KR101013528B1 - 이동 비콘을 이용한 위치 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

무선 네트워크를 구성하는 복수의 무선 노드들 중 하나의 무선 노드에서 수행되는 본 발명의 적어도 일 실시예에 의한 위치 추정 방안은, 이동하는 비콘 노드의 절대 좌표 정보를 포함한 비콘 패킷을 그 비콘 노드로부터 복수 번 수신하고, 매번 수신한 피콘 패킷을 분석하여 그 무선 노드 및 그 비콘 노드간의 거리를 측정하고, 그 비콘 노드의 이동트랙 중 선형트랙을 결정하고, 결정된 선형트랙에 해당하는 절대 좌표 정보들과 측정 거리들을 기반으로 그 측정 거리들을 교정하고, 그 절대 좌표 정보들 및 그 교정된 거리들을 고려하여 그 무선 노드의 절대 좌표 정보를 추정함으로써, 무선 네트워크를 구성하며 3차원 공간상에 임의로 분포된 다수의 무선 노드들 각각의 위치정보를 정확히 추정할 수 있다.

Description

이동 비콘을 이용한 위치 추정 장치 및 방법 {Apparatus and method for estimating position using a mobile beacon}
본 발명의 적어도 일 실시예는 위치 추정에 관한 것으로, 특히, 무선 네트워크를 구성하는 무선 노드의 위치를 추정하기 위한 위치 추정 장치와 방법에 관한 것이다.
2차원 공간상의 단순한 지형 내에 분포한 무선 노드의 위치정보 추정 방안이 제안된 바 있으나, 이는 3차원 공간(예컨대, 험악한 산악지대)상에 분포된 무선 노드의 위치정보를 추정하는데 그대로 적용되기 곤란하다.
최근 3차원 공간상에 분포된 무선 노드의 위치정보를 추정하기 위한 방안으로서, Ou가 2008년 발표한 "Sensor Position Determination with Flying Anchors in Three-Dimensional Wireless Sensor Networks", IEEE Trans., Mobile Computing, vol.7, no.9, pp.1084-1097에 위치 추정 방안이 개시된 바 있다. 이 방안에 따른 무선 노드는 무선 노드 및 비콘 노드간의 거리 측정을 위한 모듈을 구비하지 않아 제작비용이 적은 장점을 갖지만, 무선 노드의 위치 추정을 함에 있어 무선 노드와 비콘 노드간의 구체적인 거리정보를 활용하지 않아 무선 노드의 위치를 정확히 추정할 수 없다는 단점을 갖는다.
이에, 무선 네트워크를 구성하며 3차원 공간상에 임의로 분포된 다수의 무선 노드들 각각의 위치정보를 정확히 추정하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 무선 네트워크를 구성하며 3차원 공간상에 임의로 분포된 다수의 무선 노드들 각각의 위치정보를 정확히 추정하는 위치 추정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위해, 무선 네트워크를 구성하는 복수의 무선 노드들 중 개별 무선 노드에 마련된 본 발명의 적어도 일 실시예에 의한 위치 추정 장치는, 이동하는 비콘 노드의 절대 좌표 정보를 포함한 비콘 패킷을 상기 비콘 노드로부터 복수 번 수신하는 수신부; 상기 수신된 비콘 패킷마다 상기 수신된 비콘 패킷을 분석하여 상기 무선 노드 및 상기 비콘 노드간의 거리를 측정하는 거리 측정부; 상기 비콘 노드의 이동트랙 중 선형트랙을 결정하고 결정된 선형트랙에 해당하는 상기 측정 거리들을 상기 측정 거리들 및 상기 절대 좌표 정보들을 고려하여 교정하는 측정값 교정부; 및 상기 절대 좌표 정보들 및 상기 교정된 거리들을 고려하여 상기 무선 노드의 절대 좌표 정보를 추정하는 위치 추정부를 포함한다.
여기서, 상기 측정값 교정부 및 상기 위치 추정부는 상기 비콘 패킷의 미수신 시간이 기 설정된 임계시간 이상인 경우에 동작할 수 있다.
여기서, 상기 측정값 교정부는 수신된 상기 비콘 패킷들의 상기 절대 좌표들 중 서로 인접한 좌표들마다 벡터를 구하고 구해진 벡터들 중 인접한 벡터간의 차가 기 설정된 기준치 이하인 구간을 상기 선형트랙으로서 결정할 수 있다.
