KR101027939B1 - 애드혹 네트워크 환경에서 리액티브 위치 계산 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인프라스트럭처가 없는 애드혹 네트워크 환경에서 단말기 사이의 네트워크를 이용한 리액티브 위치 시스템에 있어서, 사용자로부터 애드혹 네트워크내 특정 단말기에 대한 위치 정보가 요구되는 경우 사용자의 단말기로부터 브로드캐스팅되는 위치 요구 메시지가 애드혹 네트워크내 인접 단말기들로 수신되며, 위치 요구 메시지를 수신한 단말기들에서 자신이 속한 일정 거리 영역내 특정 단말기가 있는지를 검사한 후, 특정 단말기의 위치 정보를 계산하여 최초 위치 요구 사용자의 단말기로 가는 역경로를 따라서 제공한다. 이때, 위치 요구된 특정 단말기의 좌표 계산에 있어서는 단말기 사이의 공통으로 이웃하는 또 다른 단말기를 이용하여 기준 좌표계 변환을 가능하게 하고, 변환된 좌표계를 통해 특정 단말기 위치를 자기 좌표계에 맵핑한 후, 위치벡터의 합을 이용하여 특정 단말기의 정확한 좌표를 계산하게 된다.

리액티브 위치 계산, 애드혹 네트워크, 단말기, 라우팅

Description

애드혹 네트워크 환경에서 리액티브 위치 계산 시스템{A REACTIVE LOCAL POSITIONING SYSTEM FOR AD HOC AND METHOD THEREOF}

본 발명은 애드혹 네트워크(ad hoc network) 시스템에 관한 것으로, 특히 애드혹 네트워크에서 단말기에 대한 위치 요구 발생 시 애드혹 네트워크 내에서 단말기간 위치 요구 메시지와 위치 응답 메시지 등의 최소한의 메시지 교환을 통해 단말기를 찾은 후, 기준 좌표계 변환을 통해 단말기 위치를 자기 좌표계에 맵핑(mapping)시키는 단말기 사이의 상대적 위치 계산 알고리즘을 이용하여 기지국 등의 인프라스트럭처(infra structure) 없이도 단말기의 위치를 쉽게 찾을 수 있도록 하는 애드혹 네트워크 환경에서 리액티브(reactive) 위치 계산 시스템 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 초기의 위치 계산 시스템은 소수의 단말기가 기준 좌표시스템을 설정하면 나머지 단말기들이 그 좌표계를 공유하여 단말기의 위치를 계산하였다.

그러나, 위와 같은 종래 위치 계산 시스템에서는 단말기들이 이동하면서 공유되어온 기준좌표의 변동이 자주 발생하며, 단말기 사이의 기준좌표 불일치로 인 한 위치 계산 정확도 또한 저하되어 정확한 위치 계산이 어려웠던 문제점이 있었다.

이러한 좌표 불일치의 문제를 해결하기 위해 종래 프로액티브(proactive) 위치 계산 시스템에서는 단말기 사이의 주기적인 메시지 브로드캐스팅(broadcasting)을 통해 최소화하려고 했다.

그러나, 프로액티브 위치 계산 시스템에서는 위와 같은 좌표의 불일치 문제를 최소화하는데는 어느 정도 성공했으나, 공유되어온 기준 좌표계를 유지하는데 지속적인 위치확인 메시지를 교환해야함에 따라 시스템상 로드가 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 프로액티브 위치 계산 시스템에서는 네트워크에 있는 많은 단말기들을 위치 계산에 참여시키고, 각 단말기는 모든 단말기들의 위치정보를 지속적으로 유지하여야 하는데, 이는 실제 어플리케이션(application)에서 모든 단말기에 대한 지속적인 위치 계산 정보가 필요하지 않은 경우에는 시스템상 로드로 작용하게 되며, 불필요한 시스템 유지비용만 늘이게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 애드혹 네트워크에서 단말기에 대한 위치 요구 발생 시 애드혹 네트워크 내에서 단말기간 위치 요구 메시지와 위치 응답 메시지 등의 최소한의 메시지 교환을 통해 단말기를 찾은 후, 기준 좌표계 변환을 통해 단말기 위치 를 자기 좌표계에 맵핑시키는 단말기 사이의 상대적 위치 계산 알고리즘을 이용하여 기지국 등의 인프라스트럭처 없이도 단말기의 위치를 쉽게 찾을 수 있도록 하는 애드혹 네트워크 환경에서 리액티브 위치 계산 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.

