KR101049512B1 - Method and apparatus for maximum likelihood based position estimation in wireless environment including position error of reference device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기준 디바이스의 위치 오차를 포함하는 무선 환경에서의 최대우도함수 기반 위치 추정 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명은 기준 디바이스들과의 통신을 통해 위치 관련 정보를 수집하는 단계 및 상기 위치 관련 정보와 상기 기준 디바이스들의 위치 오차를 기반으로 구성된 최대우도함수를 이용하여 상기 블라인드 디바이스의 위치를 추정하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 기준 디바이스의 위치 오차를 고려하여 블라인드 디바이스의 위치를 보다 정확하게 추정할 수 있다.The present invention discloses a method and apparatus for maximum likelihood based position estimation in a wireless environment including a position error of a reference device. The present invention collects the position related information through communication with reference devices and estimates the position of the blind device using the maximum likelihood function configured based on the position related information and the position error of the reference devices. Include. According to the present invention, the position of the blind device can be more accurately estimated in consideration of the position error of the reference device.

최대우도함수, 블라인드, 기준, 오차, 확률밀도함수, 랜덤변수, 위치인식 Maximum likelihood function, blind, reference, error, probability density function, random variable, position recognition

Description

기준 디바이스의 위치 오차를 포함하는 무선 환경에서의 최대우도함수 기반 위치 추정 방법 및 장치{A localization method based on maximum likelihood estimation with the location error of reference devices in wireless environment}A localization method based on maximum likelihood estimation with the location error of reference devices in wireless environment}

본 발명은 기준 디바이스의 위치오차를 포함하는 무선 환경에서의 최대우도함수 기반 위치 추정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 환경에서 기준 디바이스의 위치 오차를 고려하여 블라인드 디바이스의 위치를 추정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a maximum likelihood function based position estimation method and apparatus in a wireless environment including a position error of a reference device, and more particularly, to estimate a position of a blind device in consideration of a position error of a reference device in a wireless environment. A method and apparatus are disclosed.

Neal Patwari는 “Relative location estimation in wireless sensor networks, IEEE Trans. Signal Processing, vol. 51, no. 8, pp. 21372148, Aug. 2003-N. Patwari, A.O. Hero III, M. Perkins, N.S. Correal, and R.J. O’Dea”에서 주변 센서들과 자신 사이의 RSS(Received Signal Strength)와 TOA(Time-of-arrival) 정보를 이용한 위치인식을 위한 CRB(Cramer Rao Bound)과 최대우도함수(Maximum-likelihood estimator: MLE)에 대하여 제안하였다.Neal Patwari says, “Relative location estimation in wireless sensor networks, IEEE Trans. Signal Processing, vol. 51, no. 8, pp. 21372148, Aug. 2003-N. Patwari, A. O. Hero III, M. Perkins, N.S. Correal, and R.J. O'Dea ”Cramer Rao Bound (CRB) and Maximum Likelihood Function (timber-likelihood estimator) for position recognition using Received Signal Strength (RSS) and Time-of-arrival (TOA) information between the surrounding sensors and themselves: MLE).

N. Patwari가 제안한 알고리즘은 [수학식 1]과 같은 확률밀도함수와 [수학식 2]와 같은 최대우도함수를 이용하여 블라인드(Blind) 디바이스의 위치를 추정하였다.The algorithm proposed by N. Patwari estimates the location of the blind device using the probability density function as shown in [Equation 1] and the maximum likelihood function as shown in [Equation 2].

확률변수 Ti ,j 대한 확률밀도함수Probability density function for random variables T i , j

Figure 112009007037303-pat00001
Figure 112009007037303-pat00001

Ti ,j: 디바이스 i와 디바이스 j간의 전송시간 지연(time delay)T i , j : time delay between device i and device j

Figure 112009007037303-pat00002
: 미지의 디바이스의 좌표 벡터(Unknown device coordinate vector)
Figure 112009007037303-pat00002
Unknown device coordinate vector

c: 전파 전달 속도c: propagation rate

di ,j: 디바이스(device) i와 디바이스 j간 유클리디언 거리d i , j : Euclidean distance between device i and device j

Figure 112009007037303-pat00003
: 도달시간(Time of Arrival: TOA)의 편차(variation)
Figure 112009007037303-pat00003
: Variation of Time of Arrival (TOA)

Figure 112009007037303-pat00004
Figure 112009007037303-pat00004

Figure 112009007037303-pat00005
: TOA 정보를 이용한 블라인드 디바이스의 좌표 추정치
Figure 112009007037303-pat00005
: Coordinate Estimation of Blind Device Using TOA Information