여기서, 상기 비콘 노드는 상기 비콘 패킷을 주기적으로 방송할 수 있다.
여기서, 상기 비콘 패킷은 상기 비콘 노드가 상기 비콘 패킷을 방송할 당시 의 절대 좌표 정보를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비콘 패킷은 상기 비콘 패킷의 송신 전력 정보를 더 포함하고, 상기 무선 노드는 상기 비콘 패킷의 수신 전력을 감지하고, 상기 거리 측정부는 상기 송신 전력 정보와 상기 감지된 수신 전력을 고려하여 동작할 수 있다.
여기서, 상기 비콘 패킷은 상기 비콘 패킷의 전송 시각 정보를 더 포함하고, 상기 거리 측정부는 상기 전송 시각 정보와 상기 비콘 패킷의 수신 시각을 고려하여 동작할 수 있다.
여기서, 상기 무선 노드는 기 설정된 주기마다 활성화되며 동작한다. 이 때, 상기 기 설정된 주기는 상기 비콘 패킷의 방송 주기에 따라 결정된 주기일 수 있다. 또한, 상기 비콘 패킷은 방송 주기를 의미하는 주기정보를 더 포함하고, 상기 무선 노드는 상기 방송 주기에 맞추어 상기 기 설정된 주기마다 활성화될 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예가 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 무선 네트워크를 구성하며 3차원 공간상에 임의로 분포된 다수의 무선 노드들 각각의 위치정보를 정확히 추정하는 위치 추정 방법을 제공하는 데 있다.
상기 다른 과제를 이루기 위해, 무선 네트워크를 구성하는 복수의 무선 노드들 중 하나의 무선 노드에서 수행되는 본 발명의 적어도 일 실시예에 의한 위치 추정 방법은, (a) 이동하는 비콘 노드의 절대 좌표 정보를 포함한 비콘 패킷을 상기 비콘 노드로부터 복수 번 수신하는 단계; (b) 상기 수신된 비콘 패킷마다 상기 수신된 비콘 패킷을 분석하여 상기 무선 노드 및 상기 비콘 노드간의 거리를 측정하는 단계; (c) 상기 비콘 노드의 이동트랙 중 선형트랙을 결정하고 결정된 선형트랙 에 해당하는 상기 측정 거리들을 상기 측정 거리들 및 상기 절대 좌표 정보들을 고려하여 교정하는 단계; 및 (d) 상기 절대 좌표 정보들과 상기 교정된 거리들을 고려하여 상기 무선 노드의 절대 좌표 정보를 추정하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 (c) 및 (d) 단계는 상기 비콘 패킷의 미수신 시간이 기 설정된 임계시간 이상인 경우에 수행될 수 있다.
여기서, 상기 (c) 단계는 수신된 상기 비콘 패킷들의 상기 절대 좌표들 중 서로 인접한 좌표들마다 벡터를 구하고 구해진 벡터들 중 인접한 벡터간의 차가 기 설정된 기준치 이하인 구간을 상기 선형트랙으로서 결정할 수 있다.
여기서, 상기 비콘 노드는 상기 비콘 패킷을 주기적으로 방송할 수 있다.
여기서, 상기 비콘 패킷은 상기 비콘 노드가 상기 비콘 패킷을 방송할 당시의 절대 좌표 정보를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비콘 패킷은 상기 비콘 패킷의 송신 전력 정보를 더 포함하고, 상기 무선 노드는 상기 비콘 패킷의 수신 전력을 감지하고, 상기 (b) 단계는 상기 송신 전력 정보 및 상기 감지된 수신 전력을 고려하여 수행될 수 있다.
여기서, 상기 비콘 패킷은 상기 비콘 패킷의 전송 시각 정보를 더 포함하고, 상기 (b) 단계는 상기 전송 시각 정보와 상기 비콘 패킷의 수신 시각을 고려하여 수행될 수 있다.
여기서, 상기 무선 노드는 기 설정된 주기마다 활성화되며 동작한다. 이 때, 상기 기 설정된 주기는 상기 비콘 패킷의 방송 주기에 따라 결정된 주기일 수 있다. 또한, 상기 비콘 패킷은 방송 주기를 의미하는 주기정보를 더 포함하고, 상기 무선 노드는 상기 방송 주기에 맞추어 상기 기 설정된 주기마다 활성화될 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예가 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 무선 네트워크를 구성하며 3차원 공간상에 임의로 분포된 다수의 무선 노드들 각각의 위치정보를 정확히 추정하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.
