KR101095017B1 - Ｒｆ 기반의 실내 위치 추정 방법 및 장치 - Google Patents

Ｒｆ 기반의 실내 위치 추정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 RF 기반의 실내 위치 추정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 장애물이 존재하는 비가시선(Non Line of Sight, NLOS) 환경의 실내에서 장애물 속성에 따른 신호세기 정보를 기반으로 생성한 실내 환경에서의 신호감쇠모델과 거리에 따른 RF신호의 신호전달소요시간의 관계정보를 활용하여, 실내 이동 객체의 위치를 파악하도록 한다. 본 발명에 따르면, 반사나 회절로 인해 다중 경로가 발생하는 NLOS 환경요소를 고려하기 위하여 실내의 장애물 속성에 따른 수신신호세기 기반의 신호감쇠모델과 왕복전달시간 기반 거리측정모델을 활용한 위치 추정 기법을 적용함으로써, 실내 환경에서 이동하는 노드의 위치를 보다 정밀하게 추정할 수 있는 이점이 있다.

Description

ＲＦ 기반의 실내 위치 추정 방법 및 장치{Method and apparatus for estimating indoor position based RF}
본 발명은 RF 기반의 실내 위치 추정 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 장애물이 존재하는 NLOS(Non Line of Sight) 환경의 실내에서 유비쿼터스 서비스를 제공하는데 필수 요소인 실내 이동 객체의 위치를 효과적으로 파악하기 위한 RF 기반의 실내 위치 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-S-023-01, 과제명: NanoQplus 기반 센서 네트워크 시뮬레이터 기술개발].
최근, 무선통신 기술의 급격한 발달과 함께 유비쿼터스의 핵심 기술 중의 하나인 위치 기반 서비스(LBS, Location Based System)에 대한 관심이 높아지고 있다. 위치 기반 서비스의 핵심 기술인 측위 기술은 GPS가 실외 환경에서의 위치추적을 위해 널리 사용되고 있다.
하지만, 실내와 같은 환경에서는 GPS의 적용이 어렵기 때문에 새로운 방식의 측위 기술이 요구된다. 따라서, 현재 위치 측정과 관련된 많은 연구가 이루어지고 있으며, 이에 대한 몇 가지 이슈가 대두되고 있다.
특히, 위치 측정 분야에서 가장 중요한 정확도 문제에 관한 연구가 많이 이루어지고 있다. 여기서, 위치 측정 시 정확도에 가장 큰 영향을 미치는 것이 NLOS(Non Line of Sight) 문제이다.
무선 환경에서의 위치 측정은 전파의 특성상 많은 환경적 요인들의 영향을 받는다. LOS(Line of Sight) 전파 환경은 높은 정확성을 위한 필수적인 요소이지만, 실제 환경에서는 많은 요인들로 인해 direct path가 방해를 받게 된다.
중요한 방해 요인으로는, 전송 손실(path loss), multipath propagation, NLOS 등이 있다. 이러한 방해 요인으로 인해 전파의 반사, 회절 등의 문제가 발생하고, 그 결과 경로의 길이가 길어지게 되어 정확한 위치 측정에 어려움을 가지게 된다.
이러한 NLOS 문제는 위치 정확도 향상을 위한 중요한 요소로 인식되어 NLOS 발견과 완화를 위한 많은 연구가 계속되고 있다.
본 발명의 목적은, 실내 환경의 장애물 속성에 따른 신호세기 정보를 기반으로 생성한 실내 환경에서의 신호감쇠모델과 거리에 따른 RF신호의 신호전달소요시간의 관계정보를 활용하여, 정확한 실내 위치를 파악하기 위한 RF 기반의 실내 위치 추정 방법 및 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 전파 방해 요소인 NLOS 환경 요소를 고려하여 정확하고 효율적인 RF 기반의 실내 위치 추정 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 RF 기반의 실내 위치 추정 방법은, 측위지원노드 및 복수의 RF 송신노드를 구비한 복수의 측위지원수단이 배치된 실내 공간에서 주변 환경요소를 고려한 RF 기반의 실내 위치 추정 방법으로서, 상기 복수의 측위지원수단으로부터 수신된 측위정보 및 RF 신호에 기초하여 기준 측위지원수단을 선정하는 단계, 해당 실내 공간에 위치한 장애물 속성에 따라, 상기 수신된 측위 정보 및 상기 RF 신호의 수신신호세기를 이용하여 거리 측정 시 적용되는 거리측정모델을 결정하여 상기 기준 측위지원수단으로 전송하고, 거리 측정을 위한 RF 신호를 요청하는 단계, 및 상기 기준 측위지원수단에 구비된 복수의 RF 송신노드로부터 수신된 RF 신호 및 해당 RF 송신노드의 위치정보를 기반으로 하여 상기 복수의 RF 송신노드와의 거리를 추정하고, 상기 추정된 거리정보에 기초하여 현재 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
상기 선정하는 단계에서, 상기 복수의 측위지원수단으로부터 수신된 측위정보는, 해당 측위지원수단이 배치된 실내 공간의 space ID 정보 및 거리측정모델 적용 임계치에 대한 정보 중 하나 이상을 포함한다.
상기 거리측정모델 결정 시, 상기 RF 신호의 수신신호세기와 상기 수신된 측위정보에 포함된 거리측정모델 적용 임계치를 비교하는 단계를 포함하며, 상기 비교 결과에 따라, 상기 RF 신호의 수신신호세기가 상기 거리측정모델 적용 임계치 보다 작은 경우에는 수신신호세기(RSS) 기반 거리측정모델로, 상기 RF 신호의 수신신호세기가 상기 거리측정모델 적용 임계치 보다 큰 경우에는 왕복도달시간(RTT) 기반 거리측정모델로 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 측위지원수단으로부터 수신된 측위정보에 기초하여 해당 실내 공간의 space ID를 감지하는 단계, 및 상기 선정하는 단계에서 선정된 상기 기준 측위지원수단으로 상기 감지된 space ID를 전송하는 단계를 더 포함한다.
