KR101025832B1 - 실시간 위치 추적 시스템 및 그의 태그 측위 보정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음영지역 태그의 위치 측정을 위한 보조 태그 활용 기법 및 RTLS 시스템을 제공하기 위한 것으로, 음영지역 태그의 위치를 측정하는 RTLS 시스템은 자신의 위치를 인식할 수 있도록 주기적으로 블링크 신호를 보내는 태그와, 태그의 블링크 신호를 수신을 받아 서버에게 전달하고 또한 서버에게 거리 측정 명령을 받아 해당 태그와 거리 측정을 수행하는 리더 및 리더에서 수집된 블링크 신호를 이용하여 거리 측정에 활용할 리더와 보조 태그를 선정하여 명령을 내리고 이러한 거리 정보를 이용하여 위치를 계산하는 서버를 포함한다.
음영지역 극복, 보조 태그, RTLS(Real Time Locating Systems), 블링크 신호

Description

실시간 위치 추적 시스템 및 그의 태그 측위 보정 방법{ＲＴＬＳ and method for correcting location of tags the same}
본 발명은 RTLS(Real Time Locating System)에 관한 것으로, 구체적으로 주변의 태그를 이용하여 음영 지역내의 태그의 위치를 측정하여 시스템의 동작범위를 확장하고 측정 오차를 줄일 수 있도록 한 실시간 위치 추적 시스템 및 그의 태그 측위 보정 방법에 관한 것이다.
최근 RFID(Radio Frequency IDentification)에 대한 관심이 높아지고 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있는데, RFID 기술이란 사물에 전자태그를 부착하고, 각 전자태그의 고유 아이디를 무선으로 인식하여, 해당 정보를 수집, 저장, 가공, 추적함으로써 사물에 대한 측위, 원격처리, 관리, 및 사물 간 정보교환 등의 서비스를 제공하는 기술이다.
특히, 자체적인 내부 배터리 및 송신 장치를 내장하고 있는 능동형 RFID는 장거리의 데이터 전송이 가능해 환경 감시, 군수, 의료 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
현재 이러한 능동형 RFID 응용의 하나로 태그가 부착되어 있는 대상의 위치 를 실시간으로 확인할 수 있는 실시간 위치 확인/추적 시스템(Real Time Locating Systems, RTLS)이 새로이 부각되고 있다.
RTLS에서 사용되는 측위기법은 여러 종류가 있으며 대표적인 것으로 삼각측량-AOA 기법, 삼변측량-RSS, TOA 기법, 쌍곡선 측량-TDOA 기법 등이 있다.
RTLS 시스템은 크게 태그,리더,서버로 구성된다.
태그는 고유 ID를 가지고 있는 능동형 RFID로서 위치를 확인하고자 하는 대상(사물, 사람 등)에 부착되어 일정한 주기로 자신의 정보를 리더에게 전송한다.
리더는 태그와 무선으로 통신을 하여 태그에 어떠한 명령을 내리거나 태그로부터 정보를 받아 서버로 전달하게 된다. 서버는 리더들로부터 전송되는 태그정보들을 수집하고 통합하여 관리하고, 리더로부터 전송되는 정보를 바탕으로 적합한 측위기법을 사용하여 태그의 위치를 구하여 사용자에게 제공한다.
클라이언트는 일종의 응용프로그램으로서 사용자의 요구에 맞추어 필요한 정보들을 서버에 요청하며 획득한 정보를 응용 환경에 맞게 사용한다.
종래 기술에서 삼변측량을 기반으로 하는 RLTS 시스템에 있어서, 태그의 위치를 정확하게 파악하기 위해서는, 리더와 태그 사이의 거리정보가 3개 이상 필요하다.
이를 위해 RTLS 시스템에서는 리더와 태그가 무선신호의 전파 전달 속도를 이용하여 거리를 측정하게 되고 위치를 구하고자 하는 태그는 3개 이상의 리더와 무선통신이 가능하여야 한다.
그러나 리더와 무선통신을 할 수 없는 음영지역에서는 3개 이상의 리더와 무 선통신을 통해 거리를 구할 수 없다. 이것을 극복하기 위해 음영지역에는 리더의 추가적인 설치가 필요하다.