상기 또 다른 과제를 이루기 위해 무선 네트워크를 구성하는 복수의 무선 노드들 중 하나의 무선 노드에서 수행되는 본 발명의 적어도 일 실시예에 의한 위치 추정 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, (a) 이동하는 비콘 노드의 절대 좌표 정보를 포함한 비콘 패킷을 상기 비콘 노드로부터 복수 번 수신하는 단계; (b) 상기 수신된 비콘 패킷마다 상기 수신된 비콘 패킷을 분석하여 상기 무선 노드 및 상기 비콘 노드간의 거리를 측정하는 단계; (c) 상기 비콘 노드의 이동트랙 중 선형트랙을 결정하고 결정된 선형트랙에 해당하는 상기 측정 거리들을 상기 측정 거리들 및 상기 절대 좌표 정보들을 고려하여 교정하는 단계; 및 (d) 상기 절대 좌표 정보들과 상기 교정된 거리들을 고려하여 상기 무선 노드의 절대 좌표 정보를 추정하는 단계를 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 그 첨부 도면을 설명하는 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 본 발명의 적어도 일 실시예에 의한 위치추정장치와 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1a는 3차원 지형(110), 무선 노드(120)들, 비콘 포인트(140)들을 설명하기 위한 참고도이고, 도 1b는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 비콘 노드가 방송하는 비콘 패킷(130)의 구조도이다.
3차원 지형(110)은 3차원 공간상의 지형을 의미하고, 도 1a에 도시된 3차원 지형(110)은 험난한 산악 지형의 일 례를 나타낸다.
무선 노드(120)는 무선 노드(120) 자신의 위치 정보를 추정한다. 3차원 지형(110)상에 복수의 무선 노드(120)들이 임의로 분포될 수 있으며, 그 복수의 무선 노드(120)들은 무선 네트워크를 형성하고 있다.
비콘 노드(미 도시)는 이동 가능하며 GPS(Global Positioning System) 수신기를 구비하고 매 순간의 비콘 노드 자신의 절대 좌표 정보를 인지할 수 있다. 이러한 비콘 노드(미 도시)는 항공기와 같은 비행 물체에 구현될 수 있다.
비콘 노드(미 도시)는 비콘 패킷(130)이라는 데이터 패킷을 방송한다. 여기서 비콘 노드는 비콘 패킷(130)을 주기적으로 방송할 수 있다. 비콘 포인트(140)는 비콘 노드(미 도시)가 비콘 패킷(130)을 방송하는 순간의 비콘 노드의 지점을 의미한다.
비콘 노드(미 도시)가 방송하는 비콘 패킷(130)은 프리엠블(preamble), 패킷시작 지시자(SFD: Start Frame Delimiter), MAC(Media Access Control) 헤더, 페이로드(payload), CRC(Cyclic Redundancy Checking) 부분으로 구성될 수 있다. 다만 이는 설명의 편의상 그러하며 다양한 변형례가 가능하다.
여기서, 페이로드 부분은 패킷 번호(P_num) 정보를 포함한다. 이 때 패킷 번호 정보란 비콘 패킷(130)마다 부여된 비콘 패킷(130)의 일련번호를 의미한다.
또한, 페이로드 부분은 패킷 주기(P_int) 정보도 포함한다. 이 때, 패킷 주기 정보란 비콘 노드(미 도시)가 비콘 패킷(130)을 얼마의 주기로 방송하는지를 의미하는 패킷 주기를 나타내는 정보를 의미한다.
이러한 페이로드 부분은 패킷 전송 위치(P_pos) 정보도 포함한다. 이 때, 패킷 전송 위치 정보란 비콘 노드(미 도시)의 현재의(구체적으로, 비콘 노드가 비콘 패킷을 방송할 당시의) 절대 좌표 정보를 의미한다.
또한, 페이로드 부분은 비콘 패킷의 송신 전력(P_pwr) 정보도 포함할 수 있다. 비콘 패킷(130)의 송신 전력 정보란 비콘 노드(미 도시)가 비콘 패킷(130)을 얼마의 전력으로 방송하는가를 의미한다.
