KR101020859B1 - 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법 및 그 시스템 - Google Patents

무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CSMA/CA 방식을 사용하는 무선센서 네트워크 환경에서 패킷의 왕복 소요 시간(RTT)을 이용하여 두 노드 사이의 물리적 거리를 검출하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 상대 노드로 전송하는 송 신호의 송신 시간과 송 신호에 응답하여 상대 노드로부터 수신되는 수 신호의 수신 시간을 측정하며, 수 신호 또는 상기 수 신호 다음에 수신되는 신호를 통하여 상대 노드에게서 송 신호의 수신 시간과 수 신호의 송신 시간을 제공받는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 취득된 모든 신호의 송수신 시간을 이용하여 상대 노드까지의 거리를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 두 노드 사이의 거리를 정확하게 검출할 수 있으며, 이에 따라 센서 필드에 위치하는 각각의 노드들의 위치를 정확하게 파악할 수 있다.
센서 네트워크, 무선센서 네트워크(WSN), 노드간 거리 검출, 패킷 송수신 시간 측정, 왕복 소요 시간(Round Trip Time), CSMA/CA, 타이머

Description

무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법 및 그 시스템 {Method and system for detecting distance between nodes in wireless sensor network}
본 발명은 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법 및 그 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식을 사용하는 무선센서 네트워크 환경에서 패킷의 왕복 소요 시간(RTT: Round Trip Time)을 이용하여 두 노드 사이의 물리적 거리를 검출하는 기술에 관련한 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
무선 센서 네트워크는 기존의 무선 네트워크와는 다른 특성을 가지는데, 가격이 저렴하고 전력 효율이 우수하며 통신 거리가 짧은 노드로 구성된 네트워크이다. 따라서 무선 센서 네트워크는 검색, 구조, 재난지역 모니터링, 목표물 트래킹 등 실용적이고 상업적인 다양한 서비스에 적용될 수 있다.
무선 센서 네트워크에 있어서 필수적인 기능 중 하나는 각 노드의 위치 검출 또는 추정기능이다. 수많은 노드 각각에서 관측된 데이터는 각각의 노드의 위치가 명시되지 않으면 실질적 활용이 어려운 경우가 많다. 잘 알려진 위치 결정 방법으 로는 GPS(Globla Positioning Satellite)를 이용한 것이 있지만, 실내에서의 측위에는 GPS를 이용할 수 없을 뿐만 아니라 소형이면서도 저 소비전력이 요구되는 노드에 대해 GPS 수신기는 큰 부담이 된다.
이에 대하여 무선 센서 네트워크의 각 노드 간의 거리를 바탕으로 하여 노드의 위치를 인식하는 방법이 있다. 이렇게 각 노드 간의 거리를 바탕으로 하여 노드 위치를 인식하는 경우에 있어서는 노드 간의 정확한 거리를 검출하는 것이 필수적이다.
노드 간 거리 측정 방식으로는, 수신 신호 세기(Received Signal Strength : RSS)의 감쇄를 관찰하는 ROA(Received signal strength Of Arrival) 기법과, 시간을 이용하여 거리를 측정하는 TOA(Time Of Arrival) 또는 TDOA(Time Difference of Arrival) 기법이 있다. TOA 또는 TDOA 기법은 패킷의 왕복 소요 시간(Round Trip Time : RTT)를 기반으로 하여 전달 지연 시간을 산출함으로써 노드 간의 거리를 검출하는데 시간 측정의 정확도에 따라 성능이 좌우된다.
RTT를 이용한 노드 간 거리 측정 방법의 일례로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0026562호(2002. 4. 10. 공개)는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 통신 기법에서 RTS(Request To Send)-CTS(Clear To Send) 패킷을 이용하여 TOA를 산출함으로써 노드 간 거리를 측정하는 방법을 개시한다. 송신 노드는 패킷의 왕복소요시간(RTS 패킷을 전송한 직후부터 CTS 패킷을 수신한 시점까지의 시간)을 측정하고, 수신 노드는 RTS 패킷을 수신한 직후부터 CTS 패킷을 전송하는 시점까지의 처리지연시간을 측정한다. 처리지연시간은 CTS 패 킷에 포함되어 송신 노드로 전달되며, 왕복소요시간에서 처리지연시간을 차감하여 두 노드간의 패킷지연시간을 산출한다. 상기 공개특허공보는 보다 정확한 측정값을 얻기 위하여 패킷의 송수신 시간 과정에서 발생하는 시스템 지연 시간을 보정하는 방법과 수신 신호로부터 정확한 시점을 얻기 위한 신호 정합 단계 및 전파 환경에 대응하기 위한 확산 코드의 활용 기법을 개시한다.
그런데, CTS 패킷에 포함되는 처리지연시간은 CTS 패킷을 전송하는 시점에서야 계산이 가능하다. 다시 말해, 처리지연시간을 CTS 패킷에 삽입하기 위해서는 패킷 전송 도중에 전송하고자 하는 CTS 패킷을 수정하여야 한다. 그런데 전송 속도가 높아질수록 전송중인 패킷을 수정하면 패킷의 훼손 가능성이 증가하게 되며, 경우에 따라서는 수정 자체가 어려울 수 있다.
특히 센서 네트워크를 구성하는 노드의 시스템 성능이 제한될 경우 왕복소요시간을 이용한 거리 검출 방법은 패킷의 송수신 시간을 정확하게 측정하지 못함으로 인해 오차가 크게 발생하는 문제점이 있다. 그 주된 원인으로는, ①송수신 패킷의 시각을 기록하는 과정에서 노드가 처리하는데 소요되는 시간, ②시각 측정에 있어서 타이머 정확도의 한계, ③송신 패킷에 송신 시각을 저장하는 과정에서 발생하는 패킷 전송 처리지연시간 등이 있다.