한편, 상기 거리측정모델이 수신신호세기 기반 거리측정모델로 결정된 경우, 상기 기준 측위지원수단으로부터, 상기 수신된 space ID 정보에 기초하여 상기 기준 측위지원수단과의 전파 경로가 가시선(LOS)인지, 또는 비가시선(NLOS)인지 확인되는 단계를 더 포함하며, 상기 확인 결과, 가시선인 경우 상기 기준 측위지원수단으로부터 가시선 감쇠율 정보를 제공받고, 비가시선인 경우에는 장애물의 open/close 상태를 감지하여 장애물의 재질 및 상태에 따른 비가시선 감쇠율 정보를 제공받는 것을 특징으로 한다.
상기 추정하는 단계는, 상기 기준 측위지원수단으로부터 수신된 가시선 감쇠율 정보 및 비가시선 감쇠율 정보 중 어느 하나를 이용하여 상기 위치 추정 장치와 상기 복수의 RF 송신노드 사이의 거리를 추정하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 추정하는 단계는, 상기 거리측정모델이 왕복전달시간 기반 거리측정모델로 결정된 경우, 상기 복수의 RF 송신노드로부터 수신된 RF 신호의 신호전달소요시간을 산출하는 단계를 포함하며, 상기 산출하는 단계에서 산출된 신호전달소요시간 및 위치 정보를 이용하여 상기 복수의 RF 송신노드 사이의 거리를 추정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 위치 추정 방법은, 상기 추정하는 단계에서 추정된 위치 정보를 상기 복수의 측위지원수단이 배치된 실내공간의 공간정보, 위치정보, 장애물정보, 실내환경인자 및 거리측정모델 적용 기준정보 중 하나 이상을 포함하는 측위정보가 저장된 측위관리서버로 전송하는 단계, 및 상기 측위관리서버로부터 현재 위치가 표시된 도면 데이터를 수신하는 단계를 더 포함한다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 RF 기반의 실내 위치 추정 장치는, 측위지원노드 및 복수의 RF 송신노드를 구비한 복수의 측위지원수단이 배치된 실내 공간에서 주변환경요소를 고려한 RF 기반의 실내 위치 추정 장치로서, 상기 복수의 측위지원수단과 RF 신호를 송수신하는 통신부, 및 상기 복수의 측위지원수단의 상기 측위지원노드로부터 수신된 측위정보 및 RF 신호에 기초하여 선정된 기준 측위지원수단의 수신신호세기를 측정하는 신호 측정부, 상기 신호 측정부에서 측정된 수신신호세기 및 해당 실내 공간에 위치한 장애물의 상태에 따라 수신신호세기(RSS) 기반 거리측정모델과, 왕복전달시간(RTT) 기반 거리측정모델 중 어느 하나를 이용하여 상기 기준 측위지원수단에 구비된 복수의 RF 송신노드와 해당 위치 추정 장치 사이의 거리를 산출하는 거리측정부, 및 상기 거리 측정부에서 산출된 거리정보를 이용하여 상기 실내 공간에서 해당 위치 추정 장치의 위치를 예측하는 위치 추정부가 구비된 측위 제어부를 포함한다.
상기 측위정보는, 상기 복수의 측위지원수단이 배치된 실내공간의 공간정보, 위치정보, 장애물정보, 실내환경인자 정보 및 거리측정모델 적용 기준정보 중 하나 이상을 포함하며, 상기 측위정보를 관리하는 측위관리서버로부터 제공된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반사나 회절로 인해 다중 경로가 발생하는 NLOS 환경요소를 고려하기 위하여 실내의 장애물 속성에 따른 수신신호세기 기반의 신호감쇠모델과 RTT 기반 거리측정모델을 활용한 위치 추정 기법을 적용함으로써, 실내 환경에서 이동하는 노드의 위치를 보다 정밀하게 추정할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 위치 측정을 위한 기준 노드를 선택함에 있어서, 수신신호세기를 이용하여 이동 노드가 현재 위치한 곳에서 가장 가까운 기준 노드를 선별하고, 그 기준 노드와 연계된 3개의 RF 송신노드들을 이용하여 이동 노드의 위치를 추정함으로써, 이동하는 노드의 위치를 보다 정밀하게 추정할 수 있는 이점이 있다.
또한, RSS(Received Signal Strength) 기반 거리측정모델 기법을 이용하여 거리 값이 대응될 수 없는 범위에서는 RTT(Round-Trip Time) 기반 거리측정모델 기법을 적용함으로써, 위치 추정을 효율적이고 좀 더 세밀하게 할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 본 발명에 따른 실내 환경에서 RF 기반의 위치 추정 장치가 적용된 시스템 구성을 설명하는데 참조되는 시스템 구성도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 위치 추정 장치의 구성을 설명하는데 참조되는 블록도이다. 특히, 본 발명은 실내 환경에서의 주변 환경요소를 고려한 RF 기반의 실내 위치 추정 장치에 대한 것이다.
먼저, 도 1a를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 추정 장치(100)는 측위지원수단(200)으로부터 제공된 측위 정보에 기초하여 해당 위치 추정 장치(100)의 현 위치를 추정한다.
이때, 측위지원수단(200)은 측위관리서버(300)로부터 해당 측위지원수 단(200)이 배치된 실내 공간의 측위정보를 제공받아 등록하고, 위치 추정 장치(100)의 요청에 따라 등록된 측위정보를 해당 위치 추정 장치(100)로 전송하도록 한다.
여기서, 측위관리서버(300)로부터 제공되는 측위정보는, 해당 실내 공간에 배치된 공간정보, 위치정보, 장애물 정보, 실내환경정보 등을 포함하며, 위치 추정 장치(100)에서 거리측정모델을 이용하여 거리를 측정할 경우, 해당 거리측정모델에 적용되는 기준정보를 포함한다.