또한, 페이로드 부분은 비콘 패킷의 전송 시각(P_clk) 정보도 포함할 수 있다. 비콘 패킷(130)의 전송 시각 정보란 비콘 노드(미 도시)가 비콘 패킷(130)을 어느 시각에 방송하는가를 의미한다.
도 2는 본 발명의 적어도 일 실시예에 의한 위치 추정 장치를 나타내는 블록도로서, 수신부(210), 거리 측정부(220), 측정값 교정부(230), 및 위치 추정부(240)를 포함한다. 이러한 위치 추정 장치는 무선 노드에 마련되며, 이하에서는 설명의 편의상, 도 1a에 도시된 복수의 무선 노드(120)들 각각에 마련되어 있다고 가정한다. 한편 도 3은 도 2에 도시된 수신부(210), 거리 측정부(220)를 설명하기 위한 참고도이고, 도 4는 도 2에 도시된 측정값 교정부(230), 위치 추정부(240)를 설명하기 위한 참고도이다.
수신부(210)는 이동하는 비콘 노드가 방송하는 비콘 패킷을 비콘 노드로부터 수신한다. 여기서 비콘 패킷은, 앞서 설명한 바와 같이, 비콘 노드가 비콘 패킷을 방송할 당시의 비콘 노드의 절대 좌표 정보를 포함한다. 설명의 편의상 수신부(210)가 수신하는 비콘 패킷은 도 1b에 도시된 비콘 패킷(130)이라 가정한다.
비콘 노드는 비콘 패킷을 복수 번(예를 들어 주기적으로) 방송하므로, 수신부(210)는 비콘 노드로부터 비콘 패킷을 복수 번 수신한다. 도 3에 도시된 바에서,
Figure 112009018598307-pat00001
는 k번째 무선 노드(120)를 의미하고, 도 1a의 무선 네트워크는 N개의 무선 노드들로 구성되어 있다. 이 때, N은 2이상의 정수이고, k는 1≤k≤N인 정수이다. 무선 노드
Figure 112009018598307-pat00002
는
Figure 112009018598307-pat00003
라는 반경을 갖는 반구 영역내의 모든 비콘 패킷(130)을 수신하며, 무선 노드
Figure 112009018598307-pat00004
가 비콘 패킷(130)을 수신 받을 수 있는 비콘 포인트(140)는 총 M(단, M은 2 이상의 정수)개이고, 도 3에 도시된 바에서
Figure 112009018598307-pat00005
는 그 M개의 비콘 포인트들 중 i(단, i는 1≤i≤M인 정수)번째 비콘 포인트(140)를 의미하고,
Figure 112009018598307-pat00006
는
Figure 112009018598307-pat00007
와
Figure 112009018598307-pat00008
간의 거리를 의미한다. 이러한 도 3을 참조하여 수신부(210)의 복수 번 수신 동작을 설명하면 무선 노드
Figure 112009018598307-pat00009
는 비콘 노드가 비콘 포인트
Figure 112009018598307-pat00010
에 위치해 있을 때 방송한 비콘 패킷을 수신하고, 비콘 노드의 방송 주기가 경과된 후, 비콘 노드가 비콘 포인트
Figure 112009018598307-pat00011
에 위치해 있을 때 방송한 비콘 패킷을 수신하는 등의 원리로, 비콘 노드가 비콘 포인트
Figure 112009018598307-pat00012
에 위치해 있을 때 방송한 비콘 패킷까지 수신함으로써, 비콘 패킷을 총 M번 수신한다.
한편, 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 위치 추정 장치가 마련된 무선 노드(120)는 기 설정된 주기마다 활성화되며 동작하는데, 이 때, 기 설정된 주기는 설명의 편의상, 무선 노드(120)에 수신된 비콘 패킷을 방송한 비콘 노드의 방송 주기에 따라 결정된 주기라고 가정한다. 즉, 비콘 노드는 비콘 패킷을 주기적으로 방송하며, 무선 노드는 비콘 노드의 그 방송 주기에 맞추어 활성화된다고 가정한다.