도 1은 종래의 센서 네트워크의 송신 노드에서 수신 노드로 패킷 전송시 송수신 시간을 측정함에 있어서 발생하는 오차 원인을 설명하는 도면이다. 도 1에서 ㉴는 채널점유 시도시각을 가리킨다. 상기 도 1을 참조하면, 수신 노드(120)가 패킷을 수신하기 시작하는 수신 시각(㉮)과 수신 노드(120)가 실제 타이머를 읽은 후 기록하는 수신 기록 시각(㉯) 사이의 시간차인 수신 처리 지연 시간(㉰)이 상기 ①에 해당한다. 마찬가지로, 송신 노드(110)의 송신 시각(㉱)과 송신 기록 시각(㉲) 사이에 발생하는 처리지연 시간차(㉳)가 상기 ③에 해당한다. 한편, ②는 노드의 클럭 주파수와 연관됨을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다른 노드와의 통신으로부터 패킷의 송수신이 감지되면 이때의 시각을 기록하고, 이 기록된 시각을 다음 통신 때에 패킷에 담아 제공하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법 및 그 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, (a) 상대 노드로 전송하는 송 신호의 송신 시간과 상기 송 신호에 응답하여 상기 상대 노드로부터 수신되는 수 신호의 수신 시간을 측정하며, 상기 수 신호 또는 상기 수 신호 다음에 수신되는 신호를 통하여 상기 상대 노드에게서 상기 송 신호의 수신 시간과 상기 수 신호의 송신 시간을 제공받는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 취득된 모든 신호의 송수신 시간을 이용하여 상기 상대 노드까지의 거리를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계는 (aa) 질의하거나 보유중인 데이터를 제공하기 위해 상대 노드로 전송하는 알림 신호의 송신 시간 또는 상기 알림 신호에 응답하는 응답 신호의 수신 시간을 측정하며, 상기 응답 신호 또는 상기 응답 신호 다음에 수신되는 신호를 통하여 상기 상대 노드에게서 상기 알림 신호의 수신 시간 또는 상기 응답 신호의 송신 시간을 제공받는 단계; 또는 (aa') 질의하거나 보유중 인 데이터를 제공하려고 상대 노드가 전송하는 알림 신호의 수신 시간 또는 상기 알림 신호에 응답하는 응답 신호의 송신 시간을 측정하며, 상기 알림 신호 또는 상기 알림 신호 다음에 수신되는 신호를 통하여 상기 상대 노드에게서 상기 알림 신호의 송신 시간 또는 상기 응답 신호의 수신 시간을 제공받는 단계로 구체화된다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계는 2회 ~ 두 노드가 데이터를 교환할 수 있게 일정 할당된 시간 내에서 최대로 가능한 N회 반복한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계는 (ba) 상기 (a) 단계에서 취득된 모든 신호의 송수신 시간을 이용하여 상기 상대 노드까지의 신호 도달 시간을 계산하는 단계; 및 (bb) 상기 계산된 신호 도달 시간을 이용하여 상기 상대 노드까지의 거리를 검출하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 상대 노드로 전송하는 송 신호의 송신 시간과 상기 송 신호에 응답하여 상기 상대 노드로부터 수신되는 수 신호의 수신 시간을 측정하며, 상기 수 신호 또는 상기 수 신호 다음에 수신되는 신호를 통하여 상기 상대 노드에게서 상기 송 신호의 수신 시간과 상기 수 신호의 송신 시간을 제공받는 센싱 노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 센싱 노드는 질의하거나 보유중인 데이터를 제공하기 위한 노드이거나 상기 질의나 상기 데이터를 제공받는 노드인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 센싱 노드는 취득된 모든 신호의 송수신 시간을 이용하여 상기 상대 노드까지의 신호 도달 시간을 계산하며, 상기 계산된 신호 도달 시간 을 이용하여 상기 상대 노드까지의 거리를 검출한다.
바람직하게는, 상기 센싱 노드는 상기 상대 노드로 전송하는 송 신호의 송신 시간과 상기 송 신호에 응답하여 상기 상대 노드로부터 수신되는 수 신호의 수신 시간을 측정하는 시간 측정부; 및 상기 수 신호 또는 상기 수 신호 다음에 수신되는 신호를 통하여 상기 상대 노드에게서 상기 송 신호의 수신 시간과 상기 수 신호의 송신 시간을 제공받으면, 상기 제공받은 시간들과 상기 시간 측정부가 측정한 시간들을 이용하여 상기 상대 노드까지의 거리를 검출하는 거리 검출부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 다른 노드와의 통신으로부터 패킷의 송수신이 감지되면 이때의 시각을 기록하고, 이 기록된 시각을 다음 통신 때에 패킷에 담아 제공함으로써 다음 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 노드가 패킷의 왕복 소요 시간을 정확하게 측정할 수 있다. 이에 따라, 다른 노드와의 거리를 정확하게 검출할 수 있다. 더 나아가, 센서 필드에 위치하는 각각의 노드들의 위치를 정확하게 파악할 수 있다. 둘째, 다른 노드로 전송중인 패킷을 수정하지 않아도 되며, 정확한 패킷의 송수신 시점을 다른 노드에 제공할 수 있다. 셋째, GPS를 이용하지 않아도 되므로 비용 절감을 창출할 수 있고, 특정물의 실내 위치도 용이하게 파악할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 응답 속도가 빠른 카운터와 동작 주파수가 높은 클럭을 사용함으로써 다음 효과도 얻을 수 있다. 첫째, 에너지 소비량이 적기 때문에 시스템 성능이 제한되는 노드에 적합하다. 둘째, 다른 노드로의 패킷 전달 시간값 에 대한 정확도를 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선센서 네트워크 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다. 상기 도 2에 도시한 바에 따르면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선센서 네트워크 시스템(200)은 적어도 2개 이상의 센서 노드(210), 싱크 노드(215), 센싱데이터 관리 서버(230), 센싱데이터 관리 데이터베이스(235) 및 관찰자 단말기(240)를 포함한다.
무선센서 네트워크 시스템(200)에서는 센서 필드(sensor field; 220)에 분포된 센서 노드(210)가 특정 데이터를 센싱하면 싱크 노드(215)가 일정 경로를 통하여 이를 수집하여 유무선 통신망을 통하여 센싱데이터 관리 서버(230)로 전달하게 된다. 센싱데이터 관리 서버(230)는 이를 이용하여 센서 필드(220)에 이상이 발생했는지 여부를 판별하게 되며, 센싱데이터 관리 데이터베이스(235)에 관련 데이터 를 저장시키게 된다. 그러면, 관찰자는 관찰자 단말기(240)를 통하여 센싱데이터 관리 서버(230)에 접속하여 이를 확인하고 적절한 조치를 취할 수 있게 된다. 또는, 센싱데이터 관리 서버(230)에 의해 관찰자 단말기(240)로 관련 데이터를 제공받아 관찰자가 이를 토대로 적절한 행위를 할 수 있게 된다.
이러한 일련의 과정을 예로 들면, 센서 필드(220)가 전쟁 지대인 경우 센싱 데이터는 특정물이 아군인지 적군인지에 대한 데이터가 될 수 있으며, 센싱데이터 관리 서버(230) 또는 관찰자 단말기(240)는 이로부터 적군의 이동 상황을 파악할 수 있게 된다. 한편, 싱크 노드(215)는 유무선 통신망을 통하여 관찰자 단말기(240)로 센싱 데이터를 직접 전달하는 것도 가능하다. 이러한 경우에는 관찰자가 디스플레이 장치에 표시되는 데이터를 쉽게 이해할 수 있도록 싱크 노드(215) 또는 관찰자 단말기(240)가 센싱 데이터를 가공함이 바람직하다.
센서 노드(210)는 컴퓨팅 파워가 부여된 센싱 디바이스(Sensing Device)로서, 무선센서 네트워크를 구성하는 지능형 통신 디바이스를 말한다. 이러한 센서 노드(210)는 본 발명의 실시예에서 물리적인 상황 데이터를 수집하고 상황 변화에 반응하여 실시간 상황탐지 정보, 즉 센싱 데이터를 무선통신을 이용하여 싱크 노드(215)로 전달하는 기능을 한다. 여기에서, 무선통신은 통상의 RF 통신을 말하며, 이에는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth), 와이파이(WiFi) 등이 적용될 수 있다.