Figure 112009007037303-pat00006
: 디바이스 i와 디바이스 j간 유클리디언 거리
Figure 112009007037303-pat00006
: Euclidean distance between device i and device j

Ti ,j: 디바이스 j가 전송하고 디바이스 i로부터 실제로 측정된 전송시간 지연(the time delay measured at device i transmitted from device j)T i , j : the time delay measured at device i transmitted from device j

m: 기준(Reference) 디바이스 개수m: number of reference devices

n: 블라인드 디바이스 개수n: number of blind devices

H(i): 디바이스 i와 링크를 가지는 디바이스들(neighborhood devices)H (i): neighboring devices with link to device i

상기한 [수학식 1]을 통하여 상기 [수학식 2]의 최대우도함수가 유도되며,The maximum likelihood function of Equation 2 is derived through Equation 1,

[수학식 2]에 기술된 최대우도함수를 최소화 하는 추정값인

Figure 112009007037303-pat00007
이 블라인드 디바이스들의 위치에 대한 추정치로 사용된다.Equation (2) is an estimate that minimizes the maximum likelihood function
Figure 112009007037303-pat00007
This is used as an estimate for the location of the blind devices.

N. Patwari의 알고리즘에서 제안된 위치 추정 기술은 위치 추정을 수행하는데 있어서 기준(Reference) 디바이스의 위치 오차가 존재하지 않는 상황을 고려하였다.The position estimation technique proposed in N. Patwari's algorithm takes into account the situation where there is no position error of a reference device in performing position estimation.

하지만 실제로 다양한 상황에서 기준 디바이스의 위치, 즉 기준 디바이스의 좌표 정보는 오차를 포함할 수 있다. 일반적으로 기준 디바이스의 좌표가 GPS를 통해 결정되는데, 인공위성의 시간, 위치의 오차에 의해 또는 전리층과 대류층의 굴절, 잡음 및 다중경로에 의해 그리고 위성의 배치상황에 따라 GPS 기반의 위치 결정에 있어서도 오차가 발생할 수 있다. In practice, however, in various situations, the position of the reference device, that is, the coordinate information of the reference device may include an error. In general, the coordinates of the reference device are determined by GPS, which can be determined by the time and position error of the satellite or by the deflection, noise and multipath of the ionosphere and convective layers, and by the positioning of the satellites. Errors may occur.

또한, 무선 환경에서 블라인드 디바이스의 위치를 추정하는데 있어 이전에 위치가 추정된 다른 블라인드 디바이스가 기준 디바이스로서 이용될 있으며, 블라인드 디바이스의 위치는 추정값이므로 정확한 위치 정보를 포함하지 않을 수 있다. Also, in estimating the position of the blind device in a wireless environment, another blind device whose position is previously estimated may be used as the reference device, and the position of the blind device is an estimated value and thus may not include accurate position information.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 기준 디바이스의 위치 오차를 반영하여 블라인드 디바이스의 위치를 정확하게 추정할 수 있는 기준 디바이스의 위치 오차를 포함하는 무선 환경에서의 최대우도함수 기반 위치 추정 방법 및 장치를 제안하고자 한다. In the present invention, in order to solve the above problems of the prior art, based on the maximum likelihood function in the wireless environment including the position error of the reference device that can accurately estimate the position of the blind device by reflecting the position error of the reference device We propose a location estimation method and apparatus.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 무선 환경에서 하나 이상의 기준 디바이스를 이용하여 블라인드 디바이스의 위치를 추정하는 방법으로서, (a) 상기 기준 디바이스들과의 통신을 통해 위치 관련 정보를 수집하는 단계; 및 (b) 상기 위치 관련 정보와 상기 기준 디바이스들의 위치 오차를 기반으로 구성된 최대우도함수를 이용하여 상기 블라인드 디바이스의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 블라인드 디바이스의 위치 추정 방법이 제공된다. According to a preferred embodiment of the present invention to achieve the above object, a method of estimating the position of the blind device using one or more reference devices in a wireless environment, (a) location through communication with the reference devices Collecting relevant information; And (b) estimating the position of the blind device using the maximum likelihood function configured based on the position related information and the position error of the reference devices.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 블라인드 디바이스의 위치 추정을 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서, 이웃하는 기준 디바이스들과의 통신을 통해 수집된 위치 관련 정보를 저장하는 단계; 및 상기 위치 관련 정보와 상기 기준 디바이스들의 위치 오차를 기반으로 구성된 최대우도함수를 이용하여 상기 블라인드 디바이스의 위치를 추정하는 단계를 수행하는 기록매체가 제공된다. According to another aspect of the present invention, a program of instructions that can be executed by a digital processing apparatus for the estimation of the position of a blind device is tangibly embodied and can be read by the digital processing apparatus. Storing the location related information collected through communication with; And estimating the position of the blind device using the maximum likelihood function configured based on the position related information and the position error of the reference devices.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 무선 신호를 송수신하는 송수신부; 상기 송수신부를 통해 기준 디바이스들과 통신하여 도달시간을 측정하는 도달시간 측정부; 상기 송수신부를 통해 상기 기준 디바이스들로부터 수신된 위치 정보를 저장하는 위치 정보 저장부; 및 상기 측정된 도달시간 및 위치 정보와 상기 기준 디바이스들의 위치 오차를 기반으로 구성된 최대우도함수를 이용하여 상기 블라인드 디바이스의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는 위치 추정 장치가 제공된다.According to another aspect of the invention, the transceiver for transmitting and receiving a wireless signal; An arrival time measurement unit communicating with reference devices through the transceiver to measure an arrival time; A location information storage unit for storing location information received from the reference devices through the transceiver; And a position estimating unit estimating a position of the blind device by using the maximum likelihood function configured based on the measured arrival time and position information and the position error of the reference devices.