이 경우, 비콘 노드는 비콘 패킷을 쉼 없이 계속적으로 방송하는 것이 아니라 주기적으로 방송하고, 비콘 노드가 무선 노드로부터 어느 일정 거리 이상 이격되는 경우 그 무선 노드는 비콘 노드가 방송하는 비콘 패킷을 더 이상 수신할 수 없다는 점을 감안할 때, 무선 노드는 전력 소모를 최소화하기 위해 계속적으로 활성화되어 있을 필요가 없고, 방송 주기에 맞추어 깨고(wake-up) 비콘 패킷의 수신 여부를 판단한 뒤 슬립(sleep) 모드로 진입하고, 이 후, 그 방송 주기가 경과하기 직전에 다시 깨어(wake-up)(즉, 그 다음 비콘 패킷을 수신할 것으로 기대되는 시점이 다가오기 직전에 다시 깨어) 비콘 패킷의 수신 여부를 판단하는 등의 과정을 수행한다.
즉 수신부(210)는 비콘 패킷의 수신 여부를 쉼 없이 계속적으로 판단하는 것 이 아니라, 무선 노드가 방송 주기에 맞추어 깰(wake-up) 때마다 비콘 패킷의 수신 여부를 판단함으로써, 무선 노드의 전력 소모 최소화를 도모한다.
거리 측정부(220)는 수신부(210)에 수신된 비콘 패킷마다 그 수신된 비콘 패킷을 분석하여 무선 노드 및 비콘 노드간의 거리를 측정한다.
일 례로서 무선 노드는 수신부(210)에 비콘 패킷(130)이 얼마의 전력으로 수신되었는지 즉, 비콘 패킷의 수신 전력을 감지하고 거리 측정부(220)는 그 감지된 수신 전력과 '그 수신된 비콘 패킷에 포함된 송신 전력 정보에 나타난 송신 전력(P_pwr)'을 고려하여, 무선 노드 및 비콘 노드간의 거리를 측정한다.
다른 례로 거리 측정부(220)는 수신부(210)에 수신된 비콘 패킷(130)에 포함된 전송 시각 정보에 나타난 전송 시각(P_clk)과 '수신부(210)의 비콘 패킷(130) 수신 시각'을 고려하여, 무선 노드 및 비콘 노드간의 거리를 측정한다.
측정값 교정부(230)는 비콘 노드의 이동트랙 중 '선형트랙'을 결정한다.
구체적으로, 측정값 교정부(230)는 비콘 노드의 이동트랙 중 '완벽한 선형트랙'만 '선형트랙'으로서 결정하는 것은 아니며 완벽한 선형트랙에 근사할 수 있는 선형트랙도 '선형트랙'으로서 결정할 수 있다.
이를 위해, 측정값 교정부(230)는 수신부(210)에 수신된 비콘 패킷들의 절대 좌표들 중 서로 인접한 좌표들마다 벡터를 구하고, 구해진 벡터들 중 인접한 벡터간의 차가 기 설정된 기준치 이하인 구간을 '선형트랙'으로서 결정한다. 이 때 비콘 패킷의 절대 좌표란, 그 비콘 패킷을 방송한 비콘 노드가 그 비콘 패킷을 방송할 당시의 절대적 위치 정보인 절대 좌표를 의미한다.
이러한 '선형트랙' 결정 원리를 보다 상술하면 다음과 같다.
측정값 교정부(230)는 비콘 노드의 비콘 포인트들에 대해 2개의 인접한 비콘 포인트마다 트랙벡터(vector)
Figure 112009018598307-pat00013
를 산출한다. 또한 측정값 교정부(230)는 연속한 인접 트랙벡터의 차를 구하고 차의 크기가 주어진 일정범위
Figure 112009018598307-pat00014
(즉, 기준치)내에 존재할 경우에만 '선형트랙'이라 결정한다. 이를 도 4를 참조하여 설명하면, 측정값 교정부(230)는 비콘 포인트 p1, p2, p3, p4,로 트랙벡터
Figure 112009018598307-pat00015
를 구할 수 있는데, 도 4에 도시된 바에서
Figure 112009018598307-pat00016
,
Figure 112009018598307-pat00017
이므로 p1 내지 p4까지의 구간을 선형트랙으로서 결정하는 데 반해,
Figure 112009018598307-pat00018
,
Figure 112009018598307-pat00019
이므로(참고로, 비콘 포인트 p7에서 무선 노드는 비콘 패킷을 수신 받지 못함), p4 내지 p8까지의 구간은 비선형트랙으로서 결정한다.
측정값 교정부(230)는 거리 측정부(220)에 의해 측정된 측정 거리들 중, 그 결정된 선형트랙에 해당하는 측정 거리들을 '그 측정 거리들' 및 '그 결정된 선형트랙에 해당하는 비콘 포인트들의 절대 좌표 정보들'을 고려하여 교정한다.