센서 노드(210)는 그 내부에 센서, 로컬저장모듈, 통신모듈, 프로세서 및 배터리 등이 구비될 수 있다. 예컨대, 이러한 센서 노드(210)는 Jamal N. Al-Karaki 및 Ahmed E. Kamal이 2004년도 'IEEE Wireless Communications 11, 6-28'에 발표한 "Routing Techniques in Wireless Sensor Networks : A Survey"에 나타난 바와 같이 구성될 수 있다. 센서 노드(210)의 내부 구성에 대한 보다 상세한 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.
센서 노드(210)는 본 발명의 실시예에서 에너지 낭비의 원인이 되는 Collision, Overhearing, Control packet overhead, Idle listening 등을 해결함이 바람직하다. 그 이유는 다음과 같다. 상기에서, Collision은 패킷 충돌시 패킷 정보의 손상으로 사용할 수 없게 되는 경우를 말한다. 이러한 경우, 센서 노드(210)는 정보를 담은 패킷을 재전송해야 하는 부담이 발생한다. Overhearing은 목적지가 자신이 아닌 다른 노드임에도 센서 노드(210)가 이를 수신하는 경우를 말한다. 이러한 경우, 센서 노드(210)는 수신한 패킷을 목적지에 해당하는 노드로 전송해야 하는 부담이 발생한다. Control packet overhead는 센서 노드(210)가 취득한 센싱 정보 외에 네트워크 컨트롤 패킷과 같이 전송하지 않아도 무방한 패킷을 전송하는 경우를 말한다. Idle listening은 센서 노드(210)가 다른 노드로부터 언제 데이터를 수신하게 될지 모르기 때문에 수면 상태에 돌입하지 않고 계속적으로 대기 상태를 유지하는 경우를 말한다.
싱크 노드(215)는 본 발명의 실시예에서 센서 노드(210)의 센싱 데이터를 수집하여 이를 유무선 통신망을 통하여 센싱데이터 관리 서버(230)에 전달하는 게이트웨이 역할을 수행한다. 여기에서, 유무선 통신망이라 함은 싱크 노드(215)와 센싱데이터 관리 서버(230)를 중계하는 통신망으로서, 본 발명의 실시예에서는 인터 넷망이나 이동통신망(예컨대, CDMA망)으로 구성된다. 그러나, 반드시 이에만 한정될 필요는 없으며 GPS망이나 WPAN(Wireless Personal Area Network)망 등으로 구성되는 것도 가능하다.
싱크 노드(215)는 대체적인 구성이 센서 노드(210)와 유사하나, 센싱 기능을 하지 않고 무한정 에너지 공급을 받을 수 있다는 점에서 구별된다. 싱크 노드(215)는 이러한 점을 감안할 경우 본 발명의 실시예에서 기지국(Base station)으로 대체됨도 가능하다. 기지국은 이동식 또는 고정식의 무선국을 말하는데, 본 발명의 실시예에서 유무선 통신망이 이동통신망으로 구성되는 경우 특히 기지국으로의 대체가 바람직하겠다.
센싱데이터 관리 서버(230)는 싱크 노드(215)로부터 센싱 데이터를 전달받아 이를 처리하는 기능을 하는 서버이다. 이러한 센싱데이터 관리 서버(230)는 본 발명의 실시예에서 센싱 데이터를 토대로 센서 필드(220)에 이상발생 현상이 있는지 여부를 판별하며, 그 결과를 센싱데이터 관리 데이터베이스(235)에 기록하거나 관찰자 단말기(240)에 제공하는 기능을 수행한다.
센싱데이터 관리 데이터베이스(235)는 센싱데이터 관리 서버(230)가 생성한 데이터를 저장하거나 각종 정보를 담고 있는 데이터베이스를 제공한다. 이러한 센싱데이터 관리 데이터베이스(235)는 본 발명의 실시예에서 센싱 데이터와 센싱데이터 관리 서버(230)의 해석/판별 결과값을 저장한다.
관찰자 단말기(240)는 센서 필드(220)에 센서 노드(210)를 설치한 자 또는 센싱 데이터의 결과값을 요청하는 자가 접속하는 단말기이다. 이러한 관찰자 단말 기(240)는 본 발명의 실시예에서 상기 결과값을 표시하거나 이를 센싱데이터 관리 서버(230)에 요청하는 기능을 수행한다. 한편, 본 발명에서는 센싱데이터 관리 서버(230)가 관찰자 단말기(240)로부터 접속 요청을 받을 경우 상기 관찰자 단말기(240)를 인증함(즉, 상기 관찰자 단말기(240)를 통해 접속 요청하는 자가 정당한 자인지 여부를 판별함)이 바람직하다. 이는 센싱 데이터 또는 그 결과값에 대한 보안성을 보다 향상시키기 위함이다.
한편, 무선센서 네트워크 시스템(200)은 관리자 단말기를 더 포함할 수 있다. 관리자 단말기는 센싱데이터 관리 서버(230)의 운용을 책임지는 관리자가 접속하는 단말기로서, 본 발명의 실시예에서 센싱데이터 관리 서버(230)에 수시 접속하여 정상 상태로 운용되고 있는지를 체크하는 기능을 수행한다.
이상 상술한 본 발명에 따른 무선센서 네트워크 시스템(200)은 센서 노드(210) 간에 센싱 데이터를 담은 패킷을 주고 받을 때에 이 패킷의 송수신 시각을 체크하며, 체크된 시각을 이용하여 패킷을 주고 받는 센서 노드(210) 사이의 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다. 무선센서 네트워크 시스템(200)의 이러한 기능을 고려하여, 본 발명에 따른 센서 노드(210)는 패킷의 송신 시간을 측정하며, 다른 센서 노드로부터 전달된 패킷의 송신 시간과 이 패킷의 수신 시간을 이용하여 상기 센서 노드와의 거리를 계산하는 역할을 수행한다. 이하, 이러한 센서 노드(210)에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선센서 네트워크 시스템에 구비 되는 센서 노드의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 상기 도 3에 도시한 바에 따르면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서 노드(210)는 센싱부(310), 제어부(320), 통신부(330), 전원부(340), 패킷 전송시간 측정부(350), 및 거리 검출부(360)를 포함한다.
센싱부(310)는 배치된 장소에 발생되는 각종 이벤트를 감지하는 기능을 수행한다. 이러한 센싱부(310)는 적어도 하나 이상의 센서를 포함하여 이루어진다.
제어부(320)는 센서 노드(210)의 전체적인 작동을 제어(연산 처리)하는 기능을 수행한다. 이러한 제어부(320)는 본 발명의 실시예에서 초소형/저전력 MCU(Micro Controller Unit)로 구현됨이 바람직하다. 이 경우, MCU에는 CPU, 프로그램 메모리, SRAM, EEPROM, ADC 등이 집적될 수 있으며, 그 예로 아트멜의 ATMega128L, TI의 MSP430, 마이크로칩의 PIC18F 등이 있다. 한편, 제어부(320)는 A/D Converter를 포함하여 센싱부(310)가 감지한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능도 수행할 수 있다.