본 발명에 따르면, 기준 디바이스의 오차를 반영하여 블라인드 디바이스의 위치를 추정하기 때문에 정확한 위치 추정이 가능하다는 장점이 있다. According to the present invention, since the position of the blind device is estimated by reflecting the error of the reference device, accurate position estimation is possible.

또한 본 발명에 따르면, 거리 측정 모델에서 존재하는 랜덤변수 와 더불어 기준 디바이스들의 위치를 또 하나의 랜덤변수로 고려하여 두 랜덤변수를 이용하여 확률밀도함수를 구성하고, 이를 기반으로 우도함수를 구성하기 때문에 정확한 위치 추정이 가능하다는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, considering the position of the reference device as another random variable in addition to the random variable existing in the distance measurement model to construct a probability density function using two random variables, based on the likelihood function Therefore, there is an advantage that accurate position estimation is possible.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명 하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate a thorough understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same means regardless of the number of the drawings.

본 발명에 따른 위치 추정은 무선 센서 네트워크 환경에서 위치가 결정되지 않은 노드, 특히, 블라인드 디바이스에서 수행될 수 있다. 즉, 본 발명은 블라인드 디바이스의 위치 추정에 적용되며, 기준 디바이스의 정보를 이용함과 더불어 기준 디바이스의 위치 오차를 고려하여 블라인드 디바이스의 위치를 추정하기 때문에 위치 추정의 정확도를 개선할 수 있다. Location estimation according to the present invention may be performed at nodes whose location has not been determined in a wireless sensor network environment, in particular blind devices. That is, the present invention is applied to the estimation of the position of the blind device, and since the position of the blind device is estimated in consideration of the position error of the reference device while using the information of the reference device, the accuracy of the position estimation can be improved.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 위치 추정 장치의 블록도이다. 1 is a block diagram of a position estimating apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 위치 추정 장치는 송수신부(100), 타이머부(102), 위치 관련 정보 저장부(104) 및 위치 추정부(106)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1, the apparatus for estimating position according to the present invention may include a transceiver 100, a timer 102, a position related information storage 104, and a position estimator 106.

도 1에 도시된 위치 추정 장치는 주변 기준 디바이스와 위치 관련 정보를 수집하여 자신의 위치를 추정하는 블라인드 디바이스일 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 블라인드 디바이스(200)는 주변에 이웃한 복수의 기준 디바이스들(202-1 내지 202-n)과 통신하여 자신의 위치를 추정한다. The apparatus for estimating position illustrated in FIG. 1 may be a blind device that collects a peripheral reference device and position related information to estimate its position. As shown in FIG. 2, the blind device 200 according to the present invention may include a peripheral apparatus. It communicates with a plurality of reference devices 202-1 through 202-n neighboring to estimate its location.

송수신부(100)는 지그비(ZigBee)와 같은 근거리 네트워크 프로토콜에 따라 기준 디바이스들과 소정 신호를 송수신한다. The transceiver 100 transmits / receives a predetermined signal with reference devices according to a short-range network protocol such as ZigBee.

본 발명에 따르면, 송수신부(100)는 타이머부(102)에서 생성하는 타이밍 신호를 통해 주기적으로 주변의 기준 디바이스들과 통신하여 위치 관련 정보를 수집 한다. According to the present invention, the transceiver 100 periodically communicates with surrounding reference devices through the timing signal generated by the timer 102 to collect location related information.