보다 구체적으로 측정값 교정부(230)는 그 결정된 선형트랙에 해당하는 측정 거리들이 다음의 수학식 1과 같은 함수 관계성을 갖는다고 가정하여, 데이터 최적화 기법을 통한 측정 거리값들의 정제를 수행한다.
Figure 112009018598307-pat00020
여기서, d는 거리 측정부(220)에 의해 측정된 측정 거리를 의미하고, t는 무선 노드에 비콘 패킷이 수신된 시각을 의미하고, x는 무선 노드의 위치를 의미하고, L, K 각각은 2이상의 정수이고, T는 transpose를 의미하고, L은 그 결정된 선형트랙에 속하는 측정 거리들의 총 개수를 의미한다.
이러한 수학식 1에서 더 나아가 측정값 교정부(230)는 그 결정된 선형트랙에 속하는 개의 측정 거리들이 다음의 수학식2와 같은 선형 관계를 갖는다고 가정한다.
Figure 112009018598307-pat00021
측정값 교정부(230)는 수학식 2에서 정의한 함수의 계수
Figure 112009018598307-pat00022
에 대해, 데이터 최적화 기법들 중에서도 가중치 최소 자승 추정기법을 이용하여 다음의 수학식 3에서와 같은 '교정된(정제된)
Figure 112009018598307-pat00023
'를 구할 수 있다.
Figure 112009018598307-pat00024
여기서, 가중치 값은
Figure 112009018598307-pat00025
로 결정하고, p값은 실험값으로 결정한다.
측정값 교정부(230)는 수학식 3에서 구한 계수 값(
Figure 112009018598307-pat00026
)들을 이용하여, '교정된(정제된) 측정 거리 d(=
Figure 112009018598307-pat00027
)'를 다음의 수학식 4에 따라 산출한다.
Figure 112009018598307-pat00028
위치 추정부(240)는 '측정값 교정부(230)에 의해 교정된 거리들' 및 '그 결정된 선형트랙에 해당하는 비콘 포인트들의 절대 좌표 정보들'을 고려하여, 무선 노드의 절대 좌표 정보를 추정한다. 이 때, 위치 추정부(240)는 위치추정기법으로 잘 알려진 '삼각측량기법'이나 'Multidimensional Scaling 기법', '최소 자승 추정법(Least Square Estimation)' 등을 이용할 수도 있다.
한편, 전술한 측정값 교정부(230)와 위치 추정부(240)는 '무선 노드에 비콘 패킷이 미수신되기 시작한 뒤 (미리 설정된) 임계시간이 경과되기 시작하면' 비로소 동작을 개시할 수 있다. 즉, 측정값 교정부(230) 및 위치 추정부(240)는 '비콘 패킷의 미수신 시간이 임계시간 이상인 경우'에 동작할 수 있다. 무선 노드에 비콘 패킷이 미수신되기 시작한 뒤 임계시간이 경과되면 비콘 노드가 '무선 노드가 비콘 패킷을 수신 받을 수 없는 위치'의 비콘 포인트에 존재하는 상황이다.
도 5는 본 발명의 적어도 일 실시예에 의한 위치 추정 방법을 나타내는 플로 우챠트로서, 무선 네트워크를 구성하며 3차원 공간상에 임의로 분포된 다수의 무선 노드들 각각의 위치정보를 정확히 추정하기 위한 단계들(제510 내지 제532 단계들)을 포함할 수 있다. 이러한 위치 추정 방법은 무선 네트워크를 구성하는 무선 노드들 각각마다 수행될 수 있다. 이하, 도 5를 도 1a, 도 1b, 및 도 2를 참조하여 설명한다.
무선 노드(120)는 주기적으로 깨고(wakeup)(제510 단계), 무선 노드(120)에 비콘 패킷이 수신되는지의 여부를 판단한다(제512 단계).
제512 단계에서 무선 노드(120)에 비콘 패킷이 수신되었다고 판단되면, 무선 노드(120)는 그 비콘 패킷에 나타난 '비콘 노드의 방송 주기'에 따라 기상(wakeup)주기를 설정한다(제514 단계). 반면, 제512 단계에서 무선 노드(120)에 비콘 패킷이 수신되지 않았다고 판단되면 제510 단계로 진행한다.