공간정보에는 Building, Floor 등의 정보가 포함된다. 위치정보에는 해당 실내공간에 대한 Space ID 및 Position 등의 정보가 포함된다. 장애물 정보에는 해당 실내공간에 배치된 장애물의 속성 및 재질과, Open/Close 상태에 따른 감쇠율 등의 정보가 포함된다. 실내환경정보에는 배치된 장애물의 속성 및 재질에 따른 최대 허용온도와 허용습도 등의 정보가 포함된다. 거리측정모델에 적용되는 기준정보에는 수신신호세기(Received Signal Strength, 이하 'RSS'라 칭함) 기반의 거리측정모델 적용 임계값(THRSS)이 포함된다.
측위관리서버(300)는 복수의 측위지원수단, 예를 들어, 측위지원수단A(210), 측위지원수단B(220), 측위지원수단C(230)이 배치된 실내 공간에 대한 실내 평면도 및 실내 장애물 속성 정보를 관리하고, 측위지원수단(200)의 요청에 의해 장치가 배치되어 있는 장애물과 관련된 장애물 정보 및 실내환경인자 정보와 거리측정모델 적용기준 정보 등의 측위정보를 전송한다.
또한, 측위관리서버(300)는 위치 추정 장치(100)에 의해 추정된 위치정보를 등록하고, 해당 실내 공간에 대한 실내 평면도 등에 해당 위치를 표시하여 해당 위치 추정 장치(100)로 제공함으로써, 해당 위치 추정 장치(100)의 현재 위치 파악이 용이하도록 한다.
한편, 측위지원수단(200)은 위치 추정 장치(100)가 현재 위치한 공간과 위치정보를 인식할 수 있도록 하는 복수의 노드를 포함한다.
다시 말해, 측위지원수단(200)은 위치 추정 장치(100)에 의해 요청된 측위 정보를 제공하는 측위지원노드(211), 및 위치 추정 장치(100)가 위치를 추정하는데 필요한 RF 신호를 송신하는 복수의 RF 송신노드(213, 215, 217)를 포함한다. 바람직한 실시예로, 복수의 RF 송신노드(213, 215, 217)는 RF 송신노드 X(NX, 213), RF 송신노드 Y(NY, 215), RF 송신노드 Z(NZ, 217)인 것으로 한다.
측위지원수단(200)은 하나의 공간에 복수개 구비된다. 이때, 위치 추정 장치(100)는 복수의 측위지원수단(210, 220, 230) 중 어느 하나를 기준 측위지원수단(200a)으로 선정하게 되는데, 측위지원노드(211)는 기준 측위지원수단(200a)을 선정하는데 필요한 신호를 해당 위치 추정 장치(100)로 송출하는 역할을 한다. 또한, 측위지원노드(211)는 실내 공간에 배치된 후에, 측위관리서버(300)로부터 측위 정보를 제공받아 해당 측위지원수단(200)에 등록하는 역할을 한다.
이때, 측위지원노드(211)는 위치 추정 장치(100)의 요청에 따라 해당 측위지원수단(200)이 배치된 실내 공간의 Space ID 정보, 거리측정모델 적용 임계값 정보 를 해당 위치 추정 장치(100)로 전송하도록 한다. 따라서, 위치 추정 장치(100)는 위치 추정 장치(100)가 근접해 있는 기준 측위지원수단(200a)을 선정하게 된다. 이에 대한 구체적인 실시예는 도 3 내지 도 4b를 참조하도록 한다.
또한, 측위지원노드(211)는 필요 시에 현재 배치된 실내공간에서 장애물의 상태 정보를 감지하고, 감지된 장애물의 상태 정보에 따른 측위정보를 해당 위치 추정 장치(100)로 제공하도록 한다.
한편, 측위지원노드(211)는 장애물의 허용온도와 허용습도 등의 한계치가 초과되는 경우, 해당 정보를 측위관리서버(300)로 전송하여 알리도록 한다. 또한, 측위지원노드(211)는 측위관리서버(300)로부터 초기에 제공된 측위정보와 다른 장애물 정보 등이 감지된 경우, 해당 정보를 측위관리서버(300)로 전송하도록 한다. 따라서, 측위관리서버(300)는 측위지원노드(211)로부터 제공된 해당 정보를 갱신하도록 한다.
복수의 RF 송신노드(213, 215, 217)는 해당 실내공간에 일정한 간격과 패턴으로 배치된다. 각 RF 송신노드(213, 215, 217)는 위치 추정 장치(100)의 요청에 따라 각 RF 송신노드(213, 215, 217)가 배치된 공간에서의 위치정보와 RF 신호를 위치 추정 장치(100)로 각각 전송하도록 한다. 따라서, 위치 추정 장치(100)는 RSS 기반 거리측정모델과, 왕복전달시간(Round-Trip Time, 이하 'RTT'라 칭함) 기반 거리측정모델을 이용하여 거리정보를 추정하고, 추정된 거리정보를 바탕으로 피타고라스 정의 및 싸인/코싸인 법칙을 이용하여 위치를 추정하도록 한다. 이에 대한 구체적인 실시예는 도 5 내지 도 6b를 참조하도록 한다.
따라서, 위치 추정 장치(100)는 복수의 측위지원수단(210, 220, 230)으로부터 수신된 Space ID 정보와 신호세기, 신호전달 소요시간 등을 고려하여 소속 공간을 추정하고, 기준 측위지원수단(200a)을 선정한다. 또한, 위치 추정 장치(100)는 기준 측위지원수단(200a)을 선정한 후에, 기준 측위지원수단(200a)으로 위치를 추정하기 위한 RF 신호를 요청한다. 이때, 위치 추정 장치(100)는 기준 측위지원수단(200a)의 측위지원노드(211)로부터 수신된 측위 정보와, 3개의 RF 송신노드(213, 215, 217)로부터 각각 전송받은 신호세기, 신호전달 소요시간 및 위치정보를 바탕으로 하여 현재 위치를 추정한다. 위치 추정 장치(100)는 추정된 현재 위치 정보를 측위관리서버(300)로 전송하도록 한다.