여기서, 기준 디바이스는 블라인드 디바이스와 이웃하고 있으면서 그 좌표가 이미 결정된 노드를 의미하며, 위치 관련 정보는 상기한 기준 디바이스의 위치 정보 및 도달시간(TOA) 측정 관련 정보를 포함할 수 있다. Here, the reference device refers to a node that is neighboring the blind device and whose coordinates have already been determined, and the location related information may include the location information and the arrival time (TOA) measurement related information of the reference device.

기준 디바이스의 위치 정보는 각 기준 디바이스 위치의 확률모델에 대한 파라메터로서, 해당 확률모델을 기반으로 하는 각 기준 디바이스의 좌표에 대한 평균 및 표준편차일 수 있다. The position information of the reference device is a parameter for a probability model of each reference device position, and may be an average and a standard deviation of coordinates of each reference device based on the corresponding probability model.

한편 도달시간 측정 관련 정보는 각 기준 디바이스의 전파 송신 시간 정보일 수 있다. Meanwhile, the arrival time measurement related information may be radio wave transmission time information of each reference device.

본 발명에 따른 위치 관련 정보 저장부(104)는 도래시간 측정부(110) 및 위치 정보 저장부(112)를 포함할 수 있다. The location related information storage unit 104 according to the present invention may include a time of arrival measurement unit 110 and a location information storage unit 112.

도래시간 측정부(110)는 도달시간 측정 관련 정보를 이용하여 각 기준 디바이스에 대한 도달시간을 측정하고, 위치 정보 저장부(112)는 각 기준 디바이스들로부터 수신된 위치 정보를 저장한다. The arrival time measuring unit 110 measures the arrival time for each reference device using the arrival time measurement-related information, and the location information storage unit 112 stores the position information received from each reference device.

본 발명에 따른 위치 추정부(106)는 측정된 도달시간 및 위치 정보를 이용하여 블라인드 디바이스의 위치를 추정한다. The position estimation unit 106 according to the present invention estimates the position of the blind device using the measured arrival time and position information.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 위치 추정부(106)는 위치 추정을 위해 상기한 정보 외에 기준 디바이스의 위치 오차 정보를 추가적으로 이용한다. According to a preferred embodiment of the present invention, the position estimator 106 additionally uses the position error information of the reference device in addition to the above information for position estimation.

도 3에 도시된 바와 같이, 블라인드 디바이스(200)에 이웃한 기준 디바이스(202)는 그 좌표가 결정되어 있다고 하더라고 다양한 요인으로 인한 위치 오 차(

Figure 112009007037303-pat00008
)를 포함할 수밖에 없다. As shown in FIG. 3, the reference device 202 neighboring the blind device 200 has a position error due to various factors even though its coordinates are determined.
Figure 112009007037303-pat00008
There is no choice but to include).

본 발명에 따르면, 블라인드 디바이스(200)와 기준 디바이스(202)의 거리에 대한 랜덤변수(즉, 측정된 도달시간)가 하기의 [수학식 3]과 같이 두 개의 랜덤변수의 합으로 표현된다. According to the present invention, a random variable (ie, measured arrival time) for the distance between the blind device 200 and the reference device 202 is expressed as the sum of two random variables as shown in Equation 3 below.

Figure 112009007037303-pat00009
Figure 112009007037303-pat00009

여기서,

Figure 112009007037303-pat00010
는 디바이스 i와 디바이스 j의 거리에 대한 랜덤변수,here,
Figure 112009007037303-pat00010
Is a random variable for the distance between device i and device j,

di ,j는 디바이스 i와 디바이스 j의 좌표 기반 유클리디언 거리,d i , j is the coordinate-based Euclidean distance between device i and device j,

Figure 112009007037303-pat00011
는 디바이스 j의 실제 위치와의 오차,
Figure 112009007037303-pat00011
Is the error from the actual position of device j,

Figure 112009007037303-pat00012
는 전송지연 측정 모델의 실제거리 대비 측정 오차이다.
Figure 112009007037303-pat00012
Is the measurement error against the actual distance of the transmission delay measurement model.

또한, 디바이스 i는 블라인드 디바이스일 수 있으며, 디바이스 j는 기준 디바이스일 수 있다. In addition, device i may be a blind device, and device j may be a reference device.

상기한 [수학식 3]에서,

Figure 112009007037303-pat00013
는 측정된 도달시간에 상응하는 값이며, 이는 두 디바이스의 유클리디언 거리
Figure 112009007037303-pat00014
에 기준 디바이스 j의 위치 오차를 표현하는 랜덤변수
Figure 112009007037303-pat00015
의 합으로 나타나는 실제 거리로 인한 전송지연 시간과 멀티 패스(Path) 등으로 인한 전송지연 측정 모델의 전송지연 시간의 오차를 나타내는 랜덤변수
Figure 112009007037303-pat00016
와의 합으로 표현될 수 있다.In Equation 3 above,
Figure 112009007037303-pat00013
Is the value corresponding to the measured arrival time, which is the Euclidean distance of the two devices
Figure 112009007037303-pat00014
Random variable representing the position error of the reference device j in
Figure 112009007037303-pat00015
Random variable representing the error of the transmission delay time due to the actual distance represented by the sum and the transmission delay time of the transmission delay measurement model due to the multipath.
Figure 112009007037303-pat00016
It can be expressed as the sum of and.

