KR101028828B1 - 건축도면을 이용한 ｒｆｉｄ 위치 인식 시스템의 최적화방법 - Google Patents

건축도면을 이용한 ｒｆｉｄ 위치 인식 시스템의 최적화방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축 도면을 이용하여 최적의 RFID 리더 설치 지역을 결정하는 것에 의해 위치 인식률을 향상시킬 수 있도록 한 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법에 관한 것으로, RFID 리더 배치 위치를 결정하는 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법에 있어서, 건축 도면을 입력으로 하여 위치 인식 단위 공간을 구분하는 단계;실내 건축 공간 분석 모델과 실내 전파 공간 분석 모델을 수립하고 건축 공간적 중요도와 전파 공간적 중요도를 도출하는 단계;건축 공간과 전파 공간의 상관관계를 분석하고, 상관 계수를 도출하는 단계; 및 건축 공간적 중요도와 전파 공간적 중요도 및 건축 공간과 전파 공간의 상관계수를 기반으로 RFID 리더 위치를 결정하는 목적 함수를 정의하고 최적화를 수행하는 단계;를 포함한다.
건축 도면, RFID 리더, 위치 인식 시스템, 건축 공간 분석, 전파 공간 분석

Description

건축도면을 이용한 ＲＦＩＤ 위치 인식 시스템의 최적화 방법{Optimization of ＲＦＩＤ Localization System exploiting Building Plans}
본 발명은 RFID 기반 실내 위치 인식 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 건축 도면을 이용하여 최적의 RFID 리더 설치 지역을 결정하는 것에 의해 위치 인식률을 향상시킬 수 있도록 한 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법에 관한 것이다.
RFID는 무선 주파수 (Radio Frequency; RF)를 이용하여 사물을 식별할 수 있는 기술이며, RFID 시스템은 안테나와 칩으로 구성된 RF 태그와 RF 태그를 인식하는 RFID 리더, RFID 리더가 수집한 태그 정보를 처리하는 서버로 구성된다.
특히, RF 태그는 RFID 시스템의 사용 목적에 알맞은 정보를 저장할 수 있으며, 배터리를 내장하고 있는 능동형 태그와 그렇지 않은 수동형 태그로 구분된다.
RFID 리더는 RF 신호의 발신을 제어하고 RF 태그에 저장된 정보 조회 및 수정하며, 용도에 따라 고정형, 이동형 및 휴대용으로 구분한다.
수동형 RF 태그를 이용한 RFID 시스템에서, RF 태그의 인식 범위는 RFID 리더를 중심으로 수 m 내로 제한된다. 따라서, RFID 리더가 인식한 RF 태그, 즉 해당 RF 태그를 부착한 사물은 RF 태그를 인식한 RFID 리더와 가까운 위치에 있음을 알 수 있다.
RFID 기술은 무선 주파수를 이용하여 태그가 부착된 사물을 식별하는 기술로서, 태그에 사물의 정보를 저장하고 RFID 리더를 이용하여 태그의 정보를 조회한다. 이를 응용한 RFID 기반 위치 인식 시스템은 RFID 리더의 인식 영역을 분석하여 인식된 태그의 위치를 판별한다.
RF 태그에 비하여 RFID 리더는 비용이 매우 높기 때문에 RFID 리더 설치 지역에 대한 최적화 기법이 필요하다.
RFID 기반 위치 인식 시스템과 관련된 종래의 기술에서는 RFID 리더의 배치가 완료된 상태에서 RFID 리더 시스템의 위치 인식률 향상을 위한 RF 신호 분석 기법, 오차의 영향을 최소화하기 위한 필터링 기법 등을 사용한다.
그러나 이러한 종래의 기술은 RFID 리더가 설치되는 공간과 RFID 리더의 위치, 위치 인식률 향상의 의존성을 고려하지 않고 있어 효율성이 떨어지고, 인식률 향상에 한계가 있다.
본 발명은 종래 기술의 RFID 기반 실내 위치 인식 시스템에서의 RFID 리더 설치 지역에 대한 최적화의 어려움을 해결하기 위한 것으로, 건축 도면을 이용하여 최적의 RFID 리더 설치 지역을 결정하는 것에 의해 위치 인식률을 향상시킬 수 있도록 한 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 고정형 RFID 리더와 이동 가능한 수동형 RF 태그를 이용한 실내 위치 인식 시스템에서 위치 인식률을 향상시킬 수 있도록 한 RF 태그의 위치를 확인하는 위치인식 시스템의 설치 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 건축 도면을 이용하여 RFID 리더가 설치되는 공간과 RFID 리더 배치간의 의존성을 분석하고 이를 기반으로 위치 인식률 향상을 위한 최적의 RFID 리더 위치를 자동으로 결정하는 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법은 RFID 리더 배치 위치를 결정하는 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법에 있어서,건축 도면을 입력으로 하여 위치 인식 단위 공간을 구분하는 단계;실내 건축 공간 분석 모델과 실내 전파 공간 분석 모델을 수립하고 건축 공간적 중요도와 전파 공간적 중요도를 도출하는 단계;건축 공간과 전파 공간의 상관관계를 분석하고, 상관 계수를 도출하는 단계; 및 건축 공간적 중요도와 전파 공간적 중요도 및 건축 공간과 전파 공간의 상관계수를 기반으로 RFID 리더 위치를 결정하는 목적 함수를 정의하고 최적화를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 위치 인식 단위 공간을 구분하는 단계는,연속적인 실내 공간을 격자 단위 입자를 배치하여 이산적인 공간으로 변환하는 단계;입자 정보 테이블을 초기화 및 입자의 위치가 벽 내부인지 판단하여 벽의 내부이면 1로, 그렇지 않으면 0으로 Wall 필드를 갱신하는 단계;격자 단위로 배치된 입자로부터 가시 그래프를 구성하는 단계;가시 그래프를 완전 서브 그래프로 분할하는 단계; 및 완전 서브 그래프로부터 위치 인식 단위 공간으로 도출하고 입자 정보 테이블의 CID(Cell ID) 필드를 위치 인식 단위 공간에 포함된 입자 중 가장 작은 PID(Particle ID) 필드로 설정하는 단계;를 포함하고,여기서, 상기 'Wall 필드'는 입자의 위치가 벽 내부인지 아닌지를 나타내는 입자 정보 테이블의 필드이고, 'CID 필드'는 입자와 동일한 위치 인식 단위 공간에 포함된 모든 입자 중에 가장 작은 PID(Particle ID) 값을 나타내는 입자 정보 테이블의 필드이고, 'PID 필드'는 각 입자의 ID를 나타내는 유일한 값을 나타내는 입자 정보 테이블의 필드인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 입자 정보 테이블은,각 입자의 ID를 나타내는 유일한 값을 나타내는 PID(Particle ID) 필드와, 입자의 가로 좌표를 나타내는 CoordX 필드와, 입자의 세로 좌표를 나타내는 CoordY 필드와, 입자의 높이 좌표를 나타내는 CoordH 필드와, 입자의 위치가 벽의 내부인지 또는 그렇지 않은지를 나타내는 Wall 필드와, 입자가 배치된 위치의 건축 공간적 중요도 값을 나타내는
Figure 112010041602222-pat00075
필드 및 입자와 동일한 위치 인식 단위 공간에 포함된 모든 입자 중에 가장 작은 PID(Particle ID) 값을 나타내는 CID(Cell ID) 필드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 실내 전파 공간 분석 모델 수립하는 단계는,건축 공간을 건축물 외부와 건축물 내부의 공간으로 구분한 실내 공간 그래프 모델을 도출하는 건축 공간 내외 관계 분석 단계;상기 건축물 내부 공간을 층별 공간으로 세분화한 실내 공간 그래프 모델을 도출하는 건축 공간 층간 관계 분석 단계;상기 건축물 내의 층별 공간을 위치 인식 단위 공간으로 구체화한 실내 공간 그래프 모델을 도출하는 건축 공간 층별 구체화 단계; 및태그가 이동 가능한 모든 경로를 고려하여 노드의 가치도를 재평가하는 이동 경로 분석 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 건축 공간 내외 관계 분석단계는,상기 건축물의 내부를 나타내는 공간 노드와 외부를 나타내는 공간 노드를 구성하는 단계;건축물의 출입구를 인터페이스 노드로 구성하는 단계;건축물의 내부를 나타내는 공간 노드의 가치도를 1로, 건축물의 외부를 나타내는 공간 노드의 가치도를 0으로, 모든 인터페이스 노드의 가치도를 “1/인터페이스 노드의 수”로 하는 단계;임의의 두 노드 사이에 다른 노드를 거치지 않는 이동 경로가 존재하면 에지로 연결하는 것을 정의로 하여 공간 노드와 인터페이스 노드간의 에지를 구성하는 단계; 및 노드 정보 테이블 및 에지 정보 테이블을 초기화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 노드 정보 테이블은,각 노드의 ID를 나타내는 NID 필드와, 노드가 공간 노드인지 인터페이스 노드인지 구분하는 TYPE 필드와, 노드의 가치도 값을 나타내는 UTIL 필드 및 노드가 나타내는 공간에 포함되는 모든 입자의 ID 집합을 나타내는 SPIDs 필드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 에지 정보 테이블은,에지의 ID를 나타내는 EID 필드와, 에지의 양 끝에 연결된 노드의 ID 값을 나타내는 NID 1필드와, NID 2필드 및 에지의 가치도 값을 나타내는 UTIL 필드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 건축 공간 층간 관계 분석 단계는,건축물의 내부 공간을 각 층을 나타내는 공간 노드로 세분화하는 단계;세분화된 공간 노드의 가치도를 “전체 입자의 개수 중에서 해당 층에 포함되는 입자 개수의 비”로 나타내는 단계;계단, 자동식 계단 및 승강기를 인터페이스 노드로 구성하는 단계;상기 인터페이스 노드의 가치도를 계산하는 단계; 및 에지의 정의에 의해 노드간의 에지를 구성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 인터페이스 노드의 가치도를 계산하는 단계에서,
Figure 112010041602222-pat00076
으로 계산하고,여기서,
Figure 112010041602222-pat00077
는 k층에 있는 인터페이스 노드의 UTIL 필드 값이며,
Figure 112010041602222-pat00078
는 k층을 나타내는 공간 노드의 UTIL 필드 값이다. 그리고
Figure 112010041602222-pat00079
는 k층에 있는 인터페이스 노드의 집합인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 건축 공간 층별 구체화 단계는,상기 건축물의 층별 공간을 위치 인식 단위 공간을 나타내는 공간 노드로 세분화하는 단계;세분화된 공간 노드의 가치도를 “전체 입자의 개수 중에서 해당 위치 인식 단위 공간에 포함되는 입자 개수의 비”로 나타내는 단계;문을 인터페이스 노드로 구성하는 단계;상기 인터페이스 노드의 가치도를 계산하는 단계; 및 에지의 정의에 의해 노드간의 에지를 구성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 인터페이스 노드의 가치도를 계산하는 단계에서,
Figure 112010041602222-pat00080
으로 계산되고,여기서,
Figure 112010041602222-pat00081
는 노드 k 이며,
Figure 112010041602222-pat00082
