단계;

   상기 프로세서부가 상기 주기 조절부가 조절하는 상기 무선신호의 전송주기에 실시간으로 응답하여 상기 무선신호를 전송하고자 하는 채널이 비어 있는지 여부를 판단하는 (c) 단계;

   상기 프로세서부가 상기 채널이 빈 것을 감지한 경우, 채널 전환시간 동안 대기하는 (d) 단계; 및

   상기 RF 송수신기가 빈 상기 채널로 무선신호를 전송하는 (e) 단계를 포함하는, 무선신호전송방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 (b) 단계는

   상기 주기 조절부가 상기 기기의 움직임에 따라 RTC(Real Time Clock)의 타이머 주기를 조절하는 단계; 및

   상기 주기 조절부가 상기 타이머 주기를 통해 상기 무선 신호가 블링크되는 주기를 변경함으로써 상기 무선신호의 전송주기를 조절하는 단계를 더 포함하는, 무선신호전송방법.

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