통신부(330)는 안테나(331)를 구비하며, 센싱 데이터(또는 이벤트)를 포함하는 패킷을 외부로 송신하거나 다른 센서 노드(210)로부터 전송된 패킷을 수신하는 기능을 수행한다. 이러한 통신부(330)는 본 발명의 실시예에서 송수신 패킷을 감지하는 패킷 감지부(332)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
전원부(340)는 센서 노드(210)의 원활한 구동이 가능하도록 센서 노드(210)를 구성하는 각 부에 에너지를 공급하는 기능을 수행한다. 이러한 전원부(340)는 예컨대 배터리인 파워 제너레이터(power generator)를 이용하여 구현될 수 있다.
패킷 전송시간 측정부(350)는 통신부(330)의 패킷 송수신 시각을 측정하는 기능을 수행한다. 이러한 패킷 전송시간 측정부(350)는 시간을 측정하는 타이머(timer)로 구현될 수 있는데, 구체적으로는 왕복 소요 시간(RTT: Round Trip Time)을 측정할 수 있도록 시간 분해능(time resolution)을 가지는 카운터(351), 및 통신부(330)의 패킷 송수신시 카운터 값을 저장할 수 있는 레지스터(352)를 구비할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 패킷 전송시간 측정부(350)가 측정한 패킷의 송수신 시각을 기록하는 기능은 제어부(320)가 담당하며, 이를 위해 제어부(320)는 패킷의 준비 및 송수신에도 관여한다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 제어부(320) 대신 상기 기능을 수행하는 측정시간 관리부를 별도로 구비하는 것도 가능하다.
패킷 전송시간 측정부(350)가 카운터(351)와 레지스터(352)로 구현될 경우, 본 발명의 실시예에서 다음과 같이 작동된다. 먼저, 제어부(320)는 제어 신호(a)를 통해 통신부(330)의 동작을 제어하고, 데이터 버스(b)를 통해 통신부(330)와 패킷 송수신 데이터를 교환한다. 또한, 제어부(320)는 패킷 전송시간 측정부(350)로부터 시각 정보를 읽어온다. 패킷 감지부(332)는 통신부(330)가 패킷을 송신하거나 수신할 때 패킷 헤더의 일정 패턴(즉, 패킷의 프리앰블(preamble) 또는 패킷 시작 지시자)을 감시한다. 패킷 감지부(332)가 일정 패턴을 감지하면, 즉시 제어부(320)의 외부 인터럽트 입력 단자인 INT_1(321)과 레지스터(352)의 Enable(353)에 패킷 송수신 감지신호(c)를 인가한다. 인가된 신호(c)를 기준으로 레지스터(352)는 카운터(351)로부터 현재 카운터 값을 읽어 저장한다. 이후, 제어부(320)가 레지스 터(352)에 저장된 값을 읽어들인 다음, 인가된 신호(c)의 발생 시점을 계산한다.
도 6은 제어부(320)에 구비되는 INT_1(321)의 인터럽트 핸들러에 대한 내용이다. 구체적으로, 통신부(330)가 패킷 송수신 감지신호(c)를 제어부(320)에 인가시켰을 때, 제어부(320)의 작동에 대한 내용이다.
상기에서 언급하였듯이 레지스터(352)가 카운터 값을 저장하면, 제어부(320)는 인가된 신호(c)의 발생 시점, 즉 패킷 송신 기록 시간(또는 패킷 수신 기록 시간)을 산출한다(S600). 산출되는 시간은 제어부가 가지고 있던 "msec_unit+1000×{sec_unit+60×(min_unit+60×hour_unit)}"와 레지스터에 저장된 카운터 값을 합산하여 얻을 수 있다. 이후, 제어부(320)는 모든 통신이 끝났는지를 확인하고(S610), 통신이 끝난 경우에는 자신이 패킷 전달 시간 Δt를 계산하는지를 판별한다(S620). 만약 자신이 패킷 전달 시간을 계산해야 한다면, 제어부(320)는 [수학식 2]와 [수학식 3]을 이용하여 다른 센서 노드까지의 패킷 전달 시간을 계산한다(S630). 패킷 전달 시간 Δt, [수학식 2], 및 [수학식 3]에 관해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 상세하게 후술할 것이다.
카운터(351)는 다수의 플립플롭(flip-flop)으로 구성된 디바이스로 기능이 단순하고 가격이 저렴하다. 게다가, 카운터(351)는 하드웨어(H/W)만으로 구성되기 때문에 동작 반응 속도가 매우 빠른 장점도 있다. 또한, 소정 주기가 경과한 후 카운터(351)에 자동으로 오버플로우(overflow)가 발생되면, 카운터(351)는 이 사실에 대한 신호를 제어부(320)의 외부 인터럽트 입력 단자인 INT_2(322)에 인가시키기 때문에, 제어부(320)는 GPIO_1(323)을 통해 카운터(351)를 리셋(reset)시키는 등 내부 시각 정보를 갱신시킬 수 있다.
이와 같이, 시스템 성능이 제한되는 센서 노드(210)라 하더라도 이러한 패킷 전송시간 측정부(350)가 주는 부담은 매우 적다. 뿐만 아니라, 세밀한 시각 측정에 대한 노드 부하도 감소시키는 효과도 거둘 수 있다.
도 7은 제어부(320)에 구비되는 INT_2(322)의 인터럽트 핸들러에 대한 내용이다. 구체적으로, 카운터(351)로부터 오버플로우 신호가 인가되었을 경우, 제어부(320)의 작동에 관련한 것이다. 본 발명의 실시예에서 카운터(351)는 1ms 주기로 INT_2(322)에 오버플로우 신호를 인가하는데, 사용하는 카운터(351)와 클럭 주파수에 따라 INT_2(322)에 인가되는 신호의 주기는 달라질 수 있다.
먼저, 1msec 단위로 INT_2(322)에 입력되는 신호에 따라, 제어부(320)는 카운터(351)가 다시 동작할 수 있도록 명령한다(S700). 이후, 제어부(320)는 msec_unit을 증가시키고, msec_unit 변수가 1000인지를 판별한다(S710). msec_unit 변수가 1000이 아니라면 종료하지만, msec_unit 변수가 1000이라면 msec_unit 변수를 0으로 설정하고, 초(second)를 저장하는 sec_unit 변수값을 증가시킨다. 이후, sec_unit 변수가 60인지를 판별한다(S720). sec_unit 변수가 60이 아니라면 종료하지만, sec_unit 변수가 60이라면 sec_unit 변수를 0으로 설정하고, 분(minute)을 저장하는 min_unit 변수값을 증가시킨다. 이후, min_unit 변수가 60인지를 판별한다(S730). min_unit 변수가 60이 아니라면 종료하지만, min_unit 변수가 60이라면 min_unit 변수를 0으로 설정하고, 시(hour)를 저장하는 hour_unit 변수값을 증가시킨다. 이후, hour_unit 변수가 24가 되면 0으로 초기화한다(S740).
이상에 따라 1msec 이하 정밀한 시각 측정은 카운터(351)가 담당하고, 1msec 이상의 시각 측정은 제어부(320)가 관리한다면, 인터럽트 발생 빈도를 대폭 감소시키고, 제어부(320)에 인가되는 부하를 크게 줄일 수 있게 된다.