상술한 본 발명은 애드혹 네트워크 환경에서 리액티브 위치 계산 시스템으로서, 위치를 알고자 하는 목적 단말기에 대한 위치 요구 메시지를 상기 애드혹 네트워크내 임의의 단말기로 브로드캐스팅하는 시작노드 단말기와, 상기 위치 요구 메시지를 수신하는 경우 자신의 지역 좌표계를 계산하고, 상기 목적 단말기가 일정 거리 영역내 존재하는지를 검사한 후, 상기 목적 단말기가 존재하는 경우에는 상기 목적 단말기 위치정보를 위치 응답 메시지로 상기 시작노드 단말기로 전송하며, 상기 목적 단말기가 존재하지 않는 경우에는 상기 위치 요구 메시지를 다른 임의의 단말기로 브로드캐스팅하는 중간노드 단말기를 포함한다.

또한, 본 발명은 애드혹 네트워크 환경에서 리액티브 위치 계산 방법으로서, (a)시작노드 단말기에서 위치를 알고자 하는 목적 단말기에 대한 위치 요구 메시지를 상기 애드혹 네트워크내 임의의 중간노드 단말기로 브로드캐스팅하는 단계와, (b)상기 위치 요구 메시지를 수신한 중간노드 단말기에서 자신의 지역 좌표계를 계산하고, 상기 목적 단말기가 일정거리 영역내 존재하는지를 검사하는 단계와, (c)상기 목적 단말기가 존재하지 않는 경우에는 상기 위치 요구 메시지를 임의의 다른 중간노드 단말기로 브로드캐스팅하는 단계와, (d)상기 목적 단말기가 존재하는 경 우에는 상기 목적 단말기의 위치정보를 위치 응답 메시지로 상기 시작노드 단말기로 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명에서는 애드혹 네트워크 환경에서 단말기 사이의 네트워크를 이용한 리액티브 위치 시스템에 있어서, 특정 단말기에 대한 위치 요구 발생 시 애드혹 네트워크 내에서 단말기간 위치 요구 메시지와 위치 응답 메시지의 송/수신을 통해 특정 단말기를 찾은 후, 기준 좌표계 변환을 통해 특정 단말기 위치를 자기 좌표계에 맵핑하여 인프라스트럭처 없이도 특정 단말기의 정확한 좌표를 계산할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 애드혹 네트워크 위치 계산 시스템에서는 단말기가 거리를 측정하는 것 외에 다른 장치가 필요하지 않고, 거리를 이용해 단말기 사이의 상대적 위치를 측정하고 그것을 각 단말기가 가지고 있는 지역 좌표계에 맵핑함으로써, 간단하게 위치 정보를 계산해낼 수 있으며, 사용자로부터 위치 정보 요구가 있을 때에만 시스템이 리액티브 방식으로 가동되도록 함으로써 위치 계산을 위한 시스템상 로드를 줄일 수 있고, 시스템 유지비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 애드혹 네트워크 환경에서 단말기 지역 좌표계 설정 개념을 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 각 단말기는 자기를 원점으로 하여 이웃하는 단말기들의 상대적 위치를 구성한다.

즉, 도 1에서 보여지는 바와 같이, 각 단말기 사이의 거리를 알 때 아래의 [수학식 1]을 이용하여 단말기 i를 원점으로 하는 상대적인 좌표를 설정할 수 있다.