한편, 위치 추정 장치(100)는 RSS 기반 거리측정모델 정보와, RTT 기반 거리측정모델 정보를 포함한다. 여기서, RSS 기반 거리측정모델은 기준 측위지원수단(200a)으로부터 수신된 신호의 신호세기 정보를 이용하여 기준 측위지원수단(200)과의 거리를 추정하는데, 실내 환경에서 장애물 등에 의한 비가시선(Non Line of Sight, 이하 'NLOS'라 칭함) 환경요소를 고려한 신호감쇠모델을 활용한다. 또한, RTT 기반 거리측정모델은 기준 측위지원수단(200a)으로부터 수신된 RF 신호의 전달 소요 시간 정보를 이용하여 기준 측위지원수단(200a)과의 거리를 추정한다.
도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 위치 추정 장치(100)는 통신부(110), 측위 제어부(120), 입출력 인터페이스(130), 저장부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.
통신부(110)는 복수의 측위지원수단(210, 220, 230)에 포함된 측위지원노드(211) 및 복수의 RF 송신노드(213, 215, 217)와의 RF 통신 인터페이스를 지원하는 통신모듈을 포함하며, 측위관리서버(300)와의 무선 통신을 지원하는 통신모듈을 포함한다.
측위 제어부(120)는 신호 측정부(121), 거리 측정부(123) 및 위치 추정부(125)를 포함한다.
여기서, 신호 측정부(121)는 복수의 측위지원수단(210, 220, 230)의 측위지원노드(211)로부터 수신된 측위정보 및 복수의 RF 송신노드(213, 215, 217)로부터 수신된 RF 신호에 기초하여 선정된 기준 측위지원수단(200a)의 수신신호세기를 측정한다. 또한, 신호 측정부(121)는 각 RF 송신노드(213, 215, 217)로부터 수신된 RF 신호의 신호전달소요시간을 측정한다.
또한, 거리 측정부(123)는 신호 측정부(121)에서 측정된 수신신호세기 및 해당 실내 공간에 위치한 장애물의 상태에 따라 RSS 기반 거리측정모델 및 RTT 기반 거리측정모델 중 어느 하나를 이용하여 기준 측위지원수단(200a)에 구비된 복수의 RF 송신노드(213, 215, 217)와 위치 추정 장치(100) 사이의 거리를 산출한다. 또한, 위치 추정부(125)는 거리 측정부(123)에서 산출된 거리정보를 이용하여 실내 공간에서 해당 위치 추정 장치(100)의 위치를 예측한다.
한편, 입출력 인터페이스(130)는 사용자의 제어 명령을 입력받거나, 측위관리서버(300)로부터 제공된 소정의 정보를 출력하는 수단이다. 저장부(140)는 복수의 측위지원수단(210, 220, 230)으로부터 제공된 측위 정보 등이 저장되며, 기준 측위지원수단(200a)의 정보가 저장된다. 또한, 저장부(140)는 측위 제어부(120)에서 측정된 데이터가 저장되며, 측위관리서버(300)로부터 제공된 소정의 정보가 저장된다.
제어부(150)는 상기한 통신부(110), 측위 제어부(120), 입출력 인터페이스(130) 및 저장부(140)의 동작을 제어한다.
도 2 내지 도 6b는 본 발명에 따른 실내 환경에서 RF 기반 위치 추정 장치의 동작을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
먼저, 도 2는 측위관리서버에서 측위지원수단으로 제공되는 측위정보를 나타낸 예시도이다. 도 2를 참조하면, 먼저 측위지원수단(200)은 실내 공간에 배치된 후, 해당 측위지원수단(200)이 배치된 실내공간의 위치정보 및 장치정보를 측위관리서버(300)로 전송함으로써, 해당 실내 공간의 측위 정보를 요청한다(1).
이때, 측위관리서버(300)는 요청 측위지원수단(200)이 배치된 공간을 파악하고, 해당 측위지원수단(200)이 배치된 실내공간에 대한 Space ID 및 Position 등의 정보를 포함하는 위치정보(A), 해당 실내공간에 배치된 장애물의 속성 및 재질과, Open/Close 상태에 따른 감쇠율 등의 정보를 포함하는 장애물정보(B), 해당 실내공간에 배치된 장애물의 속성 및 재질에 따른 최대 허용온도와 허용습도 등의 정보를 포함하는 실내환경인자정보(C) 및 RSS 기반 거리측정모델 적용 임계값(THRSS)을 포함하는 거리측정모델 적용 기준정보(D)를 해당 측위지원수단(200)으로 제공한다(2).
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 위치 추정 장치가 실내 공간에 배치된 복수의 측위지원수단으로부터 기준 측위지원수단(200a)을 선정하는 동작을 나타낸 예시도이다. 이때, 도 3은 실내 평면도로서, 각 실내 공간에 배치된 측위지원수단 및 위치 추정 장치의 현 위치를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 'space A'에는 3개의 측위지원수단(200)인 AA(210a), AB(220a), AC(230a)가 배치되어 있으며, 'space B'에는 3개의 측위지원수단(200)인 BA(210b), BB(220b), BC(230b)가 배치되어 있다. 이때, 위치 추정 장치(100)는 'space A'에 위치하고 있다.
먼저, 위치 추정 장치(100)는 주변의 측위지원수단(200)으로 기준 측위지원수단(200a)을 선정하기 위한 신호를 요청한다. 이때, 위치 추정 장치(100)의 주변에 위치한 'space A'에 배치된 AA(210a), AB(220a), AC(230a)와, 'space B'에 배치된 BA(210b)의 측위지원노드(211)는 해당 위치 추정 장치(100)로 기준 측위지원수단(200a)을 선정하기 위한 신호를 송출한다. 이때, 측위지원노드(211)로부터 송출된 신호는 해당 측위지원수단(200)에 등록된 space ID 및 RSS 기반 거리측정모델 적용 임계값(THRSS)에 대한 정보를 포함한다.