다시 도 3을 참조하여 설명한다.
거리 검출부(360)는 다른 센서 노드로부터 전달된 패킷의 송신 시간과 패킷 전송시간 측정부(350)가 측정한 이 패킷의 수신 시간을 이용하여 상기 센서 노드와의 거리를 검출하는 기능을 수행한다. 거리 검출부(360)의 거리 검출 방법은 도면을 참조하여 상세하게 후술할 것인 바, 여기서는 그 내용을 생략한다.
한편, 센서 노드(210)는 레지스터(362)와 별도로 저장부를 더 구비할 수 있다. 이때의 저장부는 센싱 데이터(Sensing Data)나 센서 데이터(Sensor Data)를 저장한다. 센싱 데이터는 센싱부(310)에 의해 측정된 상황 정보인 이벤트를 의미하는 말로, 온도, 습도, 진동 등에 대한 측정치로 표현될 수 있다. 그리고, 센서 데이터는 센서 노드(210) 자체에 대한 정보 즉, 노드 이름, ID, 위치, 네트워크 주소 등을 의미하는 말이다. 센서 데이터는 센서 노드(210)의 메모리 한계를 감안하여 센싱정보 관리 데이터베이스(235)에 저장되는 것이 더 바람직하겠다.
다음으로, 본 발명에 따른 센서 노드(이하, 이를 제1 센서 노드라 칭함)가 다른 센서 노드(이하, 이를 제2 센서 노드라 칭함)와의 패킷 교환을 통해, 두 센서 노드 사이의 거리를 검출하는 방법을 설명한다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 두 센서 노드 사이의 거리를 검출하는 방법을 도시한 순서도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1 센서 노드가 제2 센서 노드와의 거리를 검출하기 위해 서로 통신하는 과정을 도시한 흐름도이다.
종래에는 패킷에 이 패킷의 송신 기록 시간을 담아 전송함으로써 센서 노드가 패킷의 왕복 소요 시간을 계산하였다. 그런데, 이 송신 기록 시간은 패킷을 생성한 시간에 지연 시간을 합산한 값으로, 지연 시간은 패킷을 생성한 시점에서 패킷을 전송할 예정 시점까지의 시간차로부터 구하였다. 그러나, 이 송신 기록 시간은 패킷 전송 때마다 변경되는 지연 시간으로 인해 실제값과는 많은 차이를 보였다. 이에, 본 발명에서는 패킷의 송신 기록 시간의 정확한 측정과 전달을 위해 패킷 송신 기록 시간은 도 3의 통신부(330), 패킷 전송시간 측정부(350), 제어부(320) 등을 이용하여 취득하고, 이때의 시간 정보는 다음 패킷에 넣어서 전송하는 방법을 제안한다. 이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.
일반적으로 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 프로토콜의 경우, (RTS-CTS)-(DATA-ACK)의 순서로 패킷 교환이 이루어진다. 첫번째 패킷 교환 과정(RTS-CTS)(S400)에서 먼저 제1 센서 노드(510)는 통신부(330)를 통하여 제2 센서 노드(520)로 RTS(Request To Send) 패킷을 전송하며, 패킷 전송시간 측정부(350)를 이용하여 상기 RTS 패킷의 송신 시간 S(t1)을 측정 기록한다(S401). 이후, 제2 센서 노드(520)가 패킷 전송시간 측정부(350)를 이용하여 RTS 패킷의 수신 시간 R(t2)를 측정 기록한다(S402). 그런 다음, 제2 센서 노드(520)는 RTS 패킷의 응답으로 R(t2)를 기록한 CTS(Clear To Send) 패킷을 제1 센서 노드(510)로 전송 하며, 패킷 전송시간 측정부(350)를 이용하여 CTS 패킷의 송신 시간 R(t3)를 측정 기록한다(S403). 이후, 제1 센서 노드(510)는 CTS 패킷의 수신 시간 S(t4)를 측정 기록한다(S404).
이상의 S401~S404 단계에 따라, 제1 센서 노드(510)는 S(t1), R(t2), S(t4)를 확보할 수 있다. 그러나, 거리 검출부(360)가 두 센서 노드(510, 520)의 거리를 계산하기 위해서는 패킷 전달 시간 Δt가 필요하다. 또한, 이 패킷 지연 시간을 구하기 위해서는 R(t3)가 필요하게 된다. 제1 센서 노드(510)의 R(t3) 확보는 두번째 패킷 교환 과정(DATA-ACK)(S410)을 통해 달성할 수 있다. 구체적으로, 제2 센서 노드(520)가 DATA 패킷에 대한 응답으로 ACK(ACKnowledgement) 패킷을 전송할 때에 이 ACK 패킷에 담아 전송한다.
두번째 패킷 교환 과정을 구성하는 상세 단계는 다음과 같다. 먼저, 제1 센서 노드(510)가 DATA 패킷을 전송하고, DATA 패킷의 송신 시간 S(t5)를 측정 기록한다(S411). 이후, 제2 센서 노드(520)가 DATA 패킷의 수신 시간 R(t6)을 측정 기록한다(S412). 이후, 제2 센서 노드(520)가 R(t6)을 담은 ACK 패킷을 전송하며, ACK 패킷의 송신 시간 R(t7)을 측정 기록한다(S413). 이후, 제1 센서 노드(510)가 ACK 패킷의 수신 시간 S(t8)을 측정 기록한다(S414).
그런데, S(t1), R(t2), R(t3), S(t4)를 이용하여 검출한 두 센서 노드(510, 520) 사이의 거리가 맞는지를 검증해볼 필요가 있다. 이에, 본 발명의 실시예에서는 두번째 패킷 교환 과정 이후 제2 센서 노드(520)가 R(t7)에 대한 정보를 담은 T_ACK 패킷을 전송한다(S420). 그러면, 제1 센서 노드(510)는 S(t5), R(t6), R(t7), S(t8)도 확보하여 두 센서 노드(510, 520) 사이의 거리를 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.
Slotted CSMA/CA 프로토콜의 경우, 두 센서 노드(510, 520)가 패킷을 교환할 수 있는 총 시간은 일정하게 할당된다. 이에 따라, 제2 센서 노드(520)가 ACK 패킷을 전송한 이후에도 많은 시간이 남아있을 수 있다. 따라서, 패킷 전달 시간 Δt의 정확도를 개선하기 위해 본 발명의 실시예에서는 남아있는 시간동안 계속해서 패킷 교환 과정이 이루어지도록 함이 바람직하다.
S420 단계 이후, 제1 센서 노드(510)의 거리 검출부(360)는 확보된 S(t1), R(t2), R(t3), S(t4) 및 S(t5), R(t6), R(t7), S(t8)을 이용하여 제2 센서 노드(520)까지의 패킷 전달 시간 Δt를 계산한다(S430).