이러한 좌표계를 만들기 위해서는 원점을 포함하여 최소한 3개의 단말기(q, p, j)가 필요하다. 이때 단말기 i는 전파 세기 측정과 같은 기술을 사용하여 단말기 사이의 거리(d_ip, d_iq, d_pq)를 알고 있다.

이렇게 단말기 i의 좌표계가 생성이 되면 단말기 i의 전파 수신 범위 내의 다른단말기 j의 위치는 [수학식 1]을 응용하여 아래의 [수학식 2]에서와 같이 측정할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 애드혹 네트워크 환경에서 단말기 사이의 좌표계 변환 개념을 도시한 것이다.

단말기의 지역 좌표계를 이용하면 직접적으로 이웃하는 단말기의 좌표를 측정할 수 있지만 그 외의 단말기는 다른 단말기의 지역 좌표계를 변환하여 해당하는 단말기의 위치를 파악할 수 있다. 이때 필요한 것이 단말기 사이의 좌표계 변환이다.

즉, 도 2에서 보여지는 바와 같이, 단말기 i는 단말기 k의 지역 좌표계에 있는 단말기의 위치를 파악하기 위해 k의 좌표계를 변환한다. 이때 단말기 j는 두 단말기가 모두 통신이 가능한 범위 내에 있는 공유된 이웃 단말기이다. 좌표계 변환 은 이동과 회전만 하면 되는 경우와 이동과 회전뿐만 아니라 한 축을 반대 방향으로 뒤집어야하는 두 가지 경우가 있는데 이는 아래의 [수학식 3]에서와 같이 설명된다.

위 [수학식 3]에서 좌표 변환을 위해 미러링(mirroring)이 필요한 경우에는 y축을 기준으로 x축을 180도 회전시킨다. 또한, 정정 각(correction angle)은 각 좌표계가 회전해야할 각도를 말한다. 이와 같이, 단말기 사이의 좌표계 변환이 되면 다른 단말기의 지역 좌표계에 있는 특정 단말기 위치를 자기 단말기의 좌표계 상에 표시할 수 있다. 여기서 단말기간 거리 측정은 위치벡터의 합을 통해 측정된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 애드혹 네트워크 환경에서 리액티브 위치 계산을 이용한 단말기의 위치 계산 과정을 도시한 것이다.

이하, 도 3을 참조하여 애드혹 네트워크 환경의 리액티브 위치 계산 시스템 에서 기지국 등의 인프라스트럭처 없이 단말기만을 이용하여 위치 계산을 수행하는 동작을 상세히 설명하기로 한다. 이때, 단말기는 예를 들어 휴대폰 등과 같이 이동이 가능한 모바일 단말기를 의미한다.

특정 목적 단말기의 위치를 찾고자 할 때 본 시스템은 위치 계산을 시작한다. 각 단말기는 별도의 IP 라우팅 프로토콜을 운용 중이라고 가정하며 라우팅 프로토콜의 도움으로 목적 단말기에게 메시지를 보내기 위해 거쳐야하는 루트(route) 상의 다음 단말기의 주소를 알 수 있다.

먼저, 목적 단말기 T의 위치를 요구하는 시작노드 단말기 S에서 위치요구(Location_Request) 메시지(REQ T)를 루트 상의 다음 단말기인 중간노드 단말기 A를 수신자로 하여 모든 단말기가 수신할 수 있게 브로드캐스팅(broadcasting) 한다.

다음으로, 시작노드 단말기 S로부터 발생된 위치요구 메시지를 받은 각 중간노드 단말기 A는 자기의 이웃 단말기 B와 거리를 측정하고, 다시 이 거리정보를 포함한 새로운 메시지인 거리응답(Distance_Reply) 메시지를 브로드캐스팅 한다. 이어, 위치요구 메시지와 거리응답 메시지를 받은 중간노드 단말기들 A, B는 자신의 지역 좌표계를 설정한다.