따라서, 음영지역에 리더를 추가적으로 설치하는 것은 비용의 증대를 초래하므로, 위치가 결정된 태그를 활용하여 음영지역 내의 태그와 무선통신을 수행하여 거리정보를 얻을 수 있는 필요성이 제기된다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 RTLS(Real Time Locating System)의 문제를 해결하기 위한 것으로, 주변의 태그를 이용하여 음영 지역내의 태그의 위치를 측정하여 시스템의 동작범위를 확장하고 측정 오차를 줄일 수 있도록 한 실시간 위치 추적 시스템 및 그의 태그 측위 보정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 음영지역 태그의 위치 측정을 위한 보조 태그 활용 기법 및 RTLS 시스템을 제공하여, 음영지역 내에 존재하는 태그의 위치를 측정할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 보조 태그로 활용하는 태그의 위치가 미리 정해진 것이 아니라 리더들과의 무선통신을 이용하여 위치가 측정되어 음영지역 내의 태그와 무선통신을 수행하여 위치를 측정할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 보조 태그를 선택할 경우에 발생하는 음영지역 내의 태그와 연결성(connectivity)을 태그가 다른 태그의 블링크 신호를 수신하는 것으로 확보하여 위치 측정의 성공률을 높이는 데에 목적이 있다.
본 발명은 서버에서 리더와 보조 태그로 만들어지는 다각형이 최대 넓이가 되도록 보조 태그를 선택하여 위치 측정의 오차 발생을 줄이는 데에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 서버에서 리더와 보조 태그로 만들어지는 다각형의 GDOP (geometric dilution of precision) 수치가 높을 경우에 발생하는 오차를 제거하는 데에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 음영지역 내의 태그와 무선통신이 가장 원활한 하나의 리더를 마스터 리더로 선정하고 태그와의 무선통신을 전담하게 하여 무선통신으로 전달되는 명령 메시지의 누락을 줄이는 데에 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실시간 위치 추적 시스템은 RTLS(Real Time Locating System)에 있어서, 자신의 위치를 인식할 수 있도록 주기적으로 블링크 신호를 보내는 태그들;상기 태그의 블링크 신호를 수신을 받아 서버에게 전달하고, 서버에게 거리 측정 명령을 받아 해당 태그와의 거리 측정을 수행하는 리더들;리더에서 수집된 블링크 신호를 이용하여 거리 측정에 활용할 리더와 보조 태그를 선정하여 명령을 내리고 이러한 거리 정보를 이용하여 위치를 계산하는 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 서버는, 상기 태그간 거리 측정을 명령할 경우 음영지역 내의 태그와 무선 통신이 가장 원활한 하나의 리더를 마스터 리더로 선정하고 태그와의 무선 통신을 전담하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 서버는,상기 리더의 블링크 보고 메시지를 받아 저장하고 같은 태그 정보를 가진 리더들을 수집하여 해당 태그의 거리 측정을 위한 리더 셋을 구성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 서버는,셋 이상의 리더가 태그 블링크 메시지를 수집한 경우에는 보조 태그를 사용하지 않고 리더 셋을 구성하고, 태그가 음영지역에 존재하여 두 개 또는 하나의 리더가 태그 블링크 메시지를 수집한 경우에는 보조 태그를 선 택하여 리더 셋을 구성하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실시간 위치 추적 시스템의 태그 측위 보정 방법은 RTLS(Real Time Locating System)의 측위 보정에 있어서, 태그가 블링크 메시지를 주기적으로 브로드캐스트하여 주변의 태그들이 연결성을 확인하는 단계;리더들이 수신한 블링크 메시지를 서버에게 전달하고, 서버에서는 수신한 블링크 메시지들과 위치가 결정된 태그들을 이용하여 블링크 신호를 발신한 태그의 위치를 측정하기 위한 리더 및 보조 셋을 구성하는 블링크 단계;결정된 리더 및 보조 셋을 이용하여 각각 해당 태그와 위치 측정을 수행한 후 거리정보를 서버로 전달하여 위치를 계산하도록 하는 거리 측정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 RTLS 시스템에서 위치를 찾고자하는 태그가 리더와 통신할 수 없는 음영지역에 존재 할 경우 주변의 다른 태그를 보조 태그로 이용하여 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 보조 태그를 선택하기 위하여,연결성이 확보된 태그들 중 가장 최근에 업데이트된 태그 다수 개를 선택하고 태그 블링크 메시지를 수신한 리더와 함께 리더와 태그가 만들 수 있는 가장 큰 다각형을 구성하고, 이 과정 중에 다각형 구성에 사용되는 태그가 보조 태그로 활용되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 보조 태그가 선택되면 리더와 보조 태그가 구성하는 다각형의 GDOP(Geometric Dilution of Precision)를 측정하여 그 결과에 따라 거리 측정 진행 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 위치 추적 시스템 및 그의 태그 측위 보정 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 리더의 추가적인 설치 없이 음영지역 내에 존재하는 태그의 위치를 측정할 수 있다.