두 센서 노드(510, 520) 사이의 패킷 전달 시간 Δt는 다음과 같이 구할 수 있다. 먼저, 임의의 k번째 패킷 교환 과정에서 제1 센서 노드(510)가 제2 센서 노드(520)로 전송하는 요청 패킷을 Q(reQuest) 패킷이라 하고, 제2 센서 노드(520)가 제1 센서 노드(510)로 전송하는 응답 패킷을 W(ansWer) 패킷이라 가정한다. 그러면, 제1 센서 노드(510)가 W 패킷을 수신하는 S(t4k)는 [수학식 1]과 같이 정의된 다.
S(t4k)=S(t4k -3)+Δtk+{R(t4k -1)-R(t4k -2)}+Δtk
상기에서, S(t4k)는 제1 센서 노드(510)의 W 패킷 수신 시간, S(t4k -3)은 제1 센서 노드(510)의 Q 패킷 송신 시간, R(t4k -1)은 제2 센서 노드(520)의 Q 패킷 수신 시간, R(t4k -2)는 제2 센서 노드(520)의 W 패킷 송신 시간, Δtk는 제1 센서 노드(510)에서 제2 센서 노드(520)로의 패킷 전달 시간 또는 제2 센서 노드(520)에서 제1 센서 노드(510)로의 패킷 전달 시간이다.
따라서, 상기 수학식 1로부터 패킷 전달 시간 Δtk는 [수학식 2]와 같이 구할 수 있다.
Δtk=[S(t4k)-S(t4k -3)-{R(t4k -1)-R(t4k -2)}]/2
그런데, 상술하였듯이 CSMA/CA 프로토콜의 경우, 2번의 패킷 교환 과정을 통하여 2개의 패킷 전달 시간 Δtk를 구할 수 있다. 따라서, 이 경우에는 2개의 값 중에서 작은 값을 패킷 전달 시간으로 결정한다. 한편, Slotted CSMA/CA 프로토콜의 경우, N번의 패킷 교환 과정을 통하여 N개의 패킷 전달 시간을 구할 수 있다. 이 경우에는 N개의 값에 대한 평균값을 패킷 전달 시간으로 결정한다. 이상의 내용을 정리하여 보면, [수학식 3]과 같다.
Figure 112008058944620-pat00001
S430 단계 이후, 거리 검출부(360)는 취득된 패킷 전달 시간을 이용하여 두 센서 노드(510, 520)의 거리를 검출한다(S440). 두 센서 노드(510, 520)의 거리 검출식은 [수학식 4]와 같다.
d=Vp×Δt
상기에서, d는 두 센서 노드 간의 거리로 단위는 meter이며, Vp는 패킷의 전달 속도(일반적으로 무선의 경우, Vp=3×108m/s)이다.
한편, 본 발명의 실시예에서 제2 센서 노드(520)가 제1 센서 노드(510)까지의 거리를 검출하는 것도 가능하다. 제2 센서 노드(520)의 이러한 기능이 가능하기 위해서는 제1 센서 노드(510)로부터 S(t1), S(t4), S(t5), S(t8)를 제공받아야 한다. 그런데, 이는 상술한 도 4 및 도 5로부터 용이하게 유추할 수 있는 바, 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이상에서 보는 바와 같이, 도 3의 센서 노드를 이용하여 도 4 및 도 5에 따라 패킷 전달 시간을 계산하고 두 센서 노드 사이의 거리를 검출한다면, 종래와는 달리 도 8에 도시된 바와 같이 패킷을 송신하는 노드(110)의 송신 시각(㉱)과 송신 기록 시각(㉲)의 시간차(㉳), 패킷을 수신하는 노드(120)의 수신 시각(㉮)과 수신 기록 시각(㉯)의 시간차(㉰)를 대폭 줄일 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 센서 네트워크, 무선 LAN 등에서 사용 가능하며, 병원에서 환자 찾기, 미아 찾기, 항만 컨테이너 위치 확인 등에 응용될 수 있다. 특히, 본 발명은 GPS 통신망을 이용하지 않고 실내에서의 특정물의 위치를 정확하게 파악할 수 있기 때문에 병원, 박물관 등 실내 건물에서 사람을 찾는 데에 보다 유용하게 적용할 수 있다.
도 1은 종래의 센서 네트워크의 송신 노드에서 수신 노드로 패킷 전송시 송수신 시간을 측정함에 있어서 발생하는 오차 원인을 설명하는 타이밍 다이어그램,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선센서 네트워크 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선센서 네트워크 시스템에 구비되는 센서 노드의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 두 센서 노드 사이의 거리를 검출하는 방법을 도시한 순서도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1 센서 노드가 제2 센서 노드와의 거리를 검출하기 위해 서로 통신하는 과정을 도시한 흐름도,
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서 노드의 제어부 구동을 설명하기 위한 개념도,
도 8은 본 발명에 따라 개선된 패킷 전송시간 측정 오차를 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 송신 노드 120 : 수신 노드
200 : 무선센서 네트워크 시스템 210 : 센서 노드
215 : 싱크 노드 230 : 센싱데이터 관리 서버
240 : 관찰자 단말기 310 : 센싱부
320 : 제어부 330 : 통신부
332 : 패킷 감지부 340 : 전원부
350 : 패킷 전송시간 측정부 360 : 거리 검출부

Claims (20)

  1. (a) 무선센서 네트워크에서 신호의 왕복 지연 시간을 이용하여 두 노드 간의 거리를 추정할 때에, 다른 노드의 도움 없이 두 노드가 신호의 송수신 시점을 각자 측정하고, 상대 노드로 전송하는 송 신호의 송신 시간을 상기 송 신호 다음에 전송하는 송 신호를 통해 제공하거나 상대 노드에게 전송받는 수 신호의 송신 시간을 상기 수 신호 다음에 전송받는 수 신호를 통해 제공받는 단계; 및
    (b) 상기 (a) 단계에서 취득된 모든 신호의 송수신 시간을 이용하여 상대 노드까지의 신호 도달 시간을 계산하며, 상기 계산된 신호 도달 시간을 이용하여 상대 노드까지의 거리를 검출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (aa) 질의하거나 보유중인 데이터를 제공하기 위해 상대 노드로 전송하는 알림 신호의 송신 시간 또는 상기 알림 신호에 응답하는 응답 신호의 수신 시간을 측정하며, 상기 응답 신호 또는 상기 응답 신호 다음에 수신되는 신호를 통하여 상기 상대 노드에게서 상기 알림 신호의 수신 시간 또는 상기 응답 신호의 송신 시간을 제공받는 단계; 또는
    (aa') 질의하거나 보유중인 데이터를 제공하려고 상대 노드가 전송하는 알림 신호의 수신 시간 또는 상기 알림 신호에 응답하는 응답 신호의 송신 시간을 측정 하며, 상기 알림 신호 또는 상기 알림 신호 다음에 수신되는 신호를 통하여 상기 상대 노드에게서 상기 알림 신호의 송신 시간 또는 상기 응답 신호의 수신 시간을 제공받는 단계
    인 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 2회 ~ 두 노드가 데이터를 교환할 수 있게 일정 할당된 시간 내에서 최대로 가능한 N회 반복하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 (aa) 단계가 2회 반복할 경우,
    (aa1) 상기 상대 노드에 통신 가능 여부를 타진하는 제1 신호를 전송하며, 상기 제1 신호의 송신 시간을 측정하는 단계;
    (aa2) 상기 상대 노드로부터 상기 제1 신호의 수신 시간을 포함하는 제2 신호를 수신하면 상기 제2 신호의 수신 시간을 측정하며, 센싱 데이터를 포함하는 제3 신호를 전송하고, 상기 제3 신호의 송신 시간을 측정하는 단계;
    (aa3) 상기 상대 노드로부터 상기 제2 신호의 송신 시간과 상기 제3 신호의 수신 시간을 포함하는 제4 신호를 수신하는 단계; 및
    (aa4) 상기 상대 노드로부터 상기 제4 신호의 송신 시간을 포함하는 제5 신 호를 수신하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 (aa') 단계가 2회 반복할 경우,
    (aa'1) 상기 상대 노드로부터 통신 가능 여부를 타진하는 제1 신호를 수신하면 상기 제1 신호의 수신 시간을 측정하는 단계;
    (aa'2) 상기 상대 노드로 상기 제1 신호에 응답하는 제2 신호를 전송하며, 상기 제2 신호의 송신 시간을 측정하는 단계;
    (aa'3) 상기 상대 노드로부터 상기 제1 신호의 송신 시간과 상기 제2 신호의 수신 시간이 포함된 제3 신호를 수신하면 상기 제3 신호의 수신 시간을 측정하는 단계;
    (aa'4) 상기 상대 노드로 상기 제3 신호의 송신 시간 요청을 담은 제4 신호를 전송하며, 상기 제4 신호의 송신 시간을 측정하는 단계; 및
    (aa'5) 상기 상대 노드로부터 상기 제3 신호의 송신 시간 및 상기 제4 신호의 수신 시간을 포함하는 신호를 수신하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서는 아래 수학식을 이용하여 신호 도달 시간을 계산하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법.