따라서, 위치 추정 장치(100)는 AA, AB, AC 및 BA로부터 수신된 신호에 기초하여 해당 위치 추정 장치(100)가 배치된 실내 공간을 추정하도록 한다. 이때, 'space A'에 배치된 측위지원수단(200)이 3개, 'space B'에 배치된 측위지원수단(200)이 1개이므로, 위치 추정 장치(100)는 해당 실내 공간이 'space A'인 것으 로 추정한다.
또한, 위치 추정 장치(100)는 AA, AB, AC 및 BA로부터 수신된 신호의 수신신호세기를 측정하고, 측정된 수신신호세기가 센 측위지원수단(200)을 우선순위로 하여 기준 측위지원수단(200a)을 선정하도록 한다. 이때, 위치 추정 장치(100)는 수신신호세기가 가장 센 측위지원수단(200)을 기준 측위지원수단(200a)으로 선정하도록 한다.
단, 위치 추정 장치(100)는 수신신호세기가 가장 센 측위지원수단(200)과의 전파경로가 NLOS이면서 RSS 기반 거리측정모델을 적용할 수 없는 경우에는 다음 우선순위의 측위지원수단(200)을 기준 측위지원수단(200a)으로 선정하도록 한다.
도 3의 실시예에서는 측위지원수단 AA(210a)가 수신신호의 세기가 가장 세므로 기준 측위지원수단(200a)으로 선정된 것으로 한다.
도 4a 및 도 4b는 기준 측위지원수단의 거리를 측정하는 동작을 설명하는데 참조되는 예시도이다. 이때, 기준 측위지원수단(200a)의 거리 측정 시에는 RSS 기반 거리측정모델 또는 RTT 기반 거리측정모델을 적용하도록 한다. 여기서, 도 4a는 RSS 기반 거리측정모델을 적용하여 기준 측위지원수단의 거리를 측정하는 동작을 나타낸 것이고, 도 4b는 RTT 기반 거리측정모델을 적용하여 기준 측위지원수단의 거리를 측정하는 동작을 나타낸 것이다.
우선, 위치 추정 장치(100)는 도 3에서 기준 측위지원수단(200a)으로 선정된 AA로부터 수신된 신호에 기초하여 신호전달시간(TAA)을 측정한다. 이때, AA로부터 수신된 신호에 포함된 'THRSS'와 'TAA'를 비교하여, 'TAA'가 'THRSS'의 적용 범위를 벗어나는지 확인한다.
만일, 도 4a와 같이 'TAA<THRSS'이면, 위치 추정 장치(100)는 RSS 기반 거리측정모델을 적용하여 기준 측위지원수단(200a)의 거리를 추정하도록 한다.
즉, 위치 추정 장치(100)는 기준 측위지원수단(200a)으로 RF 신호를 요청한다. 이때, 위치 추정 장치(100)는 도 3에서 추정된 space ID 정보 및 거리측정모델 정보, 즉, RSS 거리측정모델이 적용됨을 알리는 정보를 함께 전송하도록 한다.
기준 측위지원수단(200a)의 측위지원노드(211)는 위치 추정 장치(100)로부터 수신된 space ID 정보를 이용하여 현재 실내공간에서 기준 측위지원수단(200a)과 해당 위치 추정 장치(100) 사이의 전파 경로가 가시선(Line of Sight, 이하 'LOS'라 칭함)인지 NLOS 인지를 확인한다. 만일, LOS인 경우, 측위지원노드(211)는 LOS 감쇠율 정보를 위치 추정 장치(100)로 송출하고, NLOS인 경우에는 장애물의 open/close 상태를 감지하여 장애물의 재질 및 상태에 따른 NLOS 감쇠율 정보를 위치 추정 장치(100)로 송출하도록 한다. 이때, 기준 측위지원수단(200a)의 각 RF 송신노드(213, 215, 217)는 RF 신호를 위치 추정 장치(100)로 각각 송출하도록 한다.
이때, 위치 추정 장치(100)는 기준 측위지원수단(200a)의 측위지원노드(211)로부터 수신된 감쇠율 정보 및 각 RF 송신노드(213, 215, 217)로부터 수신된 RF 신호를 이용하여 각 RF 송신노드(213, 215, 217)와 위치 추정 장치(100) 사이의 거리를 추정한 후에, 피타고라스 정의와 싸인/코싸인 법칙을 적용하여 위치 추정 장 치(100)의 위치를 추정하도록 한다.
한편, 도 4b와 같이 'TAA>THRSS'이면, 위치 추정 장치(100)는 RTT 기반 거리측정모델을 적용하여 기준 측위지원수단(200a)의 거리를 추정하도록 한다.
위치 추정 장치(100)는 기준 측위지원수단(200a)으로 RF 신호를 요청한다. 이때, 위치 추정 장치(100)는 도 3에서 추정된 space ID 정보 및 거리측정모델 정보, 즉, RTT 거리측정모델이 적용됨을 알리는 정보를 함께 전송하도록 한다.
한편, 기준 측위지원수단(200a)은 위치 추정 장치(100)로 RTT 기반의 RF 신호를 요청한다. 이때, 위치 추정 장치(100)는 RF 신호의 송신시간 정보와 함께 RTT 기반의 RF 신호를 기준 측위지원수단(200a)으로 전송한다.