둘째, 시스템에서 측정한 태그의 위치를 이용하여 추가적인 장비를 사용하지 않고 해당 태그를 보조 태그로 활용 할 수 있다.
셋째, 보조 태그를 선택할 경우에 발생하는 태그 사이의 연결성으로 인한 거리 측정 실패를 줄여 위치 측정 성공률을 높일 수 있다.
넷째, 서버에서 리더와 보조 태그로 만들어지는 다각형이 최대 넓이가 되도록 태그를 선택하여 위치 측정의 오차 발생을 줄일 수 있다.
다섯째, 서버에서 리더와 보조 태그로 만들어지는 다각형의 GDOP 수치가 높을 경우에 발생하는 오차를 제거할 수 있다.
여섯째, 음영지역 내의 태그와 무선통신이 가장 원활한 하나의 리더를 마스터 리더로 선정하는 것에 의해 무선통신으로 전달되는 명령 메시지의 누락을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시간 위치 추적 시스템 및 그의 태그 측위 보정 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 실시간 위치 추적 시스템 및 그의 태그 측위 보정 방법의 특 징 및 이점들은 이하에서의 각 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 RTLS의 구성도이고, 도 2는 보조 태그를 이용하여 위치를 구하는 음영 지역 태그의 예를 나타낸 구성도이다.
그리고 도 3은 연결성을 고려하여 보조 태그를 선정하는 방법을 나타낸 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 음영지역 태그의 위치 측정을 위한 RTLS 시스템은 도 1에서와 같이, RTLS 리더, RTLS 태그, RTLS 서버를 포함한다.
즉, 자신의 위치를 인식할 수 있도록 주기적으로 블링크 신호를 보내는 태그(11)와, 태그(11)의 블링크 신호를 수신을 받아 서버(13)에게 전달하고 또한 서버(13)에서 거리 측정 명령을 받아 해당 태그와의 거리 측정을 수행하는 리더(12a)(12b)(12c)(12d) 및 리더에서 수집된 블링크 신호를 이용하여 거리 측정에 활용할 리더와 보조 태그를 선정하여 명령을 내리고 이러한 거리 정보를 이용하여 위치를 계산하는 서버(13)를 포함한다.
무선 신호의 도착 시간(Time of Arrival;ToA)을 이용하여 태그는 자신의 정보를 무선 신호를 통하여 전달하는 역할을 하며, 리더는 태그의 메시지를 수신하고 서버에게 전달하면, 서버에서 태그 메시지를 수신한 리더와 통신 가능한 리더 수가 부족할 경우 보조 태그들을 선택하여 리더에게 거리 측정 명령을 보낸다.
각각의 리더와 태그들은 차례대로 해당 태그와 메시지 송수신을 통하여 거리를 측정한 후 서버에게 거리 정보를 전달하고 이를 이용하여 태그의 위치를 결정짓 는다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 위치 추적 시스템의 태그 측위 보정 방법은 다음과 같은 과정을 포함한다.
태그가 블링크 메시지를 주기적으로 브로드캐스트하여 주변의 태그들의 연결성을 확인하는 단계와, 리더들이 수신한 블링크 메시지를 서버에게 전달하고, 서버에서는 수신한 블링크 메시지들과 위치가 결정된 태그들을 이용하여 블링크 신호를 발신한 태그의 위치를 측정하기 위한 리더 및 보조 셋을 구성하는 블링크 단계와, 결정된 리더 및 보조 셋을 이용하여 각각 해당 태그와 위치 측정을 수행한 후 거리정보를 서버에게 전달하여 서버에서 위치를 계산하도록 하는 거리 측정 단계를 포함한다.
이와 같은 실시간 위치 추적 시스템의 태그 측위 보정 방법을 구체적으로 설명한다.
도 2에서와 같이, 고정된 4개의 리더(R1)(R2)(R3)(R4)와 2개의 태그(T1), 태그(T2)가 존재할 경우 태그(T2)는 3개 이상의 리더와 통신을 수행해 위치가 결정되었고, 태그(T1)은 음영지역 내에 존재하여 2개의 리더만 통신이 가능했기 때문에 위치 측정을 도울 보조 태그가 필요하게 된다.