    [수학식]
    Δtk=[S(t4k)-S(t4k-3)-{R(t4k-1)-R(t4k-2)}]/2
    상기에서, Δtk는 신호 도달 시간, S(t4k)는 응답 신호의 수신 시간, S(t4k-3)은 알림 신호의 송신 시간, R(t4k-1)은 상대 노드의 알림 신호 수신 시간, R(t4k-2)는 상대 노드의 응답 신호 송신 시간.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계를 통해 계산된 신호 도달 시간이 2개일 경우 작은 값을 상기 상대 노드까지의 신호 도달 시간으로 결정하며, 상기 (b) 단계를 통해 계산된 신호 도달 시간이 3개 이상일 경우 상기 신호 도달 시간들의 평균값을 상기 상대 노드까지의 신호 도달 시간으로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서는 아래 수학식을 이용하여 상대 노드까지의 거리를 검출하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법.
    [수학식]
    d=Vp×Δtk=Vp×[[S(t4k)-S(t4k-3)-{R(t4k-1)-R(t4k-2)}]/2]
    상기에서, d는 상대 노드까지의 거리, Vp는 패킷의 전달 속도, Δtk는 신호 도달 시간, S(t4k)는 응답 신호의 수신 시간, S(t4k-3)은 알림 신호의 송신 시간, R(t4k-1)은 상대 노드의 알림 신호 수신 시간, R(t4k-2)는 상대 노드의 응답 신호 송신 시간.
  10. 제 1 항에 있어서,
    시간 분해능 기능을 가지는 카운터; 및
    상기 카운터가 표시하는 카운터 값을 저장하는 레지스터
    를 포함하며,
    상기 (a) 단계는 아래 수학식에서 도출된 도출값(V)과 상기 레지스터에 저장된 카운터 값을 합산하여 상기 송신 시간 또는 상기 수신 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법.
    [수학식]
    V=msec_unit+1000×{sec_unit+60×(min_unit+60×hour_unit)}
    상기에서, msec_unit은 상기 카운터가 측정한 초 아래 단위의 값, sec_unit은 상기 카운터가 측정한 초 단위의 값, min_unit은 상기 카운터가 측정한 분 단위의 값, hour_unit은 상기 카운터가 측정한 시 단위의 값.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 상기 측정된 초 아래 단위의 값이 1000이 되거나, 상기 측정된 초 단위의 값 또는 상기 측정된 분 단위의 값이 60이 되거나, 또는 상기 측정된 시 단위의 값이 24가 되면, 해당 단위의 값을 0으로 초기화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 방법.
  12. 무선센서 네트워크에서 신호의 왕복 지연 시간을 이용하여 두 노드 간의 거리를 추정할 때에, 다른 노드의 도움 없이 신호의 송수신 시점을 측정하고, 상대 노드로 전송하는 송 신호의 송신 시간을 상기 송 신호 다음에 전송하는 송 신호를 통해 제공하거나 상기 상대 노드에게 전송받는 수 신호의 송신 시간을 상기 수 신호 다음에 전송받는 수 신호를 통해 제공받는 것으로서, 취득된 모든 신호의 송수신 시간을 이용하여 상기 상대 노드까지의 신호 도달 시간을 계산하며, 상기 계산된 신호 도달 시간을 이용하여 상기 상대 노드까지의 거리를 검출하는 센싱 노드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 센싱 노드는 질의하거나 보유중인 데이터를 제공하기 위한 노드이거나 상기 질의나 상기 데이터를 제공받는 노드인 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 센싱 노드는 상기 상대 노드로부터 상기 송 신호의 수신 시간과 상기 수 신호의 송신 시간을 2회 ~ 두 노드가 데이터를 교환할 수 있게 일정 할당된 시간 내에서 최대로 가능한 N회 제공받는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 시스템.
  15. 삭제
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 센싱 노드는 상기 계산된 신호 도달 시간이 2개일 경우 작은 값을 상기 상대 노드까지의 신호 도달 시간으로 결정하며, 상기 계산된 신호 도달 시간이 3개 이상일 경우 상기 신호 도달 시간들의 평균값을 상기 상대 노드까지의 신호 도달 시간으로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 센싱 노드는 아래 수학식을 이용하여 상대 노드까지의 거리를 검출하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 시스템.
    [수학식]
    d=Vp×Δtk=Vp×[[S(t4k)-S(t4k-3)-{R(t4k-1)-R(t4k-2)}]/2]
    상기에서, d는 상대 노드까지의 거리, Vp는 패킷의 전달 속도, Δtk는 신호 도달 시간, S(t4k)는 응답 신호의 수신 시간, S(t4k-3)은 알림 신호의 송신 시간, R(t4k-1)은 상대 노드의 알림 신호 수신 시간, R(t4k-2)는 상대 노드의 응답 신호 송신 시간.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 센싱 노드는,
    상기 상대 노드로 전송하는 송 신호의 송신 시간과 상기 송 신호에 응답하여 상기 상대 노드로부터 수신되는 수 신호의 수신 시간을 측정하는 시간 측정부; 및
    상기 수 신호 또는 상기 수 신호 다음에 수신되는 신호를 통하여 상기 상대 노드에게서 상기 송 신호의 수신 시간과 상기 수 신호의 송신 시간을 제공받으면, 상기 제공받은 시간들과 상기 시간 측정부가 측정한 시간들을 이용하여 상기 상대 노드까지의 거리를 검출하는 거리 검출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 시간 측정부는 상기 송 신호나 상기 수 신호를 감지하는 신호 감지부가 감지 신호를 인가하면 상기 인가된 신호의 발생 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 시간 측정부는,
    시간 분해능 기능을 가지는 카운터; 및
    상기 카운터가 표시하는 카운터 값을 저장하는 레지스터
    를 포함하며,
    아래 수학식에서 도출된 도출값(V)과 상기 레지스터에 저장된 카운터 값을 합산하여 상기 송신 시간 또는 상기 수신 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 무선센서 네트워크에서의 노드간 거리 검출 시스템.