는 노드 i의 UTIL 필드 값이고,
Figure 112010041602222-pat00083
는 노드 k의 이웃 공간 노드 집합인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 이동 경로 분석 단계는,건축 공간 층별 구체화 단계를 통해 형성된 실내 공간 그래프 모델에서 가능한 모든 노드 쌍에 대하여 최단 경로를 구성하는 단계;구성된 최단 경로 정보를 기반으로 에지의 가치도를 부여하는 단계;상기 에지의 가치도를 정규화하는 단계; 및 상기 노드의 가치도를 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 에지의 가치도를 정규화하는 단계는,노드 i와 j는 실내 공간 그래프 G의 노드 집합 V에 속할 때, 모든 노드 쌍 (i,j)에 대하여 SPath(i,j)(노드 쌍(i,j)의 최단 경로)에 속하는 각 에지 e에 대하여 에지 정보 테이블을 조회하여 에지 e를 나타내는 엔트리의 UTIL 필드 값을 1만큼 증가시키는 것을 반복하는 단계;각 에지의 UTIL 필드를 모든 에지의 UTIL 필드 값을 더한 총합 값을 기준으로 정규화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 에지의 가치도를 정규화하는 단계에서,
Figure 112010041602222-pat00084
으로 정규화하고, 여기서,
Figure 112010041602222-pat00085
는 에지 j의 UTIL 필드 값인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 노드의 가치도를 갱신하는 단계는,
Figure 112010041602222-pat00086
으로 갱신하고,
여기서,
Figure 112010041602222-pat00087
는 노드 i에 연결된 에지의 집합이고,
Figure 112010041602222-pat00088
는 노드 i의 UTIL 필드 값이고,
Figure 112010041602222-pat00089
는 에지 j의 UTIL 필드 값인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 건축 공간적 중요도 도출 단계는,상기 건축 공간 분석 모델 수립 단계의 결과를 기반으로 각 노드의 가치도를 정규화하는 단계; 각 입자의 건축 공간적 중요도를 노드 정보 테이블에 저장된 공간 노드의 SPIDs(Set of Particle IDs;해당 공간에 포함되는 모든 ID의 집합) 필드를 기반으로 도출하는 단계; 및 도출한 건축 공간적 중요도를 입자 정보 테이블의
Figure 112010041602222-pat00090
필드(입자가 배치된 위치의 건축 공간적 중요도 값을 나타낸 필드)에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 실내 전파 공간 분석 모델 수립 단계는,RFID 신호의 감쇠 현상을 고려한 RFID 신호 손실 모델 분석하는 단계; 및 RFID 리더들을 배치하였을 때, 건축물내의 모든 공간에 RF 신호가 도달 가능하도록 RFID 리더가 설치되었는지를 판단하는 전파 공간 중요도 함수를 정의하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 RFID 신호 손실 모델 분석 단계는,상기 RFID 리더와 RF 태그 사이의 거리에 따른 경로 손실을 분석하는 단계;상기 RFID 리더와 RF 태그 사이에 존재하는 벽과 바닥에 의한 경로 손실을 분석하는 단계;상기 거리에 따른 경로 손실 분석 결과, 벽 및 바닥에 의한 경로 손실 분석 결과, RFID 리더의 신호 전송 세기, RFID 리더의 안테나 전력 이득 및 RF 태그의 전력 이득을 고려한 수신 신호 세기를 결정하는 단계; 및 상기 수신 신호 세기의 정규화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 RFID 리더와 RF 태그 사이의 거리에 따른 경로 손실을 분석하는 단계에서,
Figure 112010041602222-pat00091
으로 계산하고, 여기서, d는 RFID 리더와 RF 태그간의 거리(m), PL(d)는 거리 d에 따른 경로손실(dB), λ는 RF 전파의 파장을 나타내는 값인 "빛의 속도/전파의 주파수“이고, 우변의 첫 번째 항은 전파의 파장에 따른 자연 감쇠를 나타내며 두 번째 항은 신호의 전송 거리에 따른 감쇠를 나타내는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 RFID 리더와 RF 태그 사이에 존재하는 벽과 바닥에 의한 경로 손실을 분석하는 단계에서,
Figure 112010041602222-pat00092
으로 계산하고, 여기서,
Figure 112010041602222-pat00093
는 RFID 리더가 배치된 위치 i와 RF 태그의 위치 j사이에 존재하는 장애물에 의해 발생하는 경로 손실을 나타내는 함수이고,위치 i와 j는 모두 이산적인 공간, 즉 격자 단위로 배치된 입자의 위치 중의 하나이고, WAF(Wall Attenuation Factor)는 벽의 경로손실 인자, FAF (Floor Attenuation Factor)는 바닥에 의한 경로손실 인자, Wi,j 는 위치 i와 위치 j사이에 존재하는 벽의 개수, Fi,j 는 위치 i와 위치 j사이에 존재하는 바닥의 개수인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 수신 신호 세기를 결정하는 단계에서,
Figure 112010041602222-pat00094
으로 계산하고,여기서,
Figure 112010041602222-pat00095
는 RFID 리더가 송신한 신호의 세기(dB),
Figure 112010041602222-pat00096
는 RFID 리더의 수신 안테나의 전력이득(dB),
Figure 112010041602222-pat00097
는 리더 송신안테나의 전력이득(dB),
Figure 112010041602222-pat00098
는 태그 안테나의 전력이득(dB),
Figure 112010041602222-pat00099
는 i번째 RFID 리더와 j번째 RF 태그의 거리에 따른 경로 손실이고,
Figure 112010041602222-pat00100
는 RFID 리더가 배치된 위치 i와 RF 태그의 위치 j사이에 존재하는 장애물에 의해 발생하는 경로 손실을 나타내는 함수인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 수신 신호 세기의 정규화 단계에서,
Figure 112010041602222-pat00101
으로 정규화하고,여기서,
Figure 112010041602222-pat00102
는 RF 태그가 수신한 신호의 세기(dB)이고,
Figure 112010041602222-pat00103
는 수신한 신호를 인식하기 위해 필요한 수신 신호의 세기 임계값이고,
Figure 112010041602222-pat00104
는 RFID 리더가 송신한 신호의 세기이고,
Figure 112010041602222-pat00105
는 전파 공간 상수인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 전파 공간 중요도 함수를 정의하는 단계는,임의의 위치에 있는 RF 태그가 다수의 RFID 리더에 의해 인식이 가능할 때, 해당 임의의 위치의 수신 신호 세기를 결정하는 단계; 및 실내 공간의 모든 이산적인 위치에서 수신 신호 세기를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 상기 전파 공간 중요도 함수를 정의하기 위한 해당 임의의 위치의 수신 신호 세기를 결정하는 단계에서,
Figure 112010041602222-pat00106
으로 결정하고,여기서, RR은 배치하는 모든 RFID 리더의 집합이고,
Figure 112010041602222-pat00107
는 위치 j의 수신 신호 세기이고,각 위치에서의 수신 신호 세기는 모든 RFID 리더로부터 받은 정규화 된
Figure 112010041602222-pat00108
값 중에서 가장 큰 값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 해당 임의의 위치의 수신 신호 세기가 결정되면, 상기 전파 공간 중요도 함수를
Figure 112010041602222-pat00109
으로 정의하고,여기서 결정된 값은 RFID 리더 배치에 따른 실내 공간의 모든 이산적인 위치에서 수신 신호 세기의 평균값이고,PA는 상기에서 정의한 것과 같이 모든 입자의 집합이고,
Figure 112010041602222-pat00110
는 위치 i에 RFID 리더를 배치하였는지 또는 배치하지 않았는지를 결정하는 제어 변수이고,
Figure 112010041602222-pat00111
는 위치 i의 수신 신호 세기인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 전파 공간 중요도 함수가 정의되면,RFID 리더 위치를 결정하는 목적 함수를,
Figure 112010041602222-pat00112
으로 정의하고,여기서, SIGST (i)는 위치 i에 있는 입자의 SIGST 필드 값이고,
Figure 112010041602222-pat00113
는 RFID 리더가 설치된 위치의 건축 공간적 중요도의 평균값,
Figure 112010041602222-pat00114
은 RFID 리더가 배치되었을 때 전파 공간적 중요도 값,
Figure 112010041602222-pat00115
은 RFID 리더가 배치되었을 때, 전파공간과 건축공간의 상관계수 값이고,목적 함수에 따르는 제한 조건은
Figure 112010041602222-pat00116
이고,
Figure 112010041602222-pat00117
는 위치 i에 RFID 리더를 배치할때 생성되는 RF 셀과 모든 위치 인식 단위 공간의 유사도를 나타내는 값이고,
Figure 112010041602222-pat00118
은 설치 가능한 리더의 개수인 것을 특징으로 한다.
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이와 같은 본 발명에 따른 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
본 발명은 RFID 리더의 수를 제한함과 동시에 건축도면을 이용하여 RFID 기반 위치 인식 시스템의 위치 인식률 향상을 위한 최적의 RFID 리더 위치를 결정한다.
따라서, 저비용과 위치 인식률이 높은 RFID 기반 위치 인식 시스템을 구축하는 효과가 있다.
또한, 목적 함수가 결정되면 널리 사용되는 최적화 알고리즘과 컴퓨터를 이용하여 소프트웨어적으로 최적의 RFID 리더 위치를 결정할 수 있는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법을 제공하는 효과가 있다.
그리고 RFID 기반 위치 인식 시스템의 관리자는 컴퓨터의 출력장치를 통해 결정된 최적의 RFID 리더 위치를 확인하고 곧바로 위치 인식 시스템의 설치에 사용할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 과정을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명은 RFID 기반 실내 위치 인식 시스템의 위치 인식률 향상을 위해 건축 도면으로 정보를 추출하여 RFID 리더를 설치할 위치를 결정하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는 첫째, 건축 도면으로부터 위치 인식 단위 공간을 구분한다.