이미 위치가 결정된 태그(T2)는 태그(T1)의 위치를 계산하기 위해 보조 태그로 선정되고, 태그(T1)는 각각 리더(R2), 리더(R3) 그리고 보조 태그(T2)와 거리 측정을 수행해서 위치를 계산하게 된다.
여기서 태그는 자신의 ID 정보 및 주변 태그와 연결성 정보를 담은 블링크 메시지를 무선통신으로 다른 태그나 리더에게 전달하게 된다.
이러한 태그 메시지를 태그가 수신한 경우에는 도 4에서 도시된 바와 같이 연결성 정보 확보에 사용하고, 리더가 수신한 경우 서버에게 자신의 정보와 태그의 메시지정보를 전달하게 된다. 태그가 보조 태그로 선정되어 토큰 메시지를 받으면 메시지에서 명시하는 태그와 거리 측정을 수행한 후 다시 리더에게 토큰 메시지를 전달한다.
도 4는 연결성 테이블 구성도이고, 도 5는 최대의 다각형을 구성하는 보조 태그 선택 과정을 나타낸 구성도이다.
그리고 도 6은 마스터 리더를 이용하여 태그와의 통신을 하는 예를 나타낸 구성도이다.
리더는 태그의 블링크 메시지 수신하면 자신의 정보를 포함시켜 서버에게 전달하는 역할을 하며, 서버가 리더 셋을 유선 네트워크를 통해 전달하면 리더는 거리 측정을 순차적으로 수행하기 위해서 리더 정보를 포함한 토큰을 작성한다.
리더 셋이 리더로만 구성된 경우, 토큰을 유선 네트워크를 통해 전달하면서 위치를 측정하기 위한 태그와 순차적으로 거리 측정을 수행한다.
그리고 리더 셋에 보조 태그가 포함되어 있을 경우 도 6에서 도시된 바와 같이, 리더 셋을 받은 리더가 태그와 통신을 주도하는 마스터 리더가 되어 토큰을 태그에게 무선통신으로 주고받은 후 다음 리더에게 유선 네트워크를 통해 전달한다.
거리 측정이 완료되면 거리 측정 정보를 서버로 전달한다.
이와 같이 마스터 리더를 선정하여 사용하는 이유는 무선통신으로 전달되는 명령 메시지의 누락을 줄이기 위한 것이다.
서버는 리더의 블링크 보고 메시지를 받아 저장하고 같은 태그 정보를 가진 리더들을 수집하여 해당 태그의 거리 측정을 위한 리더 셋을 구성한다.
여기서, 셋 이상의 리더가 태그 블링크 메시지를 수집한 경우 보조 태그를 사용하지 않고 리더 셋을 구성하지만, 음영지역에 존재하여 두 개 이하의 리더가 태그 블링크 메시지를 수집한 경우 보조 태그를 선택하여 리더 셋을 구성하게 된다.
보조 태그를 선택하기 위하여 다음과 같은 방법이 사용된다.
도 2에서 도시된 바와 같이 우선적으로 해당 태그의 블링크 메시지에 포함되어 있는 연결성 정보를 이용한다. 연결성 정보 내에, 위치 정보를 가지고 있는 태그가 존재할 경우 해당 태그들 중 가장 좋은 위치 측정 결과를 낼 수 있는 태그들을 선택하기 위해 다음의 방법을 사용한다.
도 5에서 도시된 바와 같이 연결성이 확보된 태그들 중 가장 최근에 업데이트된 태그 다수 개를 선택하고 태그 블링크 메시지를 수신한 리더와 함께 리더와 태그가 만들 수 있는 가장 큰 다각형을 구성한다.
이 과정 중에 다각형 구성에 사용되는 태그가 보조 태그로 활용된다. 보조 태그가 선택되면 리더와 보조 태그가 구성하는 다각형의 GDOP(Geometric Dilution of Precision)를 측정한다.
이것은 다각형의 내각을 측정하여 일정이하의 예각을 갖는 다각형을 구성한 경우 거리 측정 오차가 크게 발생하게 되므로 거리 측정을 포기한다.