또한, 위치 추정 장치(100)는 기준 측위지원수단(200a)의 RF 송신노드(213, 215, 217)로부터 각 RF 송신노드(213, 215, 217)의 위치정보와 함께 RTT 기반의 RF 신호에 대한 응답신호를 수신하면, 수신된 응답신호로부터 신호전달소요시간을 산출한다. 이때, 위치 추정 장치(100)는 산출된 신호전달소요시간 및 위치 정보를 이용하여 각 RF 송신노드(213, 215, 217)와 위치 추정 장치(100) 사이의 거리를 추정한 후에, 피타고라스 정의와 싸인/코싸인 법칙을 적용하여 위치 추정 장치(100)의 위치를 추정하도록 한다.
도 5는 기준 측위지원수단에 구비된 3개의 RF 송신노드와 위치 추정 장치의 각 위치와, 도 4a 및 도 4b에서 추정된 각 RF 송신노드와 위치 추정 장치 사이의 거리를 나타낸 예시도이고, 도 6a 및 도 6b는 도 5의 거리정보를 피타고라스 정의 와 싸인/코싸인 법칙에 적용하여 위치 추정 장치의 위치를 추정하는 동작을 나타낸 예시도이다.
도 5에서, 기준 측위지원수단(200a)에 구비된 3개의 RF 송신노드(213, 215, 217)는 NX(213), NY(215), NZ(217)이다. 또한, 위치 추정 장치(100)의 현 위치를 PA라 가정한다. 이때, NX(213)와 PA 사이의 거리는 R1, NY(215)와 PA 사이의 거리는 R2, NZ(217)와 PA 사이의 거리는 R3이다. 또한, NX(213)와 NY(215) 사이의 거리는 DXY이고, NY(215)와 NZ(217) 사이의 거리는 DYZ이다.
도 6a은 도 5에서 NX, NY 와 PA 사이의 거리정보를 피타고라스 정의와 싸인/코싸인 법칙에 적용하여 위치 추정 장치의 위치를 추정하는 동작을 나타낸 예시도이다. 먼저, PA에서 NX(213)와 NY(215) 사이의 변에 직교하는 선을 y1이라 하고, NX(213)에서 NX(213)와 y1이 만나는 점까지의 거리를 x라 가정한다.
아래, [수학식 1]은 도 6a의 거리정보를 피타고라스 정의에 적용한 식을 나타낸 것이고, [수학식 2]는 도 6a의 위치 정보를 이용하여 싸인/코싸인 법칙에 적용한 식을 나타낸 것이다.
Figure 112008088471112-pat00001
위치 추정 장치(100)는 [수학식 1]로부터 x, y1값을 산출한다.
Figure 112008088471112-pat00002
또한, 위치 추정 장치(100)는 [수학식 2]로부터 θ1 값을 산출한다.
한편, 도 6b는 도 5에서 NY, NZ 와 PA 사이의 거리정보를 피타고라스 정의와 싸인/코싸인 법칙에 적용하여 위치 추정 장치의 위치를 추정하는 동작을 나타낸 예시도이다. 먼저, PA에서 NY(215)와 NZ(217) 사이의 변에 직교하는 선을 y2라 하고, NY(215)에서 NZ(217)와 y2가 만나는 점까지의 거리를 z라 가정한다.
아래, [수학식 3]은 도 6b의 거리정보를 피타고라스 정의에 적용한 식을 나타낸 것이고, [수학식 4]는 도 6b의 위치정보를 이용하여 싸인/코싸인 법칙에 적용한 식을 나타낸 것이다.
Figure 112008088471112-pat00003
위치 추정 장치(100)는 [수학식 3]으로부터 y2, z값을 산출한다.
Figure 112008088471112-pat00004
또한, 위치 추정 장치(100)는 [수학식 4]로부터 θ2 값을 산출한다.
따라서, 위치 추정 장치(100)는 도 6a 및 도 6b를 참조하여, 해당 위치 추정 장치(100)의 현재 위치를 추정하도록 한다.
이때, 위치 추정 장치(100)는 추정된 위치정보를 측위관리서버(300)로 전송한다. 따라서, 측위관리서버(300)는 위치 추정 장치(100)로부터 수신된 위치 정보에 기초하여 실내 평면도 상의 해당 위치에 표시하여 위치 추정 장치(100)로 제공함으로써 사용자가 해당 위치를 파악할 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 추정 장치의 동작 흐름을 나타낸 순서도이다.
먼저, 도 7은 위치 추정 장치(100)가 측위지원수단A, 측위지원수단B 및 측위지원수단C 중 기준 측위지원수단을 선정하는 동작 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 위치 추정 장치(100)는 측위지원수단A(210), 측위지원수단B(220) 및 측위지원수단C(230)로 각 측위지원수단(200)의 측위정보를 요청한다(S700, S720, S740).
이때, 측위지원수단A(210), 측위지원수단B(220) 및 측위지원수단C(230)는 각 측위지원수단(200)에 등록된 측위정보, 즉, space ID 정보 및 거리측정모델 적용 임계값에 대한 정보와 함께 기준 측위지원수단(200a)을 선정하는데 이용되는 RF 신호를 위치 추정 장치(100)로 전송하도록 한다(S710, S730, S750).
위치 추정 장치(100)는 측위지원수단A(210), 측위지원수단B(220) 및 측위지원수단C(230)로부터 각각 수신된 space ID로부터 해당 위치 추정 장치(100)가 위치한 실내공간의 space ID를 추정하도록 한다(S760).
또한, 위치 추정 장치(100)는 측위지원수단A(210), 측위지원수단B(220) 및 측위지원수단C(230)로부터 각각 수신된 RF 신호의 수신신호세기를 산출하고, 거리측정모델 적용 임계값으로부터 거리측정모델 적용 범위를 산출하도록 한다(S770). 이때, 위치 추정 장치(100)는, 'S770' 과정에서 산출된 수신신호세기 및 거리측정모델 적용 범위에 따라 기준 측위지원수단(200a)을 선정하도록 한다. 여기서, 기준 측위지원수단(200a)은 측위지원수단A(210), 측위지원수단B(220) 및 측위지원수단C(230) 중 수신신호세기가 센 것을 우선순위로 하여 선정하도록 한다.