RFID 기반의 위치 인식 시스템은 셀 기반의 위치 인식 기법을 사용하므로 실내 공간을 위치 인식 단위 공간으로 구분하는 과정이 필요하다. 따라서 본 발명에서는 건축 도면에 의해 표현되는 실내 공간을 다수의 '위치 인식 단위 공간으로 구분'하는 방법을 사용한다.
둘째, RFID 리더가 설치 가능한 모든 지역의 건축 공간적 중요도를 추출한다. RFID 리더는 비용이 높기 때문에 모든 위치 인식 단위 공간에 배치할 수 없다.
따라서, 본 발명에서는 건축 도면을 분석한 실내 건축 공간 분석 모델을 수립하고, 이를 기반으로 RFID 리더가 설치 가능한 각 위치의 중요도를 추출한다.
추출된 중요도 값은 건축 도면을 기반으로 계산되므로 이하에서 '건축 공간적 중요도'라고 정의한다.
셋째, RF 태그가 이동 가능한 모든 지역의 전파 공간적 중요도를 추출한다.
실내 건축물 내에 RFID 리더를 배치하면, RFID 리더의 위치에 따라 도달 가능한 RF 신호의 세기가 결정된다. 만약 임의의 지역에 도달 가능한 RF 신호의 세기가 매우 약하면, RF 신호의 인식률이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 RFID 리더를 배치에 따른 RF 태그의 수신 신호 세기를 계산한다. 그리고 이를 기반으로 RFID 리더가 실내 건축물 내의 공간에 있는 모든 RF 태그의 인식이 가능한지를 판단하는 중요도 함수를 정의한다.
이와 같이 정의되는 중요도 값은 RF 신호의 특성을 기반으로 계산되므로 이하에서 '전파 공간적 중요도'라 한다.
넷째, 건축 공간과 전파 공간의 상관관계(Correlation)를 분석한다.
RF 신호는 벽을 투과할 수 있기 때문에 서로 다른 위치 인식 단위 공간에 있는 두 개의 RF 태그가 동일한 RFID 리더에 의해 인식 가능하다. 또한 반대로 같은 단위 공간에 있는 두 개의 RF 태그가 서로 다른 RFID 리더에 의해 인식될 수도 있다.
따라서, 건축 공간과 전파 공간의 차이를 최소화할 수 있는 RFID 리더의 위치를 선택하는 것이 중요하다.
본 발명에서는 이를 '건축 공간과 전파 공간의 상관계수(Correlation coefficient)'라 정의한다.
다섯째, 본 발명에서는 상기한 실내 건축 공간 분석 모델 수립, 실내 전차 공간 분석 모델 수립, 그리고 건축 공간과 전파 공간의 상관관계 분석의 결과인 건축 공간적 중요도, 전파 공간적 중요도 및 건축 공간과 전파 공간의 상관계수를 이용하여 최적의 RFID 리더 위치를 결정하는 '목적 함수'를 정의하는 단계를 포함한다.
이하에서 본 발명에 따른 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 기법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 수행 과정을 나타낸 것이다.
먼저, 건축 도면을 입력하고(S101), 건물 내의 공간을 다수의 위치 인식 단위 공간으로 구분한다.(S102)
그리고 상기에서 설명한 실내 건축 공간 분석 모델과 실내 전파 공간 분석 모델을 수립하여(S103)(S105), 건축 공간 내 각 지역의 건축 공간적 중요도와 전파 공간적 중요도를 도출한다.(S104)(S106)
이때 실내 건축 공간 분석 모델 수립 과정과 실내 전파 공간 분석 모델을 수립 과정은 병렬적으로 수행되며, 두 과정이 모두 완료되면 건축 공간과 전파 공간의 상관관계를 분석하여(S107), 건축 공간과 전파 공간의 상관계수 도출한다.(S108)
건축 공간적 중요도와 전파 공간적 중요도, 그리고 건축 공간과 전파 공간의 상관계수를 기반으로 목적함수를 정의하고(S109) 최적화 기법을 통해 최적 RFID 리더의 위치를 결정한다.(S110)
여기서, 최적화 수행 단계는 잘 알려진 기법인 유전자 알고리즘 기법을 사용하여 최적 RFID 리더의 위치를 출력한다.(S111)
이와 같은 본 발명에 따른 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 수행 과정에서 위치 인식 단위 공간 구분 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 위치 인식 단위 공간 구분 단계의 상세 과정을 나타낸 플로우 차트이다.
RFID 위치 인식 시스템은 셀 기반의 위치 인식 기법을 사용하므로 건축물의 실내 공간을 다수의 셀, 즉 위치 인식 단위 공간으로 구분해야 한다.
본 발명에서는 건축 도면을 이용하여 건축물의 실내 공간을 다수의 위치 인 식 단위 공간으로 구분한다.
건물의 실내 공간은 연속적인 3차원 공간이지만 컴퓨터 소프트웨어는 연속적인 값을 모두 표현할 수 없다. 따라서 위치 인식 단위 공간 구분 단계에서는 먼저 건축물의 실내 공간을 이산적인 공간으로 표현한다.
이를 위해 건축 도면에서 가장 높이가 낮은 왼쪽 아래 모서리 점을 원점으로 선택하고(S201) 격자 단위로 입자(Particle)를 배치한다.(S202)
입자와 이웃 입자의 간격은 가로는 X DEF , 세로는 Y DEF , 높이는 H DEF 이다. 본 발명에 따른 실시예에서는 X DEF ,Y DEF ,H DEF 의 값을 각각 30cm 로 지정하였으나 이 값들은 위치 인식 시스템의 특성에 따라 변경 가능하다.
그리고 이후 입자 P i ,j,k 는 원점을 기준으로 가로 i × X DEF , 세로 j × Y DEF , 높이 k × H DEF 에 있는 입자를 의미하며, 정의에 의하여 원점은 P 0 ,0,0 으로 표현 가능하다. 그리고 PA는 모든 입자의 집합이다.
다음으로 입자 정보 테이블을 초기화한다.(S203)
입자 정보 테이블은 도 3에서와 같이 구성되며, 이 후에 설명하는 실내 건축 공간 분석 과정, 실내 전파 공간 분석 과정, 그리고 건축 공간과 전파 공간의 상관관계를 분석 과정에서 모두 사용된다.
도 3의 입자 정보 테이블에서 4바이트의 PID (Particle ID) 필드(301)는 각 입자의 ID를 나타내는 유일한 값이다.
4바이트의 CoordX 필드(302)는 해당 입자의 가로 좌표이다.
4바이트의 CoordY 필드(303)는 해당 입자의 세로 좌표이다.
4바이트의 CoordH 필드(304)는 해당 입자의 높이 좌표이다.
CoordX 필드, CoordY 필드, 및 CoordH 필드의 단위는 각각 X DEF , Y DEF , H DEF 이다. 1 바이트의 Wall 필드(305)는 해당 입자의 위치가 벽의 내부인지 또는 그렇지 않은지를 나타낸다. Wall 필드의 값이 1이면 입자의 위치가 벽의 내부이며, 0이면 벽의 내부가 아니다. 따라서 Wall 필드가 값이 1인 입자에는 RFID 리더를 배치할 수 없다.
그리고 4바이트의
Figure 112010041602222-pat00119
필드(306)는 해당 입자가 배치된 위치의 건축 공간적 중요도 값이다. 마지막으로 4바이트의 CID (Cell ID) 필드(307)는 해당 입자와 동일한 위치 인식 단위 공간에 포함된 모든 입자 중에 가장 작은 PID 값이다. 따라서 SID 필드가 같은 모든 입자는 동일한 위치 인식 단위 공간에 포함된다.
입자 정보 테이블을 초기화하는 단계에서는 각 입자의 PID 필드를 순서대로 초기화하고, 입자의 위치에 따라 CoordX 필드, CoordY 필드, 그리고 CoordH 필드를 초기화한다. 그리고 나머지 필드는 모두 0으로 초기화된다.
다음으로 각 입자에 대하여 CoordX 필드, CoordY 필드, CoordH 필드를 기반으로 위치를 계산하고 건축 도면을 참조하여 해당 입자가 벽의 내부에 있는지 외부에 있는지 판단한다.(S204)
만약, 벽의 내부에 있으면 입자 정보 테이블의 Wall 필드를 1로 수정하고(S205), 그렇지 않으면 0으로 갱신한다.(S206)
다음으로 Wall 필드가 0인 모든 입자를 노드로 가지는 가시 그래프(Visibility Graph)를 구성한다.(S207)
가시 그래프란 임의의 두 노드를 연결하는 직선이 벽과 교차하지 않으면 에지가 존재하는 그래프이다. 그리고 구성된 가시 그래프를 VG=(PA,E)로 표기한다.
여기서 PA는 상기 설명한 바와 같이 모든 입자의 집합이며, E는 가시 그래프의 특성에 의해 생성된 에지의 집합이다.
다음으로 구성된 가시 그래프를 다수의 완전 서브 그래프로 분할한다.(S208)
완전 서브 그래프를 구성하는 방법은 다음과 같다.
먼저, CG(Complete Graph)를 공집합으로 초기화한다.
임의의 입자 i (∈PA)를 선택하여 집합 CG에 넣고 입자 i 는 PA에서 제거한다.
그리고 집합 CG에 포함된 모든 입자와 연결된 입자 j를 선택하고, 이 조건을 만족하는 입자 j가 존재하면, 입자 j를 집합 CG에 넣고 PA에서 제거한 후 집합 CG에 포함된 모든 입자와 연결된 입자 j를 선택하는 과정을 다시 수행한다.
조건을 만족하는 입자 j가 존재하지 않으면 CG에 포함된 모든 입자를 노드로 하는 VG의 서브 그래프는 완전 그래프이다.
그리고 이때 CG에 포함된 모든 입자의 PID 필드 값 중에 가장 작은 값을 CG에 포함된 모든 입자의 CID 필드 값으로 갱신한다.(S209)
PA가 공집합이면 완전 그래프 구성과정은 종료되며, 그렇지 않으면 CG(Complete Graph)를 공집합으로 초기화하는 과정을 다시 수행한다.
다음으로 위치 인식 단위 공간을 도출한다.(S210) 완전 서브 그래프를 구성 과정이 완료되면, 모든 입자는 적어도 하나의 완전 서브 그래프에 포함되며, 각 완전 서브 그래프에 포함된 모든 입자는 모두 동일한 CID 필드 값을 가지게 된다.