제514 단계 후에, 무선 노드(120)는 수신된 비콘 패킷에 나타난 '비콘 노드의 절대 좌표 정보'를 저장한다(제516 단계).
제516 단계 후에, 무선 노드(120)는 도 1b에 도시된 바와 같은 비콘 패킷을 분석하여, 무선 노드(120)와 비콘 노드간의 거리를 측정한다(제518 단계).
제518 단계 후에, 무선 노드(120)는 다음 비콘 패킷을 수신할 것으로 기대되는 시점이 될 때까지 슬립(sleep) 모드에 있게 된다(제520 단계).
제520 단계 후에, 무선 노드(120)는 다음 비콘 패킷을 수신할 것으로 기대되는 시점이 되면 깨어나서(wake-up)(제522 단계), 무선 노드(120)에 비콘 패킷이 수신되는지의 여부를 판단한다(제524 단계).
제524 단계에서 무선 노드(120)에 비콘 패킷이 수신되었다고 판단되면, 제514 단계로 진행한다.
반면, 제524 단계에서 무선 노드(120)에 비콘 패킷이 수신되지 않았다고 판단되면, 무선 노드(120)는 임계시간이 경과되었는지 판단한다(제526 단계).
제526 단계에서 경과되지 않았다고 판단되면 제510 단계로 진행한다.
반면, 제526 단계에서 경과되었다고 판단되면 무선 노드(120)는 비콘 노드의 이동트랙 중 선형트랙을 결정한다(제528 단계).
제528 단계 후에, 무선 노드(120)는 제528 단계에서 결정된 선형트랙에 해당하는 측정 거리들을 그 측정 거리들과 '그 결정된 선형트랙에 해당하는 비콘 포인트들의 절대 좌표 정보들'을 고려하여 교정한다(제530 단계).
제530 단계 후에, 무선 노드(120)는 '그 결정된 선형트랙에 해당하는 비콘 포인트들의 절대 좌표 정보들'과 '제530 단계에서 교정된 거리들'을 고려하여 무선 노드(120)의 절대 좌표 정보를 추정한다(제532 단계).
이상에서 언급된 본 발명에 의한 위치추정방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장될 수 있다.
여기서, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc))와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명을 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1a는 3차원 지형(110), 무선 노드(120)들, 비콘 포인트(130)들을 설명하기 위한 참고도이다.
도 1b는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 비콘 노드가 방송하는 비콘 패킷의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 적어도 일 실시예에 의한 위치 추정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 수신부(210), 거리 측정부(220)를 설명하기 위한 참고도이다.
도 4는 도 2에 도시된 측정값 교정부(230), 위치 추정부(240)를 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 본 발명의 적어도 일 실시예에 의한 위치 추정 방법을 나타내는 플로우챠트이다.

Claims (21)

  1. 무선 네트워크를 구성하는 복수의 무선 노드 중 하나의 무선 노드에 마련된 위치 추정 장치에 있어서,
    이동하는 비콘 노드의 절대 좌표 정보를 포함한 비콘 패킷을 상기 비콘 노드로부터 복수 번 수신하는 수신부;
    상기 수신된 비콘 패킷마다 상기 수신된 비콘 패킷을 분석하여 상기 무선 노드 및 상기 비콘 노드간의 거리를 측정하는 거리 측정부;
    상기 비콘 노드의 이동트랙 중 선형트랙을 결정하고 결정된 선형트랙에 해당하는 상기 측정 거리들을 상기 측정 거리들 및 상기 절대 좌표 정보들을 고려하여 교정하는 측정값 교정부; 및
    상기 절대 좌표 정보들 및 상기 교정된 거리들을 고려하여 상기 무선 노드의 절대 좌표 정보를 추정하는 위치 추정부를 포함하는 위치 추정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 측정값 교정부 및 상기 위치 추정부는 상기 비콘 패킷의 미수신 시간이 기 설정된 임계시간 이상인 경우에 동작하는 위치 추정 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 측정값 교정부는
    수신된 상기 비콘 패킷들의 절대 좌표들 중 서로 인접한 좌표들마다 벡터를 구하고 구해진 벡터들 중 인접한 벡터간의 차가 기 설정된 기준치 이하인 구간을 상기 선형트랙으로서 결정하는 위치 추정 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 비콘 노드는 상기 비콘 패킷을 주기적으로 방송하는 위치 추정 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 비콘 패킷은 상기 비콘 노드가 상기 비콘 패킷을 방송할 당시의 절대 좌표 정보를 포함하는 위치 추정 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 비콘 패킷은 상기 비콘 패킷의 송신 전력 정보를 더 포함하고, 상기 무선 노드는 상기 비콘 패킷의 수신 전력을 감지하고, 상기 거리 측정부는 상기 송신 전력 정보와 상기 감지된 수신 전력을 고려하여 동작하는 위치 추정 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 비콘 패킷은 상기 비콘 패킷의 전송 시각 정보를 더 포함하고, 상기 거리 측정부는 상기 전송 시각 정보와 상기 비콘 패킷의 수신 시각을 고려하여 동작하는 위치 추정 장치.