본 발명에 따르면, 블라인드 디바이스(200)와 기준 디바이스(202)의 거리에 대한 랜덤변수를 이용하여 유도된 확률밀도함수가 이용된다. According to the present invention, a probability density function derived using a random variable for the distance between the blind device 200 and the reference device 202 is used.

[수학식 3]에서

Figure 112009007037303-pat00017
으로 정의되며,In [Equation 3]
Figure 112009007037303-pat00017
Is defined as

Figure 112009007037303-pat00018
로 정의된다.
Figure 112009007037303-pat00018
Is defined as

Figure 112009007037303-pat00019
에 대한 확률밀도함수는 다음의 [수학식 4]와 같이 유도된다.
Figure 112009007037303-pat00019
The probability density function for is derived as in Equation 4 below.

Figure 112009007037303-pat00020
Figure 112009007037303-pat00020

한편, 기준 디바이스의 위치 오차인

Figure 112009007037303-pat00021
에 대한 확률밀도함수는 다음의 [수학식 5]와 같이 구성된다. On the other hand, the position error of the reference device
Figure 112009007037303-pat00021
The probability density function for is composed of the following [Equation 5].

[수학식 5]에 나타난 바와 같이, 기준 디바이스의 위치 오차

Figure 112009007037303-pat00023
는 기준 디바이스의 위치에 대한 확률밀도함수에서의 편차인
Figure 112009007037303-pat00024
로 표현될 수 있다. As shown in Equation 5, the position error of the reference device
Figure 112009007037303-pat00023
Is the deviation from the probability density function with respect to the position of the reference device.
Figure 112009007037303-pat00024
It can be expressed as.

다른 한편,

Figure 112009007037303-pat00025
에 대한 확률밀도함수는 다음의 [수학식 6]과 같이 유도된다.On the other hand,
Figure 112009007037303-pat00025
The probability density function for is derived as in Equation 6 below.

Figure 112009007037303-pat00026
Figure 112009007037303-pat00026

[수학식 4] 및 [수학식 6]의 합성을 통해 다음의 [수학식 7]과 같은 에 대한 확률밀도함수가 유도된다.Through the synthesis of [Equation 4] and [Equation 6] as shown in [Equation 7] The probability density function for is derived.

Figure 112009007037303-pat00028
Figure 112009007037303-pat00028

[수학식 7]을 통해 블라인드 디바이스의 위치 추정을 위한 블라인드 디바이스의 확률밀도함수는 다음의 [수학식 8]과 정의된다.Through Equation 7, the probability density function of the blind device for the position estimation of the blind device is defined by Equation 8 below.

Figure 112009007037303-pat00029
Figure 112009007037303-pat00029

본 발명에 따르면, [수학식 8]과 같은 확률밀도함수를 기반으로 [수학식 9]와 같은 우도함수를 구성한다. According to the present invention, a likelihood function as shown in [Equation 9] is constructed based on the probability density function as shown in [Equation 8].

Figure 112009007037303-pat00030
Figure 112009007037303-pat00030

Figure 112009007037303-pat00031
는 도달시간 정보를 이용한 블라인드 디바이스 i의 좌표 추정치
Figure 112009007037303-pat00031
Is an estimate of the coordinate of the blind device i using the arrival time information.

본 발명에 따른 위치 추정부(106)는 [수학식 9]와 같은 우도함수를 최소화하는 값을 찾는 알고리즘을 수행함으로써 블라인드 디바이스의 위치를 추정한다. The position estimation unit 106 according to the present invention estimates the position of the blind device by performing an algorithm for finding a value that minimizes the likelihood function as shown in Equation (9).

즉, 본 발명에 따른 위치 추정부(106)는 최대우도함수를 기반으로 블라인드 디바이스의 위치를 추정한다. 상기와 같이, 본 발명에 따른 최대우도함수는

Figure 112009007037303-pat00032
와 같이 기준 디바이스의 위치 오차를 고려한 랜덤변수를 포함하고 있으며, 이러한 위치 오차의 고려를 통해 블라인드 디바이스의 위치를 보다 정확하게 계산할 수 있다. That is, the position estimator 106 estimates the position of the blind device based on the maximum likelihood function. As above, the maximum likelihood function according to the present invention is
Figure 112009007037303-pat00032
As shown in FIG. 2, a random variable considering the position error of the reference device is included, and the position of the blind device can be more accurately calculated by considering the position error.