도 2를 통해 설명한 위치 인식 단위 공간 구분 단계에서는 동일한 CID 필드 값을 가지는 입자의 집합을 위치 인식 단위 공간으로 정의하며, 지리학적으로는 위치 인식 단위 공간은 동일한 CID 필드 값을 가지는 입자를 포함하는 볼록 다면체가 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 수행 과정에서 실내 건축 공간 분석 모델 수립 과정,실내 전파 공간 분석 모델 수립 과정, 건축 공간과 전파 공간의 상관관계 분석 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 실내 건축 공간 분석 모델 수립 과정, 실내 전파 공간 분석 모델 수립 과정, 건축 공간과 전파 공간의 상관관계 분석 과정을 나타낸 플로우 차트이다.
도 1의 실내 건축 공간 분석 모델 수립 과정(S103)은 도 4의 S401과 같이 확장된다.
실내 건축 공간 분석 모델 수립 과정은 실내 건축물의 지리적 정보를 바탕으로 RFID 리더의 후보 위치, 즉 각 입자가 배치된 위치의 건축 공간적 중요도를 결정하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는 건축 도면을 바탕으로 실내 공간 그래프 모델을 도출하고, 이를 기반으로 건축 공간적 중요도를 결정한다.
실내 공간 그래프 모델은 노드(Node)와 에지(Edge)로 구성된 그래프 모델이다.
노드는 공간 노드(Space node)와 인터페이스 노드(Interface node)로 구분된다. 공간 노드는 특정 공간을 나타내며, 인터페이스 노드는 공간 노드를 연결하는 (실내 건축물) 객체를 나타낸다. 공간 노드와 인터페이스 노드는 실내 건축 공간 분석 모델 수립 과정에서 점차적으로 구체화된다. 그리고 임의의 두 노드 사이에 다른 노드를 거치지 않는 이동 경로가 존재하면 에지로 연결된다.
실내 건축 공간 분석 모델을 도출하는 실내 건축 공간 분석 과정은 도 4에서와 같이 건축 공간 내외 관계 분석 단계(S403), 건축 공간 층간 관계 분석 단계(S404), 건축 공간 층별 구체화 단계(S405), 이동 경로 분석 단계(S406)의 4가지 단계를 통하여 계층적으로 구체화된다.
먼저, 건축 공간 내외 관계 분석 단계(S403)에서는 공간을 건축물 내부와 건축물 외부로 구분한다.
따라서, 공간 노드를 건축물 내부를 나타내는 공간 노드와 건축물 외부를 나타내는 공간 노드로 구성한다.(S407)
인터페이스 노드는 공간 노드를 연결하는 실내 건축물 객체이므로 건축물 내부와 외부를 연결하는 다수의 출입문으로 구성한다.(S408)
다음으로 에지의 정의에 의해 노드 간의 연결은 다음과 같이 구성한다.(S409)
먼저, 건축물 내부 공간(노드)에서 외부 공간(노드)으로 이동하기 위해서는 반드시 출입문(인터페이스 노드)을 통과해야 하므로 건축물 내부를 나타내는 공간 노드와 건축물 외부를 나타내는 공간 노드는 연결되지 않는다.
반면 건축물 내부 공간에서는 출입문으로 이동하는 경우는 건축물 외부를 거치지 않고 이동할 수 있고, 건축물 외부에서도 건축물 내부를 거치지 않고 출입문으로 이동할 수 있다.
따라서, 건축물 내부를 나타내는 공간 노드와 모든 인터페이스 노드는 연결되며, 건축물 외부를 나타내는 공간 노드와 모든 인터페이스 노드도 연결된다.
이를 기호화하면 다음과 같다. 건축 공간 내외 관계 분석 단계에서 도출된 실내 건축 공간 분석 모델인 그래프 G는 G = (V,E)와 같이 표현된다.
V는 실내 건축 공간 분석 모델을 구성하는 노드로 공간 노드 집합 SN과 인터페이스 노드 집합 IN의 합집합으로 V = SN ∪ IN이다. E는 실내 건축 공간 분석 모델을 구성하는 에지이며, 수학식 1에서와 같이 정의된다.
Figure 112010041602222-pat00020
이러한 실내 공간 그래프의 정보는 도 5a의 실내 공간 그래프 노드 정보 테이블과 도 5b의 에지 정보 테이블에 저장된다.(S410)
도 5a의 노드 정보 테이블에서 4바이트의 NID 필드(501)는 각 노드의 ID를 나타내는 유일한 값이다.
1바이트의 TYPE 필드(502)는 해당 노드가 공간 노드인지 인터페이스 노드인 지 구분하는 값이 저장되며, 0이면 공간 노드이고, 1이면 인터페이스 노드이다.
4바이트의 UTIL 필드(503)는 노드의 가치도 값이며, 위치 인식 시스템에서 해당 노드가 가리키는 공간이 리더 설치 지역에 부합한지를 나타내는 가중치 값이다. 또한 실내 건축 공간 분석 모델 수립 과정이 종료되면, 해당 공간에 포함되는 모든 입자의 건축 공간적 중요도 값이 된다.
UTIL 필드의 초기화 과정은 다음과 같이 수행된다. 건축물 내부를 나타내는 공간 노드의 UTIL 필드 초기값은 1.0이고, 건축물 외부를 나타내는 공간 노드의 UTIL 필드 초기값은 0.0이다.
그리고 모든 인터페이스 노드의 UTIL 필드 값은 1.0/｜IN｜으로 초기화한다.
가변적 길이의 SPIDs (Set of Particle IDs) 필드는 해당 공간에 포함되는 모든 입자의 ID 집합이며, 정의에 의하여 건축물 내부를 나타내는 공간 노드의 SPIDs 필드 초기값은 PA이며, 건축물 외부를 나타내는 공간 노드의 SPIDs 필드 초기 값은 공집합이다. 그리고 각 인터페이스 노드의 SPIDs 필드는 해당 출입구에서 가장 가까운 입자의 집합이 된다.
도 5b의 에지 정보 테이블에서 4바이트의 EID 필드(511)는 해당 에지의 ID를 나타내는 유일한 값이다. 4바이트의 NID1 필드(512)와 NID2 필드(513)는 각각 에지의 양끝에 연결된 노드의 ID 값이다.
4바이트의 UTIL 필드(514)는 에지의 가치도 값이며, 건물 내에 있는 공간간의 모든 이동 경로 중에서 해당 에지가 포함되는 경로의 비율을 나타내는 값이며, 이동 경로 분석 단계에서 사용된다.
그리고 건축 공간 층간 관계 분석 단계(S404)를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
건축 공간 층간 관계 분석 단계에서는 건물 내부 공간을 다시 층별 공간으로 세분화한다.(S411)
따라서, 이 단계에서는 먼저 건축물 내부를 나타내는 공간 노드를 노드 정보 테이블에서 제거하고, 각 층을 나타내는 공간 노드를 노드 정보 테이블에 추가한다.
이때 제거되는 건축물 내부를 나타내는 공간 노드의 SPIDs 필드에 포함되었던 각 입자는 새로 추가되는 공간 노드 중에 입자가 포함된 층을 나타내는 공간 노드의 SPIDs 필드에 포함된다.
그리고 각 층을 나타내는 공간 노드의 UTIL 필드는 전체 입자의 개수 중에서 해당 층에 포함되는 입자 개수의 비, 즉 |SPIDs 필드|/|PA|로 초기화된다.
따라서, 새로 추가되는 모든 공간 노드의 UTIL 필드 값을 모두 더하면 제거되는 공간 노드의 UTIL 필드의 값인 1.0과 같다.
다음으로 각 층을 나타내는 공간 노드를 연결하는 새로운 인터페이스 노드를 노드 정보 테이블에 추가한다.(S412)
인터페이스 노드는 공간 노드를 연결하는 실내 건축물 객체이므로 층간 이동을 가능하게 해주는 계단, 자동식 계단 및 승강기로 구성된다. 각 인터페이스 노드의 SPIDs 필드는 해당 계단, 자동식 계단 또는 승강기에서 가장 가까운 입자의 집합이 되며 UTIL 필드 값은 수학식 2에서와 같이 결정된다.
Figure 112010041602222-pat00021
여기서,
Figure 112010041602222-pat00022
는 k층에 있는 인터페이스 노드의 UTIL 필드 값이며,
Figure 112010041602222-pat00023
는 k층을 나타내는 공간 노드의 UTIL 필드 값이다. 그리고
Figure 112010041602222-pat00024
는 k층에 있는 인터페이스 노드의 집합이다.
다음으로 에지의 정의를 기반으로 층별 공간 노드와 인터페이스 노드 간의 에지를 구성한다.(S413)
임의의 층에서 다른 층으로 이동하려면 반드시 계단, 승강기, 또는 자동식 계단을 거쳐야 하므로 각 층을 나타내는 임의의 두 공간 노드는 서로 연결되지 않는다. 또한 유사하게 같은 층에 위치한 임의의 인터페이스 노드에서 다른 인터페이스 노드로 이동하기 위해서는 반드시 해당 층(공간 노드)을 통과해야하므로 연결되지 않는다.
반면 같은 층의 공간 노드와 인터페이스 노드는 에지의 정의에 의해 연결된다. 또한 승강기를 통해 아래층으로 이동하거나 계단을 통해 위층으로 이동하는 것과 같이 서로 다른 층에 위치한 인터페이스 노드이더라도 직접 이동이 가능한 두 인터페이스 노드는 연결된다.
건축 공간 층간 관계 분석 단계에 의해 도출된 실내 건축 공간 분석 모델인 그래프 G의 에지 E를 기호화하면 수학식 3에서와 같이 정의된다.
Figure 112010041602222-pat00025
그리고 건축 공간 층별 구체화 단계(S405)에서는 각 층의 내부 공간을 위치 인식 단위 공간으로 세분화한다.(S414)
따라서, 이 단계에서는 먼저 각 층을 나타내는 공간 노드를 노드 정보 테이블에서 제거하고, 해당 층에 포함된 위치 인식 단위 공간을 나타내는 공간 노드를 노드 정보 테이블에 추가한다.