도 8a 및 도 8b는 위치 추정 장치와 기준 측위지원수단 사이에서 추정된 거리 정보에 기초하여 해당 위치 추정 장치의 위치를 추정하는 동작 흐름을 나타낸 순서도이다. 여기서, 도 8a는 RSS 기반 거리측정모델을 적용하여 기준 측위지원수단의 거리를 추정하는 동작을 나타낸 것이고, 도 8b는 RTT 기반 거리측정모델을 적용하여 기준 측위지원수단의 거리를 추정하는 동작을 나타낸 것이다.
먼저, 도 8a 및 도 8b를 수행하기 전, 위치 추정 장치(100)는 기준 측위지원 수단(200a) 선정 시 획득된 거리측정모델 적용 임계치(THRSS)를 이용하여 RSS 기반 거리측정모델을 적용할 것인지, 혹은 RTT 기반 거리측정모델을 적용할 것인지를 결정한다.
도 8a를 참조하면, 위치 추정 장치(100)는 도 7에서 추정된 space ID 정보 및 거리측정모델 정보, 즉, RSS 거리측정모델이 적용됨을 알리는 정보와 함께 기준 측위지원수단(200a)으로 RF 신호를 요청한다(S800).
기준 측위지원수단(200a)의 측위지원노드(211)는 위치 추정 장치(100)로부터 수신된 space ID로부터 기준 측위지원수단(200a)과 해당 위치 추정 장치(100) 사이의 전파 경로가 LOS인지 NLOS인지를 확인한다(S810). 또한, 측위 지원 노드는 장애물의 상태를 감지한다(S815). 이때, 측위지원노드(211)는 RSS 기반 측위 관련 정보를 해당 위치 추정 장치(100)로 제공하도록 한다(S820). 여기서, RSS 기반 측위 관련 정보에는 'S810' 과정의 확인 결과에 따라 LOS 감쇠율 정보 또는 NLOS 감쇠율 정보가 포함된다.
또한, 기준 측위지원수단(200a)의 각 RF 송신노드(213, 215, 217)는 RF 송신노드(213, 215, 217)의 위치정보를 해당 위치 추정 장치(100)로 제공하도록 한다(S825).
한편, 위치 추정 장치(100)는 'S825' 과정에서 수신된 각 RF 신호의 수신신호세기를 측정하고(S830), 'S820' 과정에서 수신된 측위정보 및 'S830' 과정에서 측정된 수신신호세기를 이용하여 해당 위치 추정 장치(100)와 각 RF 송신노드(213, 215, 217)와의 거리를 추정한다(S835). 또한, 위치 추정 장치(100)는 'S835' 과정에서 추정된 거리 정보를 이용하여 해당 위치 추정 장치(100)의 현재 위치를 추정하도록 한다(S870).
도 8b를 참조하면, 위치 추정 장치(100)는 도 7에서 추정된 space ID 정보 및 거리측정모델 정보, 즉, RSS 거리측정모델이 적용됨을 알리는 정보와 함께 기준 측위지원수단(200a)으로 RF 신호를 요청한다(S800).
한편, 기준 측위지원수단(200a)은 위치 추정 장치(100)로 RTT 기반의 RF 신호를 요청한다(S840). 이때, 위치 추정 장치(100)는 RF 신호의 송신시간 정보와 함께 RTT 기반의 RF 신호를 기준 측위지원수단(200a)으로 전송한다(S845). 또한, 기준 측위지원수단(200a)의 각 RF 송신노드(213, 215, 217)는 RF 송신노드(213, 215, 217)의 위치정보와 함께 RTT 기반의 RF 신호에 대한 응답신호를 위치 추정 장치(100)로 전송하도록 한다(S850).
이때, 위치 추정 장치(100)는 'S850' 과정에서 수신된 응답신호로부터 각 RF 송신노드(213, 215, 217)에 대해 신호전달소요시간을 측정하고(S855), 'S855' 과정에서 측정된 신호전달소요시간을 이용하여 해당 위치 추정 장치(100)와 각 RF 송신노드(213, 215, 217)와의 거리를 추정한다(S860). 또한, 위치 추정 장치(100)는 'S860' 과정에서 추정된 거리 정보를 이용하여 해당 위치 추정 장치(100)의 현재 위치를 추정하도록 한다(S870).
도 9는 위치 추정 장치에서 추정된 위치를 기반으로하여 측위관리서버로부터 해당 위치 추정 장치가 위치한 정보를 제공받는 동작을 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 위치 추정 장치(100)는 도 8a 또는 도 8b로부터 획득된 위치 추정 정보를 측위관리서버(300)로 전송한다(S900).
이때, 측위관리서버(300)는 위치 추정 장치(100)로부터 수신된 위치 추정 정보에 따라 기 등록된 실내 도면에 해당 위치 추정 장치(100)의 위치를 표시하도록 한다(S910). 'S910' 과정에서 해당 위치 추정 장치(100)의 위치가 표시된 실내 도면은 측위관리서버(300)에 저장된다(S920). 물론, 이후에 위치 추정 장치(100)의 위치가 변경된 경우, 측위관리서버(300)는 실내 도면에 표시된 해당 위치 추정 장치(100)의 위치를 갱신하여 표시하도록 한다.
한편, 측위관리서버(300)는 해당 위치 추정 장치(100)의 위치가 표시된 실내 도면을 해당 위치 추정 장치(100)로 송출함으로써, 현재 위치를 알리도록 한다(S930).
이상에서와 같이 본 발명에 따른 RF 기반의 실내 위치 추정 방법 및 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 위치 추정 장치가 적용된 시스템 구성을 도시한 시스템 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 위치 추정 장치의 구성을 설명하는데 참조되는 블록도,
도 2 내지 도 6b 는 본 발명에 따른 위치 추정 장치에서 실내 공간에서의 위치를 추정하는 동작을 설명하는데 참조되는 도면, 그리고
도 7 내지 9 는 본 발명에 따른 위치 추정 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 순서도이다.