이때 만일, 위치요구 메시지를 받은 중간노드 단말기 A가 전파 수신 범위의 일정 거리 영역 내 목적 단말기 T가 있는 것을 확인하여 목적 단말기 T의 위치를 알고 있는 경우, 목적 단말기 T의 위치를 알게된 중간노드 단말기 A는 위치응답(Location Reply) 메시지(LOC_REP)를 시작노드 단말기 S로 브로드캐스팅한다.

그러나, 이와 달리, 위치요구 메시지를 받은 중간노드 단말기 A가 전파 수신 범위의 일정 거리 영역 내 목적 단말기 T가 없는 것으로 확인하여 목적 단말기 T의 위치를 모르는 경우, 중간노드 A는 목적 단말기 T로 가기 위한 루트상의 다음 중간노드 단말기 B를 수신자로 하여 다시 위치요구 메시지(REQ T)를 브로드캐스팅 한다.

이러한 과정을 통해 위치요구 메시지는 목적 단말기 T의 위치를 알고 있는 중간노드 단말기나 최종 목적 단말기까지 전달되며, 목적 단말기 T의 위치를 알고 있는 중간노드 단말기들은 중간노드 단말기 A에서와 같이, 위치응답 메시지(LOC_REP)를 통해 목적 단말기 T의 위치 정보를 시작노드 단말기 S로 브로드캐스팅하게 된다.

이때, 위와 같이 특정 중간노드 단말기 또는 최대 목적 단말기 T로부터 위치응답 메시지(LOC_REP)를 받은 중간노드 단말기 A 또는 B는 도 2에서와 같은 좌표계 변환과 도 1에서와 같은 거리 측정을 이용해 새로운 좌표를 계산하고, 또 다른 위치응답 메시지(LOC_REP)를 생성하여 최초 위치요구를 한 시작노드 단말기 S로 되돌아가기 위한 경로 상 다음 중간노드 단말기로 보낸다.

위와 같이, 시작노드 단말기 S로 목적 단말기의 위치 정보를 전송하는 위치응답 메시지를 받은 중간노드 단말기 A 또는 B는 최초 위치요구를 한 시작노드 단말기 S까지 전해질 때까지 위치응답 메시지(LOC_REP)의 브로드캐스팅 과정을 반복한다.

이어, 위치 요구를 한 시작노드 단말기 S가 위치 응답 메시지를 받으면 시작 노드 단말기 S는 좌표계 변환과 거리 측정을 통해 최종적으로 자신의 지역 좌표계에 요구한 목적 단말기 T의 위치정보를 가져올 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 리액티브 위치 계산 시스템에서 단말기의 위치 계산을 위해 사용되는 3가지 메시지의 예를 도시한 것으로, 이에 대해서는 위 도 3의 동작 과정에 대한 설명에서 자세히 설명한 바와 같으며, 위와 같은 3가지 메시지는 도 5에서 보여지는 바와 같이 슈도코드(Pseudo-code)로 나타낼 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 인프라스트럭처가 없는 애드혹 네트워크 환경에서 단말기 사이의 네트워크를 이용한 리액티브 위치 시스템에 있어서, 사용자로부터 애드혹 네트워크내 특정 단말기에 대한 위치 정보가 요구되는 경우 사용자의 단말기로부터 브로드캐스팅되는 위치 요구 메시지가 애드혹 네트워크내 인접 단말기들로 수신되며, 위치 요구 메시지를 수신한 단말기들에서 자신이 속한 일정 거리 영역내 특정 단말기가 있는지를 검사한 후, 특정 단말기의 위치 정보를 계산하여 최초 위치 요구 사용자의 단말기로 가는 역 경로를 통하여 제공한다. 이때, 위치 요구된 특정 단말기의 좌표 계산에 있어서는 단말기 사이의 공통으로 이웃하는 또 다른 단말기를 이용하여 기준 좌표계 변환을 가능하게 하고, 변환된 좌표계를 통해 특정 단말기 위치를 자기 좌표계에 맵핑한 후, 위치벡터의 합을 이용하여 특정 단말기의 정확한 좌표를 계산하게 된다.