이때 제거되는 공간 노드의 SPIDs 필드에 포함되었던 각 입자는 새로 추가되는 공간 노드 중에 입자가 포함된 위치 인식 단위 공간을 나타내는 공간 노드의 SPIDs 필드에 포함된다. 그리고 각 위치 인식 단위 공간을 나타내는 공간 노드의 UTIL 필드는 전체 입자의 개수 중에서 해당 위치 인식 단위 공간에 포함되는 입자의 개수로 초기화된다.
다음으로 새로 추가된 공간 노드를 연결하는 새로운 인터페이스 노드를 다음과 같이 노드 정보 테이블에 추가한다.(S415)
인터페이스 노드는 공간 노드를 연결하는 실내 건축물 객체이므로 위치 인식 단위 공간 간의 이동을 가능하게 해주는 문으로 구성된다. 각 인터페이스 노드의 SPIDs 필드는 해당 문에서 가장 가까운 입자의 집합이 되며 UTIL 필드 값은 수학식 4에서와 같이 결정된다.
Figure 112010041602222-pat00026
여기서,
Figure 112010041602222-pat00027
는 노드 k 이며,
Figure 112010041602222-pat00028
는 노드 i의 UTIL 필드 값이다.
그리고
Figure 112010041602222-pat00029
는 노드 k의 이웃 공간 노드 집합이다. 따라서 인터페이스 노드의 가치도는 수학식 4에 의해 인접 공간 노드에 부여된 가치도의 평균값이다.
앞선 건축 공간 내외 관계 분석 단계, 건축 공간 층간 관계 분석 단계, 건축 공간 층별 구체화 단계에서는 단계가 진행될수록 공간 노드가 세분화되고, 공간 노드의 가치도도 분할된다.
그리고 인터페이스 노드의 가치도는 인접 공간 노드의 가치도에 의해 결정되기 때문에, 앞선 단계에서 생성된 인터페이스 노드가 이후 단계에서 생성된 인터페이스 노드의 가치도에 비해 일반적으로 크다.
이는 건축물의 구조적 관점에서 출입문은 태그가 건물 내부에 위치하는지 결정할 수 있는 중요한 장소이며, 계단, 승강기 및 자동식 계단은 건물 내 어느 층에 위치하는지 결정할 수 있는 중요한 장소이기 때문이다.
그리고 이동 경로 분석 단계(S406)는 다음과 같이 진행된다.
S401,S404,S405 단계는 건물의 지리학적인 정보만을 사용하였는데, 위치 인식 시스템에서 이동하는 RF 태그의 이동 경로도 고려해야 한다.
따라서, 실내 건축 공간 분석 모델 수립 과정의 마지막 단계인 이동 경로 분석 단계에서는 RF 태그가 이동 가능한 모든 경로를 고려하여 공간 노드와 인터페이스 노드의 가치도를 갱신한다.
이동 경로 분석 단계의 첫 번째 과정은 태그가 이동 가능한 모든 경로의 정보를 구성하는 것이다.(S416)
이 과정에서는 모든 위치 인식 단위 공간 쌍에 대하여 최단 경로를 구성한다. 즉, 건축 공간 층별 구체화 단계를 통해 형성된 실내 공간 그래프 모델에서, 가능한 모든 노드 쌍에 대하여 최단 경로를 구성한다. 그리고 노드 쌍 (i,j)의 최단 경로를 SPath(i,j)로 표기한다. 최단 경로를 구성하는 알고리즘은 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘을 사용한다.
그리고 에지의 가치도를 부여한다.(S417)
에지의 가치도를 부여 과정은 다음과 같다.
Figure 112010041602222-pat00030
여기서,
Figure 112010041602222-pat00120
는 에지 j의 UTIL 필드 값이다.
(1)모든 노드 쌍 (i,j)에 대하여 아래의 (2)의 과정을 반복한다. (단, 노드 i와 j는 실내 공간 그래프 G의 노드 집합 V에 속한다.)
(2)SPath(i,j)에 속하는 각 에지 e에 대하여 에지 정보 테이블을 조회하여 에지 e를 나타내는 엔트리의 UTIL 필드 값을 1만큼 증가시킨다.
(3)각 에지의 UTIL 필드를 수학식 5에서와 같이 모든 에지의 UTIL 필드 값을 더한 총합 값을 기준으로 정규화한다.
이어, 이동 경로 분석 단계의 마지막 과정인 노드의 가치도 갱신 과정(S418)에서는 앞서 계산한 에지의 가치도를 이용하여 건축 공간 층별 구체화 단계에서 얻은 노드의 가치도, 즉 노드 정보 테이블의 UTIL 필드 값을 수학식 6에서와 같이 갱신한다.
Figure 112010041602222-pat00031
여기서,
Figure 112010041602222-pat00032
는 노드 i에 연결된 에지의 집합이다.
그리고 건축 공간적 중요도 도출 과정은 다음과 같다.
건축 공간적 중요도 도출 과정(S419)에서는 실내 건축 공간 분석 모델 수립 과정의 결과를 바탕으로 각 입자의 건축 공간적 중요도를 계산한다.
먼저, 앞선 노드의 가치도 갱신(S418)에 의해 모든 노드의 가치도 합이 1을 초과한다. 따라서 각 노드의 가치도 값, 노드 정보 테이블의 UTIL 필드 값을 모든 노드의 가치도를 더한 총합을 기준으로 정규화한다.
그리고 격자 단위의 입자 배치(S202)에 의해 배치된 각 입자의 건축 공간적 중요도는 다음과 같이 계산된다.
임의의 입자는 노드 정보 테이블에 저장된 공간 노드의 SPIDs 필드에 적어도 한번, 그리고 최대 한번 포함된다. 따라서 만약 해당 입자를 포함하는 공간 노드가 있으면, 그 공간 노드의 UTIL 필드 값이 입자의 공간적 중요도 값이 되며, 입자 정보 테이블의
Figure 112010041602222-pat00121
필드(306)에 저장된다.
한편, 임의의 인터페이스 노드의 SPIDs 필드와 공간 노드의 SPIDs 필드에 동시에 포함되는 입자는 두 노드의 UTIL 필드 값 중에 큰 값을 입자의 공간적 중요도 값으로 선택하고, 입자 정보 테이블의
Figure 112010041602222-pat00122
필드에 저장한다.
그리고 도 1의 실내 전파 공간 분석 모델 수립 과정은 도 4의 S402에서와 같이 구현된다.
실내 전파 공간 분석 모델 수립 과정의 목적은 건축물 내의 모든 공간에 RF 신호가 도달 가능하도록 RFID 리더들을 배치하는 것이다.
실내 건축물 내에 RFID 리더들을 배치하면, 배치된 RFID 리더의 위치에 따라 각 입자의 위치에 도달 가능한 RF 신호의 세기가 결정된다. 따라서 최적으로 RFID 리더를 배치하기 위해서는 RF 태그는 실내의 모든 곳에서 적어도 하나의 RFID 리더와 통신이 가능해야 한다.
이를 위하여 본 발명에서는 다수의 RFID 리더들을 실내 공간의 특정 위치에 설치하였을 때, 다른 모든 위치에 도달하는 RFID 리더의 신호 세기를 기반으로 RFID 리더가 적절한 곳에 설치되었는지를 판단한다.
특히, 각 위치에 도달하는 RFID 리더의 신호 세기를 하나의 변수로 표현하는 함수를 정의하며, 이 함수를 전파 공간 중요도 함수라고 하며, 함수의 결과값을 전파 공간적 중요도라고 한다.
한편, 본 발명에서는 연속적인 건축물 실내 공간을 이산적인 공간으로 표현 하므로 RFID 리더가 설치 가능한 위치 및 신호 세기를 측정하는 위치는 격자 단위로 배치된 입자의 위치 중에서 선택한다.
도 4에서와 같이 상기 목적을 달성하기 위하여 전파 공간 분석 과정에서는 먼저 건축물의 실내 공간에서 전송되는 RF 신호의 경로 손실과 수신 신호 세기를 결정하는 RF 신호 손실 모델 분석 단계(S420)와 이를 기반으로 전파 공간적 중요도 값을 결정하는 전파 공간 중요도 함수 정의 단계(S421)로 구성된다.
RF 신호 손실 모델 분석 단계(S420)는 다음과 같다.
RF 신호 손실 모델 분석 단계에서는 건축 도면을 활용하여 RFID 리더가 전송 된 신호가 다른 위치에 전송될 때, RF 신호의 경로 손실을 예측한다.
리더가 전송한 RF 신호는 RF 태그가 수신할 때까지 자연적 분산에 의해 감쇠 현상이 발생한다. 이러한 신호의 감쇠 현상은 RFID 리더와 태그의 거리에 멀수록 감소의 양이 크다.
따라서, 먼저 전송 거리에 의한 RF 신호의 경로 손실을 분석한다.(S422)
본 발명을 따르는 고정형 RFID 리더와 수동형 RF 태그를 사용하는 위치 시스템에서 RF 태그는 리더가 송신한 RF 신호를 수신하고, 수신한 RF 신호의 에너지를 사용하여 다시 RFID 리더에게 신호를 송신한다.
따라서, RF 신호의 전송 거리 d에 따른 RF 신호의 경로 손실 PL(d)은 양방향 통신을 모두 고려하여 수학식 7에서와 같이 나타낸다.
Figure 112010041602222-pat00033
수학식 7에서 d는 RFID 리더와 RF 태그간의 거리(m), PL(d)는 거리 d에 따른 경로손실(dB), λ는 RF 전파의 파장을 나타내는 값인 "빛의 속도/전파의 주파수“이다.
수학식 7에서 우변의 첫 번째 항은 전파의 파장에 따른 자연 감쇠를 나타내며 두 번째 항은 신호의 전송 거리에 따른 감쇠를 나타낸다.
다음으로 RFID 리더가 전송한 RF 신호가 실내 공간에서 전송될 때 장애물에 의해 경로 손실이 발생한다. 특히 벽과 바닥은 RF 신호의 감쇠현상이 뚜렷하게 발생하기 때문에 RFID 리더와 RF 태그 사이에 존재하는 벽과 바닥에 의해 감소하는 경로손실을 분석한다.(S423)
장애물에 의해 감소하는 경로 손실은 RFID 리더와 RF 태그 사이에 존재하는 장애물의 수와 장애물의 특성에 따른 경로손실 인자에 의해 결정된다. 또한 RFID 시스템의 특성을 고려하여 양방향 모두에서 경로 손실이 발생하기 때문에 이를 수학식 8에서와 같이 나타낸다.