도 4 내지 도 6은 기준 디바이스의 위치 오차를 고려하여 블라인드 디바이스의 위치를 추정한 실험 결과를 도시한 도면이다.4 to 6 illustrate experimental results of estimating the position of the blind device in consideration of the position error of the reference device.

도 4 내지 도 5는 기준 디바이스의 위치 오차의 최대 편차에 따른 블라인드 디바이스의 위치 추정치 오차 평균을 나타낸 그래프이다. 4 to 5 are graphs showing the average error of the position estimate of the blind device according to the maximum deviation of the position error of the reference device.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 위치 추정 방식(Proposal MLE)은 종래의 기준 디바이스의 위치 오차를 고려하지 않는 종래의 위치 추정 방식(Original MLE)에 비해 블라인드 디바이스의 추정 위치의 오차가 작다는 점을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 4, in the position estimation method according to the present invention, the error of the estimated position of the blind device is lower than that of the conventional MLE which does not consider the position error of the conventional reference device. You can see that it is small.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 기준 디바이스의 위치 오차의 최대 편차를 더욱 세밀하게 변경하여 실험을 한 경우에도 역시 본 발명에 따른 위치 추정 방식이 종래에 비해 더욱 정확하다는 점을 확인할 수 있다. In addition, as shown in FIG. 5, even when the experiment is performed by more precisely changing the maximum deviation of the position error of the reference device, it may be confirmed that the position estimation method according to the present invention is more accurate than in the related art.

도 6은 기준 디바이스의 위치 오차의 최대 편차가 2.9인 것으로 가정하고, 100번을 반복 계산하는 경우, 각 횟수에서의 블라인드 디바이스의 위치 오차를 나타낸 것이다.  6 is assuming that the maximum deviation of the position error of the reference device is 2.9, and when calculating 100 times repeatedly, the position error of the blind device at each number of times is shown.

도 6에 도시된 바와 같이, 도 4 내지 도 5에서 블라인드 디바이스의 위치 오차 평균은 소정 횟수의 반복 계산을 통해 결정될 수 있다. As shown in FIG. 6, the position error average of the blind device in FIGS. 4 to 5 may be determined through a predetermined number of iterations.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 기준 디바이스들의 위치 오차를 고려하여 블라인드 디바이스의 위치를 추정하는 경우에 보다 정확한 위치 추정이 가능하다는 점을 확인할 수 있다. As shown in FIGS. 4 to 6, it may be confirmed that more accurate position estimation is possible when estimating the position of the blind device in consideration of the position error of the reference devices.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Additions should be considered to be within the scope of the following claims.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 위치 추정 장치의 블록도.1 is a block diagram of a position estimating apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 블라인드 디바이스의 위치 추정 과정을 개략적으로 도시한 도면. 2 is a view schematically showing a position estimation process of a blind device according to the present invention.

도 3은 기준 디바이스의 위치 오차를 개략적으로 도시한 도면. 3 schematically shows a position error of a reference device.

도 4 내지 6은 본 발명에 따른 블라인드 디바이스의 위치 추정 방식과 종래의 위치 추정 방식의 정확도를 비교한 도면.4 to 6 is a view comparing the accuracy of the position estimation method and the conventional position estimation method of the blind device according to the present invention.

Claims (15)