즉, 본 발명의 애드혹 네트워크 위치 계산 시스템에서는 단말기가 거리를 측정하는 것 외에 다른 장치가 필요하지 않고, 거리를 이용해 단말기 사이의 상대적 위치를 측정하고 그것을 각 단말기가 가지고 있는 지역 좌표계에 맵핑함으로써, 간 단하게 위치 정보를 계산해낼 수 있다. 또한, 사용자로부터 애드혹 네트워크내 특정 단말기의 위치 정보 요구가 있을 때에만 시스템이 리액티브 방식으로 가동되도록 함으로써 시스템상 로드를 줄일 수 있고, 시스템 유지비용을 줄일 수 있다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단말기 지역 좌표계 설정 예시도,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 단말기 사이의 좌표계 변환 예시도,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 리액티브 알고리즘을 이용한 단말기의 위치 계산 동작 개념도,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 메시지 종류와 설명 예시도,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 슈도코드 예시도.

Claims (5)

1. 위치를 알고자 하는 목적 단말기에 대한 위치 요구 메시지를 애드혹 네트워크내 임의의 단말기로 브로드 캐스팅하는 시작노드 단말기와,

   상기 위치 요구 메시지를 수신하는 경우 자신의 지역 좌표계를 계산하고, 상기 목적 단말기가 일정 거리 영역내 존재하는지를 검사한 후, 상기 목적 단말기가 존재하는 경우 상기 목적 단말기의 위치정보를 위치 응답 메시지로 상기 시작노드 단말기로 전송하며, 상기 목적 단말기가 존재하지 않는 경우 상기 위치 요구 메시지를 다른 임의의 단말기로 브로드캐스팅하는 중간노드 단말기

   를 포함하는 애드혹 네트워크 환경에서 리액티브 위치 계산 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 중간노드 단말기는,

   상기 일정거리 영역내 상기 목적 단말기의 존재 확인 시 상기 목적 단말기로의 좌표계 변환을 수행하고 거리를 측정한 후, 좌표 변환된 새로운 좌표와 거리정보를 상기 위치 응답 메시지에 포함시켜 상기 시작노드 단말기로 전송하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크 환경에서 리액티브 위치 계산 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 중간노드 단말기는,

   상기 위치 요구 메시지의 수신시에만 자신의 지역 좌표계 계산을 수행하는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크 환경에서 리액티브 위치 계산 시스템.
4. (a)시작노드 단말기에서 위치를 알고자 하는 목적 단말기에 대한 위치 요구 메시지를 애드혹 네트워크내 임의의 중간노드 단말기로 브로드캐스팅하는 단계와,

   (b)상기 위치 요구 메시지를 수신한 중간노드 단말기에서 자신의 지역 좌표계를 계산하고, 상기 목적 단말기가 일정거리 영역내 존재하는지를 검사하는 단계와,

   (c)상기 목적 단말기가 존재하지 않는 경우 상기 위치 요구 메시지를 임의의 다른 중간노드 단말기로 브로드캐스팅하는 단계와,

   (d)상기 목적 단말기가 존재하는 경우 상기 목적 단말기의 위치정보를 위치 응답 메시지로 상기 시작노드 단말기로 전송하는 단계

   를 포함하는 애드혹 네트워크 환경에서 리액티브 위치 계산 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 (c) 단계에서,

   상기 위치 요구 메시지는, 상기 목적 단말기로 가는 경로(route) 상의 다음 중간 노드로 브로드캐스팅되는 것을 특징으로 하는 애드혹 네트워크 환경에서 리액티브 위치 계산 방법.

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