Figure 112010041602222-pat00034
수학식 8에서 PL(i,j)는 RFID 리더가 배치된 위치 i와 RF 태그의 위치 j사이에 존재하는 장애물에 의해 발생하는 경로 손실을 나타내는 함수이다.
여기서, 위치 i와 j는 모두 이산적인 공간, 즉 격자 단위로 배치된 입자의 위치 중의 하나이다. WAF(Wall Attenuation Factor)는 벽의 경로손실 인자, FAF (Floor Attenuation Factor)는 바닥에 의한 경로손실 인자이다. 그리고
Figure 112010041602222-pat00123
는 위치 i와 위치 j사이에 존재하는 벽의 개수,
Figure 112010041602222-pat00124
는 위치 i와 위치 j사이에 존재하는 바닥의 개수를 나타낸다.
또한 수학식 8의 우변에서 각항에 상수 2가 곱하여진 것은 양방향 링크에서 발생하는 경로 손실을 모두 고려하기 때문이다.
다음으로 거리에 의한 경로 손실과 장애물에 의한 경로 손실을 동시에 고려 하여 경로 손실에 따른 수신 신호 세기 결정 함수를 정의한다.(S424)
이를 위하여 수학식 7과 수학식 8을 이용하여 위치 i에 있는 RFID 리더와 위치 j에 있는 RF 태그가 통신할 때, RF 태그가 수신한 신호의 세기(dB)를 나타내는
Figure 112010041602222-pat00125
를 수학식 9에서와 같이 정의한다.
Figure 112010041602222-pat00035
상기 수학식 9에서
Figure 112010041602222-pat00126
는 RFID 리더가 송신한 신호의 세기(dB),
Figure 112010041602222-pat00127
는 RFID 리더의 수신 안테나의 전력이득(dB),
Figure 112010041602222-pat00128
는 리더 송신안테나의 전력이득(dB),
Figure 112010041602222-pat00129
는 태그 안테나의 전력이득(dB),
Figure 112010041602222-pat00130
는 i번째 RFID 리더와 j번째 RF 태그의 거리에 따른 경로 손실이고,
Figure 112010041602222-pat00131
는 RFID 리더가 배치된 위치 i와 RF 태그의 위치 j사이에 존재하는 장애물에 의해 발생하는 경로 손실을 나타내는 함수이다.
다음으로 수학식 9에 의해 얻어진 수신 신호의 세기를 도 6에서 표현하는 수학식 10에 의해 정규화한다.(S425)
Figure 112010041602222-pat00036
수학식 10에서
Figure 112010041602222-pat00132
는 수신한 신호를 인식하기 위해 필요한 수신 신호의 세기 임계값이다. 만약 RF 태그가 수신한 신호의 세기가
Figure 112010041602222-pat00133
보다 작으면, 신호를 인식하지 못하고 잡음(Noise)으로 판단된다.
따라서, RF 태그가 수신한 신호의 세기가
Figure 112010041602222-pat00134
보다 작으면, 정규화된 수신 신호의 세기는 0이 된다.(602)
반면, RF 태그가 수신한 신호의 세기는 RFID 리더가 송신한 신호의 세기인
Figure 112010041602222-pat00135
(603)를 초과할 수 없다. 따라서 RF 태그가 수신한 신호의 세기가
Figure 112010041602222-pat00136
보다 크면, 정규화된 수신 신호의 세기는 1이 된다.(604)
그리고 RF 태그가 수신한 신호의 세기가
Figure 112010041602222-pat00137
보다 크고
Figure 112010041602222-pat00138
보다 작으면, 수학식 10의 마지막 항과 같이 결정된다.(605)
특히, 이 함수는 수신한 신호의 세기가
Figure 112010041602222-pat00139
이면 0이 되고,
Figure 112010041602222-pat00140
이면 1이 된다. 또한
Figure 112010041602222-pat00141
에 가까울수록 기울기가 낮다. 이는 수신 신호의 세기가
Figure 112010041602222-pat00142
에 가까우면(606) RF 태그의 이동으로 인해 RFID 리더의 인식 영역 밖으로 나갈 확률이 높을 특징을 반영한다.
반면 수신 신호의 세기가
Figure 112010041602222-pat00143
와
Figure 112010041602222-pat00144
의 중점에 가까우면(607) 기울기가 매우 높다. 이는 RF 태그가 수신 신호 세기가 크면 RFID 리더에 충분히 가까워서, RF 태그가 이동하더라도 RFID 리더의 인식 영역 밖으로 벗어날 확률이 매우 낮은 특징을 반영한다.
한편 k는 전파 공간 상수이며 도 6에서 표현하는 그래프의 기울기(608)를 결정한다. 따라서 k의 값에 따라 상기한 RF 태그의 영향을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 k의 기본 값은 2,000이며, 위치 인식 시스템의 목적에 따라 변경 가능하다.
그리고 전파 공간 중요도 함수 정의 단계는 다음과 같다.
상기한 RFID 신호 손실 모델 분석 단계에서는 RFID 신호의 경로 손실 모델을 분석하여, 하나의 RFID 리더가 송신한 신호를 받은 RF 태그의 수신 신호 세기를 결정하였다.
전파 공간 중요도 함수 정의 단계에서는 먼저 임의의 위치에 있는 RF 태그가 다수의 RFID 리더에 의해 인식이 가능할 때, 수신 신호 세기를 결정한다.
그리고 이를 확장하여 실내 공간의 모든 이산적인 위치에서 수신 신호 세기를 결정하고, 이를 기반으로 RFID 리더가 적절한 곳에 설치되었는지를 판단하는 전파 공간 중요도 함수를 정의한다.
먼저, 다수의 RFID 리더를 배치하였을 때, 임의의 위치에 있는 RF 태그의 수신 신호 세기 결정(S426)은 수학식 11에서와 같다.
Figure 112010041602222-pat00037
여기서, RR은 배치하는 모든 RFID 리더의 집합이다. 그리고
Figure 112010041602222-pat00145
는 위치 j의 수신 신호 세기이다.
RFID 기반 위치 인식 시스템에서 RF 태그는 적어도 하나의 RFID 리더와 통신이 가능하면 셀 기반의 위치 인식이 가능하다. 따라서 수학식 11에서와 같이 각 위치에서의 수신 신호 세기는 모든 RFID 리더로부터 받은 정규화 된
Figure 112010041602222-pat00146
값 중에서 가장 큰 값으로 결정한다.
다음으로 다수의 RFID 리더를 배치하였을 때, RFID 리더가 적절한 곳에 설치되었는지를 판단하는 전파 공간 중요도 함수를 수학식 12에서와 같이 정의한다.
Figure 112010041602222-pat00038
여기서, PA는 상기에서 정의한 것과 같이 모든 입자의 집합이다.
수학식 12는 RFID 리더 배치에 따른 실내 공간의 모든 이산적인 위치에서 수신 신호 세기의 평균값이며, 곧 전파 공간적 중요도 값이다.(S428)
특히, 수학식 11과 수학식 12의 값은 RFID 리더의 위치에 의존적이므로 다양한 RFID 리더 배치를 시도하는 최적화 수행 과정(도 1의 S110)에서 변경되는 값이라는 특징이 있다.
따라서 수학식 12에서 제어 변수(Control Variable 또는 Decision Variable)
Figure 112010041602222-pat00147
를 사용하여 RFID 리더가 배치되었는지 아닌지를 구분한다. 만약 제어 변수
Figure 112010041602222-pat00148
가 1이면, 위치 i에 RFID 리더가 배치되었음을 나타내고, 0이면 위치 i에 리더가 배치되지 않았음을 나타낸다.
반면, 건축 공간적 중요도(S104)(S419) 값은 RFID의 특성에 독립적이므로 최적화 수행 과정에서 변하지 않는 상수 값이라는 특징이 있다.
그리고 건축 공간과 전파 공간의 상관관계 분석 과정은 다음과 같다.
건축 공간과 전파 공간의 상관관계 분석 과정(S107)의 목표는 위치 인식 단위 공간과 RFID 리더가 송신한 신호가 전파되는 공간의 차이를 최소화하는 것이다.
상기에서 정의한 바와 같이(도 1의 S102), 위치 인식 단위 공간은 위치 인식 단위 공간 구분 단계에 결과에 의해 생성된 CID 필드의 값이 같은 입자의 집합이다.
임의의 RFID 리더가 송신한 신호가 전파되는 공간, 즉 RF 셀은 RFID 리더가 송신한 신호의 수신 세기가
Figure 112010041602222-pat00149
을 넘는 입자의 집합으로 정의한다. 따라서 RF 셀은 수학식 13에서와 같이 표현 가능하다.
Figure 112010041602222-pat00039
Figure 112010041602222-pat00040
수학식 13에서 RF - Cell(i)는 위치 i에 RFID 리더를 배치할 때 생성되는 RF 셀이다. 그리고 위치 인식 단위 공간은 수학식 14에서와 같이 표현된다.
수학식 14에서 CID(i)는 위치 i에 배치된 입자의 CID 필드 값이다.
도 7에서와 같이, RF 셀(701)(702)은 RFID 리더(703)(704)의 위치와 장애물 및 신호 전송 거리에 의한 감쇠 현상에 의존적이므로 불규칙적인 형태를 가지게 된다.
반면 위치 인식 단위 공간(705)(706)은 건축 공간에 의존적이다. 따라서 RF 셀과 위치 인식 단위 공간이 같은 입자(707)도 있지만 그렇지 않은 입자(708)도 존재하게 된다.
RFID 리더(703)에 의해 인식된 태그는 위치 인식 공간(705)에 존재하는지, 또는 위치 인식 공간(706)에 존재하는지 판단할 수 없다. 따라서 “건축 공간과 전파 공간의 상관관계 분석 과정”에서는 RFID 셀과 위치 인식 단위 공간의 차이를 최소화하기 위하여 “건축 공간과 전파 공간의 상관계수”를 정의한다.
다수의 RFID 리더를 배치하였을 때, RFID 리더들의 배치에 따른 건축 공간과 전파 공간의 상관계수는(도 1의 S108)는 수학식 15에서와 같이 결정된다.
Figure 112010041602222-pat00150
수학식 15에서
Figure 112010041602222-pat00151
는 상기한바와 같이 위치 i에 RFID 리더를 배치하였는지 또는 배치하지 않았는지를 결정하는 제어 변수이다. 그리고 LU-Cell은 모든 위치 인식 단위 공간의 집합이다.