무선 환경에서 하나 이상의 기준 디바이스를 이용하여 블라인드 디바이스의 위치를 추정하는 방법으로서, A method of estimating the position of a blind device using at least one reference device in a wireless environment, (a) 상기 기준 디바이스들과의 통신을 통해 위치 관련 정보를 수집하는 단계; 및(a) collecting location related information through communication with the reference devices; And (b) 상기 위치 관련 정보와 상기 기준 디바이스들의 위치 오차를 기반으로 구성된 최대우도함수를 이용하여 상기 블라인드 디바이스의 위치를 추정하는 단계를 포함하되,(b) estimating the position of the blind device using the maximum likelihood function configured based on the position related information and the position error of the reference devices, 상기 위치 관련 정보는 상기 기준 디바이스들과의 통신을 통해 측정된 도달시간(Time of Arrival: TOA) 및 상기 기준 디바이스들로부터 수신된 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하는 블라인드 디바이스의 위치 추정 방법.The location-related information includes at least one of a time of arrival (TOA) measured through communication with the reference devices and the position information received from the reference devices. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 위치 정보는 소정 확률모델을 기반으로 하는 상기 기준 디바이스들 각각의 좌표에 대한 평균 및 표준편차 중 적어도 하나를 포함하는 블라인드 디바이스의 위치 추정 방법.And the position information includes at least one of an average and a standard deviation of coordinates of each of the reference devices based on a predetermined probability model. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (b) 단계는 다음 [수학식 9]와 같은 최대우도함수를 이용하여 상기 블라인드 디바이스의 위치를 추정하며, In the step (b), the position of the blind device is estimated using the maximum likelihood function as shown in Equation 9, [수학식 9][Equation 9]
Figure 112009007037303-pat00033
Figure 112009007037303-pat00033
 여기서,
Figure 112009007037303-pat00034
는 도달시간 정보를 이용한 블라인드 디바이스 i의 좌표 추정치, here,
Figure 112009007037303-pat00034
Is an estimate of the coordinate of the blind device i using the arrival time information,
Figure 112009007037303-pat00035
는 기준 디바이스 j의 위치 오차의 편차,
Figure 112009007037303-pat00035
Is the deviation of the position error of the reference device j,
Figure 112009007037303-pat00036
는 블라인드 디바이스 i와 기준 디바이스 j의 거리에 대한 랜덤변수,
Figure 112009007037303-pat00037
는 블라인드 디바이스 i와 기준 디바이스 j의 좌표 기반 유클리디언 거리,
Figure 112009007037303-pat00036
Is a random variable for the distance between the blind device i and the reference device j,
Figure 112009007037303-pat00037
Is the coordinate-based Euclidean distance of blind device i and reference device j,
Figure 112009007037303-pat00038
는 도달시간의 편차인 블라인드 디바이스의 위치 추정 방법.
Figure 112009007037303-pat00038
Is a deviation of arrival time. 제4항에 있어서, 5. The method of claim 4, 상기 (b) 단계는 상기 최대우도함수를 최소화하는
Figure 112009007037303-pat00039
를 상기 블라인드 디바 이스의 위치 추정값으로 결정하는 블라인드 디바이스의 위치 추정 방법. Step (b) is to minimize the maximum likelihood function
Figure 112009007037303-pat00039
Determining a blind position as a position estimate of the blind device. 제4항에 있어서, 5. The method of claim 4, 상기 최대우도함수는 다음과 같은 [수학식 8]과 같은 확률밀도함수를 기반으로 구성되는 블라인드 디바이스의 위치 추정 방법.The maximum likelihood function is a position estimation method of a blind device is configured based on a probability density function as shown in Equation (8). [수학식 8][Equation 8]
Figure 112009007037303-pat00040
Figure 112009007037303-pat00040
 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 블라인드 디바이스와 기준 디바이스들의 거리에 대한 랜덤변수
Figure 112009007037303-pat00041
는 다음과 같은 [수학식 3]으로 정의되며,Random variable for the distance between the blind device and the reference devices
Figure 112009007037303-pat00041
Is defined by Equation 3 as follows. [수학식 3]&Quot; (3) "
Figure 112009007037303-pat00042
Figure 112009007037303-pat00042
 여기서,
Figure 112009007037303-pat00043
는 기준 디바이스 j의 위치 오차, here,
Figure 112009007037303-pat00043
Is the position error of the reference device j,
Figure 112009007037303-pat00044
는 전송지연 측정 모델의 실제거리 대비 측정 오차인 블라인드 디바이스의 위치 추정 방법.
Figure 112009007037303-pat00044
The method of estimating the position of the blind device is a measurement error compared to the actual distance of the transmission delay measurement model. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 랜덤변수
Figure 112009007037303-pat00045
에 대한 확률밀도함수는 다음의 [수학식 4]와 같이The random variable
Figure 112009007037303-pat00045
The probability density function for is given by Equation 4 below.
Figure 112009007037303-pat00046
에 대한 제1 확률밀도함수, 다음의 [수학식 6]과 같이
Figure 112009007037303-pat00047
에 대한 제2 확률밀도함수의 합성(convolution)으로 유도되며,
Figure 112009007037303-pat00046
First probability density function for, as in Equation 6
Figure 112009007037303-pat00047
Derived from the convolution of the second probability density function for [수학식 4]&Quot; (4) "
Figure 112009007037303-pat00048
Figure 112009007037303-pat00048
 [수학식 6]&Quot; (6) "
Figure 112009007037303-pat00049
Figure 112009007037303-pat00049
 여기서,