Claims (10)

  1. 측위지원노드 및 복수의 RF 송신노드를 구비한 복수의 측위지원수단이 배치된 실내 공간에서 주변 환경요소를 고려한 RF 기반의 실내 위치 추정 방법으로서,
    상기 복수의 측위지원수단으로부터 수신된 측위정보 및 RF 신호에 기초하여 기준 측위지원수단을 선정하는 단계;
    해당 실내 공간에 위치한 장애물 속성에 따라, 상기 수신된 측위 정보 및 상기 RF 신호의 수신신호세기를 이용하여 거리 측정 시 적용되는 거리측정모델을 결정하여 상기 기준 측위지원수단으로 전송하고, 거리 측정을 위한 RF 신호를 요청하는 단계; 및
    상기 기준 측위지원수단에 구비된 복수의 RF 송신노드로부터 수신된 RF 신호 및 해당 RF 송신노드의 위치정보를 기반으로하여 상기 복수의 RF 송신노드와의 거리를 추정하고, 상기 추정된 거리정보에 기초하여 현재 위치를 추정하는 단계;를 포함하고,
    상기 측위정보는 해당 측위지원수단이 배치된 실내 공간의 space ID 정보 및 거리측정모델 적용 임계치에 대한 정보 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 기반의 실내 위치 추정 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 거리측정모델 결정 시, 상기 RF 신호의 수신신호세기와 상기 수신된 측위정보에 포함된 거리측정모델 적용 임계치를 비교하는 단계;를 포함하며,
    상기 비교 결과에 따라, 상기 RF 신호의 수신신호세기가 상기 거리측정모델 적용 임계치 보다 작은 경우에는 수신신호세기(RSS) 기반 거리측정모델로, 상기 RF 신호의 수신신호세기가 상기 거리측정모델 적용 임계치 보다 큰 경우에는 왕복도달시간(RTT) 기반 거리측정모델로 결정하는 것을 특징으로 하는 RF 기반의 실내 위치 추정 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 측위지원수단으로부터 수신된 측위정보에 기초하여 해당 실내 공간의 space ID를 감지하는 단계; 및
    상기 선정하는 단계에서 선정된 상기 기준 측위지원수단으로 상기 감지된 space ID를 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 기반의 실내 위치 추정 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 거리측정모델이 수신신호세기 기반 거리측정모델로 결정된 경우, 상기 기준 측위지원수단으로부터, 상기 수신된 space ID 정보에 기초하여 상기 기준 측위지원수단과의 전파 경로가 가시선(LOS)인지, 또는 비가시선(NLOS)인지 확인되는 단계;를 더 포함하며,
    상기 확인 결과, 가시선인 경우 상기 기준 측위지원수단으로부터 가시선 감쇠율 정보를 제공받고, 비가시선인 경우에는 장애물의 open/close 상태를 감지하여 장애물의 재질 및 상태에 따른 비가시선 감쇠율 정보를 제공받는 것을 특징으로 하는 RF 기반의 실내 위치 추정 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 추정하는 단계는,
    상기 기준 측위지원수단으로부터 수신된 가시선 감쇠율 정보 및 비가시선 감쇠율 정보 중 어느 하나를 이용하여 상기 복수의 RF 송신노드 사이의 거리를 추정하는 것을 특징으로 하는 RF 기반의 실내 위치 추정 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 추정하는 단계는,
    상기 거리측정모델이 왕복전달시간 기반 거리측정모델로 결정된 경우, 상기 복수의 RF 송신노드로부터 수신된 RF 신호의 신호전달소요시간을 산출하는 단계;를 포함하며,
    상기 산출하는 단계에서 산출된 신호전달소요시간 및 위치 정보를 이용하여 상기 복수의 RF 송신노드 사이의 거리를 추정하는 것을 특징으로 하는 RF 기반의 실내 위치 추정 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 추정하는 단계에서 추정된 위치 정보를 상기 복수의 측위지원수단이 배치된 실내공간의 공간정보, 위치정보, 장애물정보, 실내환경인자 및 거리측정모델 적용 기준정보 중 하나 이상을 포함하는 측위정보가 저장된 측위관리서버로 전송하는 단계; 및
    상기 측위관리서버로부터 현재 위치가 표시된 도면 데이터를 수신하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 기반의 실내 위치 추정 방법.
  9. 측위지원노드 및 복수의 RF 송신노드를 구비한 복수의 측위지원수단이 배치된 실내 공간에서 RF 기반의 실내 위치 추정 장치로서,
    상기 복수의 측위지원수단과 RF 신호를 송수신하는 통신부; 및
    상기 복수의 측위지원수단으로부터 수신된 측위정보 및 RF 신호에 기초하여 선정된 기준 측위지원수단의 수신신호세기를 측정하는 신호 측정부,
    상기 신호 측정부에서 측정된 수신신호세기 및 해당 실내 공간에 위치한 장애물의 상태에 따라 수신신호세기(RSS) 기반 거리측정모델과, 왕복전달시간(RTT) 기반 거리측정모델 중 어느 하나를 이용하여 상기 기준 측위지원수단에 구비된 복수의 RF 송신노드와 해당 위치 추정 장치 사이의 거리를 산출하는 거리측정부, 및
    상기 거리 측정부에서 산출된 거리정보를 이용하여 상기 실내 공간에서 해당 위치 추정 장치의 위치를 예측하는 위치 추정부
    가 구비된 측위 제어부;를 포함하고,
    상기 측위정보는,
    상기 복수의 측위지원수단이 배치된 실내공간의 공간정보, 위치정보, 장애물정보, 실내환경인자 정보 및 거리측정모델 적용 기준정보 중 하나 이상을 포함하며,
    상기 측위정보를 관리하는 측위관리서버로부터 제공된 것을 특징으로 하는 RF 기반의 실내 위치 추정 장치.
  10. 삭제
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