따라서 수학식 15의
Figure 112010041602222-pat00042
는 위치 i에 설치된 임의의 한 RFID 리더에 대하여, RF 셀과 위치 인식 단위 공간 j 가 공유하는 입자의 수를 나타내며, 이를
Figure 112010041602222-pat00043
로 나누어 정규화된 값으로 표현한다.
또한 j는 모든 위치 인식 단위 공간 집합의 원소이므로 앞의 과정이 모든 위치 인식 단위 공간 각각에 대하여 반복 수행된다.
따라서,
Figure 112010041602222-pat00044
는 위치 i에 RFID 리더를 배치할 때 생성되는 RF 셀과 모든 위치 인식 단위 공간이 얼마나 유사하게 형성되는지를 나타내는 값이며, 클수록 RF 셀과 위치 인식 단위 공간이 유사하다.
이를 설치된 모든 RFID 리더에 대하여 반복수행한 후, RFID 리더의 수로 나누어 다시 정규화된 값으로 표현한다.
한편, 건축 공간적 중요도와 유사하게 “건축 공간과 전파 공간의 상관계수”도 RFID 리더의 위치에 의존적이므로 다양한 RFID 리더 배치를 시도하는 최적화 수행 과정(도 1의 S110)에서 변경되는 값이라는 특징을 가지고 있다.
그리고 본 발명에 따른 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법에서의 목적 함수는 다음과 같이 정의된다.
본 발명의 목적은 RFID 기반 실내 위치 인식 시스템의 위치 인식률 향상을 위해 건축 도면으로 정보를 추출하여 RFID 리더를 설치할 위치를 결정하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 입자 정보 테이블의
Figure 112010041602222-pat00152
필드에 저장되어 있는 건축 공간적 중요도, 수학식 11에 의해 정의되는 전파 공간적 중요도, 그리고 수학식 15에 의해 정의되는 건축공간 및 전파공간의 상관계수를 도출하였다.
이를 이용한 본 발명의 목적 함수는 수학식 16에서와 같다.
Figure 112010041602222-pat00153
여기에서 SIG ST (i)는 위치 i에 있는 입자의 SIG ST 필드 값이다. 따라서 첫째 항은 RFID 리더가 설치된 위치의 건축 공간적 중요도의 평균값이다.
그리고 둘째 항은 RFID 리더가 배치되었을 때 전파 공간적 중요도 값이다.
마지막으로 셋째 항은 RFID 리더가 배치되었을 때, 전파공간과 건축공간의 상관계수 값이다.
또한 수학식 17은 설치 가능한 RFID 리더의 수가 최대 N개 임을 나타낸다.
따라서 상기 목적 함수 및 제한 조건은 리더의 수가 제한된 상태에서 최적의 RFID 리더의 위치를 결정한다.
수학식 16의 목적 함수에 따르는 제한 조건은 수학식 17에서와 같다.
Figure 112010041602222-pat00046
그리고 최적화 수행 및 최적화된 RFID 리더의 위치 출력 과정은 다음과 같다.
본 발명에서 제시한 목적함수를 최적화하기(S110) 위한 방법은 유전자 알고 리즘을 사용하며, 유전자 알고리즘은 널리 알려진 기술이고 본 발명의 내용에 포함되지 않으므로 설명은 생략한다.
제시한 목적함수를 최적화하면, 제어 변수의
Figure 112010041602222-pat00154
의 값이 결정된다. 본 발명의 마지막 단계인 RFID 리더의 위치 출력은 다음과 같다.
제어 변수
Figure 112010041602222-pat00155
가 1인 위치에는 RFID 리더를 설치하고, 0인 위치에는 RFID 리더를 설치하지 않는다.
이와 같은 본 발명에 따른 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법은 건축 도면을 이용하여 RFID 리더가 설치되는 공간과 RFID 리더 배치간의 의존성을 분석하고 이를 기반으로 위치 인식률 향상을 위한 최적의 RFID 리더 위치를 자동으로 결정한다.
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 본 발명에 따른 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 과정을 나타낸 플로우 차트
도 2는 본 발명에 따른 위치 인식 단위 공간 구분 단계의 상세 과정을 나타낸 플로우 차트
도 3은 본 발명에 따른 RFID 리더 설치 후보 지역의 특성을 표현하는 입자 정보 테이블
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 실내 건축 공간 분석 모델 수립 과정, 실내 전파 공간 분석 모델 수립 과정, 건축 공간과 전파 공간의 상관관계 분석 과정을 나타낸 플로우 차트
도 5a는 본 발명에 따른 실내 건축 공간 분석 모델 수립 과정에서 각 노드의 정보를 저장하는 노드 정보 테이블
도 5b는 본 발명에 따른 실내 건축 공간 분석 모델 수립 과정에서 각 에지의 정보를 저장하는 에지 정보 테이블
도 6은 본 발명에 따른 실내 전파 공간 분석 모델 수립 과정에서 RFID 배치에 따른 정규화 된 RF 태그의 수신 신호 세기를 나타낸 그래프
도 7은 본 발명에 따른 건축 공간과 전파 공간의 상관관계 분석 과정에서 RF 셀과 위치 인식 단위 공간의 관계를 나타낸 구성도

Claims (26)

  1. RFID 리더 배치 위치를 결정하는 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법에 있어서,
    건축 도면을 입력으로 하여 위치 인식 단위 공간을 구분하는 단계;
    실내 건축 공간 분석 모델과 실내 전파 공간 분석 모델을 수립하고 건축 공간적 중요도와 전파 공간적 중요도를 도출하는 단계;
    건축 공간과 전파 공간의 상관관계를 분석하고, 상관 계수를 도출하는 단계; 및
    건축 공간적 중요도와 전파 공간적 중요도 및 건축 공간과 전파 공간의 상관계수를 기반으로 RFID 리더 위치를 결정하는 목적 함수를 정의하고 최적화를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 인식 단위 공간을 구분하는 단계는,
    연속적인 실내 공간을 격자 단위 입자를 배치하여 이산적인 공간으로 변환하는 단계;
    입자 정보 테이블을 초기화 및 입자의 위치가 벽 내부인지 판단하여 벽의 내부이면 1로, 그렇지 않으면 0으로 Wall 필드를 갱신하는 단계;
    격자 단위로 배치된 입자로부터 가시 그래프를 구성하는 단계;
    가시 그래프를 완전 서브 그래프로 분할하는 단계; 및
    완전 서브 그래프로부터 위치 인식 단위 공간으로 도출하고 입자 정보 테이블의 CID(Cell ID) 필드를 위치 인식 단위 공간에 포함된 입자 중 가장 작은 PID(Particle ID) 필드로 설정하는 단계;를 포함하고,
    여기서, 상기 'Wall 필드'는 입자의 위치가 벽 내부인지 아닌지를 나타내는 입자 정보 테이블의 필드이고, 'CID 필드'는 입자와 동일한 위치 인식 단위 공간에 포함된 모든 입자 중에 가장 작은 PID(Particle ID) 값을 나타내는 입자 정보 테이블의 필드이고, 'PID 필드'는 각 입자의 ID를 나타내는 유일한 값을 나타내는 입자 정보 테이블의 필드인 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 입자 정보 테이블은,
    각 입자의 ID를 나타내는 유일한 값을 나타내는 PID(Particle ID) 필드와, 입자의 가로 좌표를 나타내는 CoordX 필드와, 입자의 세로 좌표를 나타내는 CoordY 필드와, 입자의 높이 좌표를 나타내는 CoordH 필드와, 입자의 위치가 벽의 내부인지 또는 그렇지 않은지를 나타내는 Wall 필드와, 입자가 배치된 위치의 건축 공간적 중요도 값을 나타내는
    Figure 112010041602222-pat00156
    필드 및 입자와 동일한 위치 인식 단위 공간에 포함된 모든 입자 중에 가장 작은 PID(Particle ID) 값을 나타내는 CID(Cell ID) 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 실내 전파 공간 분석 모델 수립하는 단계는,
    건축 공간을 건축물 외부와 건축물 내부의 공간으로 구분한 실내 공간 그래프 모델을 도출하는 건축 공간 내외 관계 분석 단계;
    상기 건축물 내부 공간을 층별 공간으로 세분화한 실내 공간 그래프 모델을 도출하는 건축 공간 층간 관계 분석 단계;
    상기 건축물 내의 층별 공간을 위치 인식 단위 공간으로 구체화한 실내 공간 그래프 모델을 도출하는 건축 공간 층별 구체화 단계; 및
    태그가 이동 가능한 모든 경로를 고려하여 노드의 가치도를 재평가하는 이동 경로 분석 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 건축 공간 내외 관계 분석단계는,
    상기 건축물의 내부를 나타내는 공간 노드와 외부를 나타내는 공간 노드를 구성하는 단계;
    건축물의 출입구를 인터페이스 노드로 구성하는 단계;
    건축물의 내부를 나타내는 공간 노드의 가치도를 1로, 건축물의 외부를 나타내는 공간 노드의 가치도를 0으로, 모든 인터페이스 노드의 가치도를 “1/인터페이스 노드의 수”로 하는 단계;
    임의의 두 노드 사이에 다른 노드를 거치지 않는 이동 경로가 존재하면 에지로 연결하는 것을 정의로 하여 공간 노드와 인터페이스 노드간의 에지를 구성하는 단계; 및
    노드 정보 테이블 및 에지 정보 테이블을 초기화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 노드 정보 테이블은,
    각 노드의 ID를 나타내는 NID 필드와, 노드가 공간 노드인지 인터페이스 노드인지 구분하는 TYPE 필드와, 노드의 가치도 값을 나타내는 UTIL 필드 및 노드가 나타내는 공간에 포함되는 모든 입자의 ID 집합을 나타내는 SPIDs 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 에지 정보 테이블은,
    에지의 ID를 나타내는 EID 필드와, 에지의 양 끝에 연결된 노드의 ID 값을 나타내는 NID 1필드와, NID 2필드 및 에지의 가치도 값을 나타내는 UTIL 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 건축 공간 층간 관계 분석 단계는,
    건축물의 내부 공간을 각 층을 나타내는 공간 노드로 세분화하는 단계;
    세분화된 공간 노드의 가치도를 “전체 입자의 개수 중에서 해당 층에 포함되는 입자 개수의 비”로 나타내는 단계;
    계단, 자동식 계단 및 승강기를 인터페이스 노드로 구성하는 단계;
    상기 인터페이스 노드의 가치도를 계산하는 단계; 및
    에지의 정의에 의해 노드간의 에지를 구성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 인터페이스 노드의 가치도를 계산하는 단계에서,
    Figure 112010041602222-pat00047
    으로 계산하고,
    여기서,
    Figure 112010041602222-pat00048
    는 k층에 있는 인터페이스 노드의 UTIL 필드 값이며,
    Figure 112010041602222-pat00049
    는 k층을 나타내는 공간 노드의 UTIL 필드 값이다. 그리고
    Figure 112010041602222-pat00050
    는 k층에 있는 인터페이스 노드의 집합인 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 건축 공간 층별 구체화 단계는,
    상기 건축물의 층별 공간을 위치 인식 단위 공간을 나타내는 공간 노드로 세분화하는 단계;
    세분화된 공간 노드의 가치도를 “전체 입자의 개수 중에서 해당 위치 인식 단위 공간에 포함되는 입자 개수의 비”로 나타내는 단계;
    문을 인터페이스 노드로 구성하는 단계;