Figure 112009007037303-pat00050
이고,
Figure 112009007037303-pat00051
인 블라인드 디바이스의 위치 추정 방법. here,
Figure 112009007037303-pat00050
ego,
Figure 112009007037303-pat00051
Position estimation method of the blind device. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 랜덤변수
Figure 112009007037303-pat00052
는 상기 측정된 도달시간인 블라인드 디바이스의 위치 추정 방법. The random variable
Figure 112009007037303-pat00052
Is the measured arrival time. 블라인드 디바이스의 위치 추정을 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서, A recording medium in which a program of instructions executable by a digital processing apparatus for the estimation of the position of a blind device is tangibly implemented and can be read by the digital processing apparatus. 이웃하는 기준 디바이스들과의 통신을 통해 수집된 위치 관련 정보를 저장하는 단계; 및Storing location related information collected through communication with neighboring reference devices; And 상기 위치 관련 정보-상기 위치 관련 정보는 상기 기준 디바이스들과의 통신을 통해 측정된 도달시간(Time of Arrival: TOA) 및 상기 기준 디바이스들로부터 수신된 위치 정보 중 적어도 하나를 포함함-와 상기 기준 디바이스들의 위치 오차를 기반으로 구성된 최대우도함수를 이용하여 상기 블라인드 디바이스의 위치를 추정하는 단계를 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체. The location-related information, the location-related information including at least one of a time of arrival (TOA) measured through communication with the reference devices and location information received from the reference devices- and the reference And estimating the position of the blind device using the maximum likelihood function configured based on the position error of the devices. 무선 신호를 송수신하는 송수신부;Transmitting and receiving unit for transmitting and receiving a wireless signal; 상기 송수신부를 통해 기준 디바이스들과 통신하여 도달시간을 측정하는 도달시간 측정부;An arrival time measurement unit communicating with reference devices through the transceiver to measure an arrival time; 상기 송수신부를 통해 상기 기준 디바이스들로부터 수신된 위치 정보를 저장하는 위치 정보 저장부; 및A location information storage unit for storing location information received from the reference devices through the transceiver; And 상기 측정된 도달시간 및 위치 정보와 상기 기준 디바이스들의 위치 오차를 기반으로 구성된 최대우도함수를 이용하여 상기 블라인드 디바이스의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하되,Including a position estimator for estimating the position of the blind device using the maximum likelihood function configured based on the measured arrival time and position information and the position error of the reference devices, 상기 송수신부가 주기적으로 상기 도달시간 측정을 위한 정보를 수신하고 상기 기준 디바이스들로부터 위치 정보를 수신하도록 타이밍 신호를 생성하는 타이머부를 더 포함하는 위치 추정 장치.And a timer unit for generating a timing signal so that the transceiver periodically receives the information for measuring the arrival time and receives the position information from the reference devices. 삭제delete 제11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 최대우도함수는 상기 기준 디바이스들의 위치 오차를 반영한 확률밀도함수를 기반으로 구성되는 위치 추정 장치. And the maximum likelihood function is configured based on a probability density function reflecting the position error of the reference devices. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 측정된 도달시간은 상기 기준 디바이스들의 위치에 대한 오차에 상응하는 제1 랜덤변수 및 상기 기준 디바이스들과 블라인드 디바이스 사이에서의 멀티 패스로 인한 전송지연 측정 모델의 전송지연 오차에 상응하는 제2 랜덤변수로 표현되는 위치 추정 장치. The measured arrival time may include a first random variable corresponding to an error of a position of the reference devices and a second random correspondence of a transmission delay error of a transmission delay measurement model due to a multipath between the reference devices and a blind device. Position estimation device represented by a variable. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 위치 추정부는 다음 [수학식 9]와 같은 최대우도함수를 이용하여 상기 블라인드 디바이스의 위치를 추정하며, The position estimating unit estimates the position of the blind device using the maximum likelihood function as shown in Equation 9 below. [수학식 9][Equation 9]
Figure 112009007037303-pat00053
Figure 112009007037303-pat00053
 여기서,
Figure 112009007037303-pat00054
는 도달시간 정보를 이용한 블라인드 디바이스 i의 좌표 추정치,here,
Figure 112009007037303-pat00054
Is an estimate of the coordinate of the blind device i using the arrival time information,
Figure 112009007037303-pat00055
는 기준 디바이스 j의 위치 오차,
Figure 112009007037303-pat00055
Is the position error of the reference device j,
Figure 112009007037303-pat00056
는 블라인드 디바이스 i와 기준 디바이스 j의 거리에 대한 랜덤변수,
Figure 112009007037303-pat00056
Is a random variable for the distance between the blind device i and the reference device j, di ,j : 블라인드 디바이스 i와 기준 디바이스 j의 좌표 기반 유클리디언 거리,d i , j : Coordinate-based Euclidean distance of blind device i and reference device j,
Figure 112009007037303-pat00057
는 도달시간의 오차인 위치 추정 장치.
Figure 112009007037303-pat00057
Is a position estimation device that is an error of arrival time.
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