서버는 리더에서 거리 측정을 완료하고 거리 정보 메시지를 보내면 해당 거리 정보를 이용하여 태그의 위치를 측정하고 위치 좌표를 저장하여 보조 태그로 활용 할 수 있도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 위치 추적 시스템 및 그의 태그 측위 보정 방법은 주변의 태그를 이용하여 음영 지역내의 태그의 위치를 측정하여 시스템의 동작범위를 확장하고 측정 오차를 줄일 수 있도록 한 것이다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
도 1은 RTLS의 구성도
도 2는 보조 태그를 이용하여 위치를 구하는 음영 지역 태그의 예를 나타낸 구성도
도 3은 연결성을 고려하여 보조 태그를 선정하는 방법을 나타낸 구성도
도 4는 연결성 테이블 구성도
도 5는 최대의 다각형을 구성하는 보조 태그 선택 과정을 나타낸 구성도
도 6은 마스터 리더를 이용하여 태그와의 통신을 하는 예를 나타낸 구성도
11. 태그 12a.12b.12c.12d. 리더
13. 서버

Claims (8)

  1. RTLS(Real Time Locating System)에 있어서,
    자신의 위치를 인식할 수 있도록 주기적으로 태그 블링크 메세지를 보내는 태그들;
    상기 태그 블링크 메세지를 수신을 받아 서버에게 전달하고, 서버로부터 거리 측정 명령을 받아 해당 태그와의 거리 측정을 수행하는 리더들;
    상기 태그 블링크 메세지를 수집한 리더의 개수에 따라 거리 측정에 활용할 리더와 보조 태그를 선정하여 리더 셋을 구성하고, 상기 구성된 리더 셋에게 거리 측정 명령을 내리고, 거리 측정 명령에 의해 상기 리더 셋으로부터 수신되는 거리 정보를 이용하여 위치를 계산하는 서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 서버는,
    상기 태그간 거리 측정을 명령할 경우 음영지역 내의 태그와 무선 통신이 가장 원활한 하나의 리더를 마스터 리더로 선정하고 태그와의 무선 통신을 전담하도록 하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 서버는,
    상기 리더의 블링크 보고 메시지를 받아 저장하고 같은 태그 정보를 가진 리더들을 수집하여 해당 태그의 거리 측정을 위한 리더 셋을 구성하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 서버는,
    셋 이상의 리더가 태그 블링크 메시지를 수집한 경우에는 보조 태그를 사용하지 않고 리더 셋을 구성하고,
    태그가 음영지역에 존재하여 두 개 또는 하나의 리더가 태그 블링크 메시지를 수집한 경우에는 보조 태그를 선택하여 리더 셋을 구성하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 시스템.
  5. 데이터를 저장하는 태그들과 태그들의 데이터를 읽어내는 리더들 및 리더들에게서 전송되는 태그 정보를 관리하고 태그 위치를 구하여 제공하는 서버를 갖는 RTLS(Real Time Locating System)의 측위 보정에 있어서,
    상기 태그가 태그 블링크 메시지를 주기적으로 브로드캐스트하여 주변의 태그들이 연결성을 확인하는 단계;
    상기 리더들이 수신한 태그 블링크 메시지를 서버에게 전달하면 서버에서, 블링크 신호를 발신한 태그의 위치를 측정하기 위한 리더 및 보조 셋을 태그 블링크 메세지를 수신한 리더의 개수에 따라 구성하는 블링크 단계;
    상기 서버에서 결정된 리더 및 보조 셋을 이용하여 각각 해당 태그와 위치 측정을 수행한 후 거리정보를 서버로 전달하여 위치를 계산하도록 하는 거리 측정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 시스템의 태그 측위 보정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 서버에서,
    RTLS 시스템에서 위치를 찾고자하는 태그가 리더와 통신할 수 없는 음영지역에 존재 할 경우 주변의 다른 태그를 보조 태그로 이용하여 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 시스템의 태그 측위 보정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 서버에서,
    보조 태그를 선택하기 위하여 연결성이 확보된 태그들 중 가장 최근에 업데이트된 태그 다수 개를 선택하고 태그 블링크 메시지를 수신한 리더와 함께 리더와 태그가 만들 수 있는 가장 큰 다각형을 구성하고,
    이 과정 중에 다각형 구성에 사용되는 태그가 보조 태그로 활용되는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 시스템의 태그 측위 보정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 서버에서,
    보조 태그가 선택되면 리더와 보조 태그가 구성하는 다각형의 GDOP(Geometric Dilution of Precision)를 측정하여,
    거리 측정 진행 여부를 상기 다각형의 내각의 크기를 기준으로 결정하는 것을 특징으로 하는 실시간 위치 추적 시스템의 태그 측위 보정 방법.
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