    상기 인터페이스 노드의 가치도를 계산하는 단계; 및
    에지의 정의에 의해 노드간의 에지를 구성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 인터페이스 노드의 가치도를 계산하는 단계에서,
    Figure 112010041602222-pat00051
    으로 계산되고,
    여기서,
    Figure 112010041602222-pat00052
    는 노드 k 이며,
    Figure 112010041602222-pat00053
    는 노드 i의 UTIL 필드 값이고,
    Figure 112010041602222-pat00054
    는 노드 k의 이웃 공간 노드 집합인 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  12. 제 4 항에 있어서, 상기 이동 경로 분석 단계는,
    건축 공간 층별 구체화 단계를 통해 형성된 실내 공간 그래프 모델에서 가능한 모든 노드 쌍에 대하여 최단 경로를 구성하는 단계;
    구성된 최단 경로 정보를 기반으로 에지의 가치도를 부여하는 단계;
    상기 에지의 가치도를 정규화하는 단계; 및
    상기 노드의 가치도를 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 에지의 가치도를 정규화하는 단계는,
    노드 i와 j는 실내 공간 그래프 G의 노드 집합 V에 속할 때, 모든 노드 쌍 (i,j)의 최단 경로(SPath(i,j))에 속하는 각 에지 e에 대하여 에지 정보 테이블을 조회하여 에지 e를 나타내는 엔트리의 UTIL 필드 값을 1만큼 증가시키는 것을 반복하는 단계;
    각 에지의 UTIL 필드를 모든 에지의 UTIL 필드 값을 더한 총합 값을 기준으로 정규화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 에지의 가치도를 정규화하는 단계에서,
    Figure 112010041602222-pat00055
    으로 정규화하고,
    여기서,
    Figure 112010041602222-pat00157
    는 에지 j의 UTIL 필드 값인 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 노드의 가치도를 갱신하는 단계는,
    Figure 112010041602222-pat00056
    으로 갱신하고,
    여기서,
    Figure 112010041602222-pat00057
    는 노드 i에 연결된 에지의 집합이고,
    Figure 112010041602222-pat00158
    는 노드 i의 UTIL 필드 값이고,
    Figure 112010041602222-pat00159
    는 에지 j의 UTIL 필드 값인 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 건축 공간적 중요도 도출 단계는,
    상기 건축 공간 분석 모델 수립 단계의 결과를 기반으로 각 노드의 가치도를 정규화하는 단계;
    각 입자의 건축 공간적 중요도를 노드 정보 테이블에 저장된 공간 노드의 SPIDs(Set of Particle IDs;해당 공간에 포함되는 모든 ID의 집합) 필드를 기반으로 도출하는 단계; 및
    도출한 건축 공간적 중요도를 입자 정보 테이블의
    Figure 112010041602222-pat00160
    필드(입자가 배치된 위치의 건축 공간적 중요도 값을 나타낸 필드)에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 실내 전파 공간 분석 모델 수립 단계는,
    RFID 신호의 감쇠 현상을 고려한 RFID 신호 손실 모델 분석하는 단계; 및
    RFID 리더들을 배치하였을 때, 건축물내의 모든 공간에 RF 신호가 도달 가능하도록 RFID 리더가 설치되었는지를 판단하는 전파 공간 중요도 함수를 정의하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 RFID 신호 손실 모델 분석 단계는,
    상기 RFID 리더와 RF 태그 사이의 거리에 따른 경로 손실을 분석하는 단계;
    상기 RFID 리더와 RF 태그 사이에 존재하는 벽과 바닥에 의한 경로 손실을 분석하는 단계;
    상기 거리에 따른 경로 손실 분석 결과, 벽 및 바닥에 의한 경로 손실 분석 결과, RFID 리더의 신호 전송 세기, RFID 리더의 안테나 전력 이득 및 RF 태그의 전력 이득을 고려한 수신 신호 세기를 결정하는 단계; 및
    상기 수신 신호 세기의 정규화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 RFID 리더와 RF 태그 사이의 거리에 따른 경로 손실을 분석하는 단계에서,
    Figure 112010041602222-pat00058
    으로 계산하고,
    여기서, d는 RFID 리더와 RF 태그간의 거리(m), PL(d)는 거리 d에 따른 경로손실(dB), λ는 RF 전파의 파장을 나타내는 값인 "빛의 속도/전파의 주파수“이고,
    우변의 첫 번째 항은 전파의 파장에 따른 자연 감쇠를 나타내며 두 번째 항은 신호의 전송 거리에 따른 감쇠를 나타내는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 RFID 리더와 RF 태그 사이에 존재하는 벽과 바닥에 의한 경로 손실을 분석하는 단계에서,
    Figure 112010041602222-pat00059
    으로 계산하고,
    여기서,
    Figure 112010041602222-pat00161
    는 RFID 리더가 배치된 위치 i와 RF 태그의 위치 j사이에 존재하는 장애물에 의해 발생하는 경로 손실을 나타내는 함수이고,
    위치 i와 j는 모두 이산적인 공간, 즉 격자 단위로 배치된 입자의 위치 중의 하나이고,
    WAF(Wall Attenuation Factor)는 벽의 경로손실 인자, FAF (Floor Attenuation Factor)는 바닥에 의한 경로손실 인자, Wi,j 는 위치 i와 위치 j사이에 존재하는 벽의 개수, Fi,j 는 위치 i와 위치 j사이에 존재하는 바닥의 개수인 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 수신 신호 세기를 결정하는 단계에서,
    Figure 112010041602222-pat00060
    으로 계산하고,
    여기서,
    Figure 112010041602222-pat00162
    는 RFID 리더가 송신한 신호의 세기(dB),
    Figure 112010041602222-pat00163
    는 RFID 리더의 수신 안테나의 전력이득(dB),
    Figure 112010041602222-pat00164
    는 리더 송신안테나의 전력이득(dB),
    Figure 112010041602222-pat00165
    는 태그 안테나의 전력이득(dB),
    Figure 112010041602222-pat00166
    는 i번째 RFID 리더와 j번째 RF 태그의 거리에 따른 경로 손실이고,
    Figure 112010041602222-pat00167
    는 RFID 리더가 배치된 위치 i와 RF 태그의 위치 j사이에 존재하는 장애물에 의해 발생하는 경로 손실을 나타내는 함수인 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 수신 신호 세기의 정규화 단계에서,
    Figure 112010041602222-pat00061
    으로 정규화하고,
    여기서,
    Figure 112010041602222-pat00168
    는 RF 태그가 수신한 신호의 세기(dB)이고,
    Figure 112010041602222-pat00169
    는 수신한 신호를 인식하기 위해 필요한 수신 신호의 세기 임계값이고,
    Figure 112010041602222-pat00170
    는 RFID 리더가 송신한 신호의 세기이고,
    Figure 112010041602222-pat00171
    는 전파 공간 상수인 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  23. 제 17 항에 있어서, 상기 전파 공간 중요도 함수를 정의하는 단계는,
    임의의 위치에 있는 RF 태그가 다수의 RFID 리더에 의해 인식이 가능할 때, 해당 임의의 위치의 수신 신호 세기를 결정하는 단계; 및
    실내 공간의 모든 이산적인 위치에서 수신 신호 세기를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방 법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 상기 전파 공간 중요도 함수를 정의하기 위한 해당 임의의 위치의 수신 신호 세기를 결정하는 단계에서,
    Figure 112010041602222-pat00062
    으로 결정하고,
    여기서, RR은 배치하는 모든 RFID 리더의 집합이고,
    Figure 112010041602222-pat00172
    는 위치 j의 수신 신호 세기이고,
    각 위치에서의 수신 신호 세기는 모든 RFID 리더로부터 받은 정규화 된
    Figure 112010041602222-pat00173
    값 중에서 가장 큰 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 해당 임의의 위치의 수신 신호 세기가 결정되면, 상기 전파 공간 중요도 함수를
    Figure 112010041602222-pat00063
    으로 정의하고,
    여기서 결정된 값은 RFID 리더 배치에 따른 실내 공간의 모든 이산적인 위치에서 수신 신호 세기의 평균값이고,
    PA는 상기에서 정의한 것과 같이 모든 입자의 집합이고,
    Figure 112010041602222-pat00174
    는 위치 i에 RFID 리더를 배치하였는지 또는 배치하지 않았는지를 결정하는 제어 변수이고,
    Figure 112010041602222-pat00175
    는 위치 i의 수신 신호 세기인 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 전파 공간 중요도 함수가 정의되면,
    RFID 리더 위치를 결정하는 목적 함수를,
    Figure 112010041602222-pat00176
    으로 정의하고,
    여기서, SIGST (i)는 위치 i에 있는 입자의 SIGST 필드 값이고,
    Figure 112010041602222-pat00177
    는 RFID 리더가 설치된 위치의 건축 공간적 중요도의 평균값,
    Figure 112010041602222-pat00178
    은 RFID 리더가 배치되었을 때 전파 공간적 중요도 값,
    Figure 112010041602222-pat00179
    은 RFID 리더가 배치되었을 때, 전파공간과 건축공간의 상관계수 값이고,
    목적 함수에 따르는 제한 조건은
    Figure 112010041602222-pat00065
    이고,
    Figure 112010041602222-pat00180
    는 위치 i에 RFID 리더를 배치할때 생성되는 RF 셀과 모든 위치 인식 단위 공간의 유사도를 나타내는 값이고,
    Figure 112010041602222-pat00181
    은 설치 가능한 리더의 개수인 것을 특징으로 하는 건축도면을 이용한 RFID 위치 인식 시스템의 최적화 방법.
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