    [수학식]
    V=msec_unit+1000×{sec_unit+60×(min_unit+60×hour_unit)}
    상기에서, msec_unit은 상기 카운터가 측정한 초 아래 단위의 값, sec_unit은 상기 카운터가 측정한 초 단위의 값, min_unit은 상기 카운터가 측정한 분 단위의 값, hour_unit은 상기 카운터가 측정한 시 단위의 값.
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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8416071B2 (en) * 2009-08-03 2013-04-09 Raytheon Company Relative location determination of mobile sensor nodes
US8811199B2 (en) * 2009-11-06 2014-08-19 Rosemount Inc. Location detection in a wireless network
WO2011128464A1 (es) * 2010-04-16 2011-10-20 Universitat Politècnica De Catalunya Procedimiento y sistema para el cálculo de distancias entre nodos inalámbricos
JP5617324B2 (ja) * 2010-04-21 2014-11-05 日本電気株式会社 速度推定方法、速度推定装置、速度推定システム及び速度推定装置の制御プログラム
CN102083097B (zh) * 2010-04-30 2013-11-06 电信科学技术研究院 多载波系统的测量配置方法及其装置
US8886148B2 (en) 2010-05-26 2014-11-11 Qualcomm Incorporated Signal based gain control
US8879407B2 (en) 2010-05-26 2014-11-04 Qualcomm Incorporated Two-way ranging messaging scheme
US8837307B2 (en) 2010-05-26 2014-09-16 Qualcomm Incorporated Two-way ranging messaging scheme
US8812063B2 (en) 2010-05-26 2014-08-19 Qualcomm Incorporated Signal characteristic-based leading edge detection
US8831141B2 (en) 2010-06-25 2014-09-09 Qualcomm Incorporated Leading edge detection
US9057771B2 (en) * 2011-04-25 2015-06-16 Disney Enterprises, Inc. Carrier sense-based ranging
KR101836427B1 (ko) * 2011-04-29 2018-03-09 오소트론 주식회사 거리 측정 방법 및 장치와, 측위 방법
RU2011120814A (ru) * 2011-05-24 2012-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "РТЛ-Сервис" Способ локации радиоузла и средства локации радиоузла
US8989211B2 (en) * 2011-10-18 2015-03-24 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for managing channel resource
US9185528B2 (en) * 2012-06-28 2015-11-10 Northrop Grumman Systems Corporation WiFi mapping and motion detection
US20140126394A1 (en) * 2012-11-08 2014-05-08 Adrian P. Stephens ADAPTIVE OPTIMIZATION OF TIME OF FLIGHT (ToF) EXCHANGE
US9213093B2 (en) 2012-12-21 2015-12-15 Qualcomm Incorporated Pairwise measurements for improved position determination
US8818424B2 (en) 2013-01-03 2014-08-26 Qualcomm Incorporated Inter-AP distance estimation using crowd sourcing
US9226260B2 (en) * 2013-05-10 2015-12-29 Intel Corporation Initiator-conditioned fine timing measurement service request
US9699052B2 (en) * 2013-05-30 2017-07-04 Qualcomm Incorporated Methods and systems for enhanced round trip time (RTT) exchange
WO2014193372A1 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 Intel Corporation Apparatus, system and method of estimating a location of a mobile device
EP3044999B1 (en) * 2013-09-13 2020-05-06 Intel Corporation Time of flight window limit synchronization
CN105579864B (zh) * 2013-09-18 2019-09-27 英特尔公司 用于精细定时测量的装置、方法和机器可读介质
DE112013007362B4 (de) 2013-10-04 2017-01-26 Mitsubishi Electric Corporation Entfernungsmesseinrichtung und Entfernungsmessverfahren
KR101717947B1 (ko) * 2015-12-21 2017-03-20 호서대학교 산학협력단 수중 통신 방법
US11005576B2 (en) 2016-09-02 2021-05-11 Qualcomm Incorporated Signaling mechanism to enable local operation for multi-antenna wireless communication systems
US10609731B2 (en) * 2017-04-03 2020-03-31 Sr Technologies, Inc. Airborne geo-location of a wireless local area network device
WO2019035184A1 (ja) * 2017-08-15 2019-02-21 Quadrac株式会社 システム
CN110933676B (zh) * 2019-11-27 2022-04-22 桂林电子科技大学 用于水下传感网络多目标优化机会路由的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020026562A (ko) * 1999-08-02 2002-04-10 아이티티 매뉴팩츄어링 엔터프라이즈, 인코포레이티드 낮은 정확도의 클록을 사용하여 이동 통신 장치의 위치를결정하기 위한 방법 및 장치
KR20080050981A (ko) * 2006-12-04 2008-06-10 한국전자통신연구원 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3974577B2 (ja) * 2001-09-26 2007-09-12 ジェネラル アトミックス 時分割多重周波数方式を使用したデータ転送のための方法および装置
JP2003279648A (ja) * 2002-03-27 2003-10-02 K-Tech Devices Corp 距離測定方法及び位置特定方法
US7136660B2 (en) * 2002-06-21 2006-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Positional determination of a user in a mobile communications system with emission diversity
JP2004350088A (ja) * 2003-05-23 2004-12-09 Nec Corp 無線局の位置推定システム
US20050058081A1 (en) * 2003-09-16 2005-03-17 Elliott Brig Barnum Systems and methods for measuring the distance between devices
JP2005179026A (ja) * 2003-12-22 2005-07-07 Toshiba Corp 機器管理システム
JP4508721B2 (ja) * 2004-05-12 2010-07-21 キヤノン株式会社 携帯機器及びその制御方法
JP2006013894A (ja) * 2004-06-25 2006-01-12 Advanced Telecommunication Research Institute International 通信システム
US8289159B2 (en) * 2006-04-26 2012-10-16 Qualcomm Incorporated Wireless localization apparatus and method
US8340682B2 (en) * 2006-07-06 2012-12-25 Qualcomm Incorporated Method for disseminating geolocation information for network infrastructure devices

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020026562A (ko) * 1999-08-02 2002-04-10 아이티티 매뉴팩츄어링 엔터프라이즈, 인코포레이티드 낮은 정확도의 클록을 사용하여 이동 통신 장치의 위치를결정하기 위한 방법 및 장치
KR20080050981A (ko) * 2006-12-04 2008-06-10 한국전자통신연구원 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법

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