  8. 제1 항에 있어서 상기 무선 노드는 기 설정된 주기마다 활성화되며 동작하는 위치 추정 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 기 설정된 주기는 상기 비콘 패킷의 방송 주기에 따라 결정된 주기인 위치 추정 장치.
  10. 제8 항에 있어서, 상기 비콘 패킷은 방송 주기를 의미하는 주기정보를 더 포함하고, 상기 무선 노드는 상기 방송 주기에 맞추어 상기 기 설정된 주기마다 활성화되는 위치 추정 장치.
  11. 무선 네트워크를 구성하는 복수의 무선 노드들 중 하나의 무선 노드에서 수행되는 위치 추정 방법에 있어서,
    (a) 이동하는 비콘 노드의 절대 좌표 정보를 포함한 비콘 패킷을 상기 비콘 노드로부터 복수 번 수신하는 단계;
    (b) 상기 수신된 비콘 패킷마다 상기 수신된 비콘 패킷을 분석하여 상기 무선 노드 및 상기 비콘 노드간의 거리를 측정하는 단계;
    (c) 상기 비콘 노드의 이동트랙 중 선형트랙을 결정하고 결정된 선형트랙에 해당하는 상기 측정 거리들을 상기 측정 거리들 및 상기 절대 좌표 정보들을 고려하여 교정하는 단계; 및
    (d) 상기 절대 좌표 정보들 및 상기 교정된 거리들을 고려하여 상기 무선 노드의 절대 좌표 정보를 추정하는 단계를 포함하는 위치 추정 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 (c) 및 (d) 단계는 상기 비콘 패킷의 미수신 시간이 기 설정된 임계시간 이상인 경우에 수행되는 위치 추정 방법.
  13. 제11 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    수신된 상기 비콘 패킷들의 절대 좌표들 중 서로 인접한 좌표들마다 벡터를 구하고 구해진 벡터들 중 인접한 벡터간의 차가 기 설정된 기준치 이하인 구간을 상기 선형트랙으로서 결정하는 위치 추정 방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 비콘 노드는 상기 비콘 패킷을 주기적으로 방송하는 위치 추정 방법.
  15. 제11 항에 있어서, 상기 비콘 패킷은 상기 비콘 노드가 상기 비콘 패킷을 방송할 당시의 절대 좌표 정보를 포함하는 위치 추정 방법.
  16. 제11 항에 있어서, 상기 비콘 패킷은 상기 비콘 패킷의 송신 전력 정보를 더 포함하고, 상기 무선 노드는 상기 비콘 패킷의 수신 전력을 감지하고, 상기 (b) 단계는 상기 송신 전력 정보 및 상기 감지된 수신 전력을 고려하여 수행되는 위치 추정 방법.
  17. 제11 항에 있어서, 상기 비콘 패킷은 상기 비콘 패킷의 전송 시각 정보를 더 포함하고, 상기 (b) 단계는 상기 전송 시각 정보 및 상기 비콘 패킷의 수신 시각을 고려하여 수행되는 위치 추정 방법.
  18. 제11 항에 있어서 상기 무선 노드는 기 설정된 주기마다 활성화되며 동작하는 위치 추정 방법.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 기 설정된 주기는 상기 비콘 패킷의 방송 주기에 따라 결정된 주기인 위치 추정 방법.
  20. 제18 항에 있어서 상기 비콘 패킷은 방송 주기를 의미하는 주기정보를 더 포함하고, 상기 무선 노드는 상기 방송 주기에 맞추어 상기 기 설정된 주기마다 활성화되는 위치 추정 방법.
  21. 제11 항 내지 제20 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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