KR101104583B1 - 태그의 출력 신호 세기를 조절하는 위치 인식 시스템 및 그 방법 - Google Patents

태그의 출력 신호 세기를 조절하는 위치 인식 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태그의 출력 신호 세기를 조절하는 위치 인식 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태그의 출력 신호 세기를 조절하는 위치 인식 시스템은, 소정의 신호 세기로 브로드캐스팅 신호를 전송하는 태그; 및 상기 태그로부터 브로드캐스팅 신호를 수신한 후, 상기 수신된 브로드캐스팅 신호의 세기에 상응하는 레인징 신호 세기가 포함된 ACK 신호를 상기 태그로 전송하는 앵커를 포함하고, 상기 태그는 상기 앵커로부터 ACK 신호를 수신한 후, 상기 ACK 신호에 포함된 레인징 신호 세기로 상기 앵커와 레인징을 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

태그의 출력 신호 세기를 조절하는 위치 인식 시스템 및 그 방법 {Location system and method for controlling a transmitting signal strength of a tag}
본 발명은 태그의 출력 신호 세기를 조절하는 위치 인식 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태그와 3개 이상의 앵커를 이용하여 태그의 위치를 측정할 때 태그와 각 앵커 사이의 거리에 따라서 태그의 레인징 신호 세기를 동적으로 조절함으로써 전력 소모를 줄이는 위치 인식 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
근거리 무선 위치 인식 시스템은, 도 1에 예시된 바와 같이, 태그(이동 노드)와 3개 이상의 앵커(고정 노드), 그리고 위치 서버 등으로 구성되어, 3개 이상의 앵커의 위치 및 태그와 3개 이상의 앵커 사이의 측정 거리에 기초하여 삼각 측량법(triangulation) 등을 이용하여 태그(대상물)의 위치를 인식하는 시스템이다.
근거리 무선 위치 인식 시스템에서 태그의 위치를 구하는 방식에는 여러 가지가 있는데, 본 발명은 그 중 태그가 거리 측정을 위한 앵커들을 인식하고 인식된 3개 이상의 앵커를 대상으로 각각 태그와의 거리를 구한 후 삼각 측량법을 이용해 좌표를 구하는 방식과 관련된다. 여기서, 태그가 거리 측정을 위한 앵커를 인식하 는 과정을 스캐닝(scanning)이라 하며, 태그와 앵커 사이의 거리를 측정하는 과정을 레인징(ranging)이라 한다.
한편, 태그와 앵커 사이의 거리를 측정하는 방식에는 두 노드 사이에 전송된 신호의 감쇠(attenuation)를 이용하여 거리를 측정하는 방식, 두 노드 사이의 신호 전송 시간을 이용하여 거리를 측정하는 방식 등이 있는데, 본 발명은 특히 두 노드 사이의 신호 전송 시간을 이용하여 태그와 앵커 사이의 거리를 측정하는 방식과 관련된다.
이와 관련하여, 도 2는 종래기술에 따른 위치 인식 시스템에서 태그와 앵커 사이의 스캐닝 및 레인징 과정을 예시하는 도면이다. 참고로, 도 2에서는 태그와 앵커가 SDS-TWR(Symmetric Double Sided Two Way Ranging) 방식을 이용하여 레인징을 수행하는 것을 도시하였다.
먼저 스캐닝 과정에 대해 설명하면, 태그는 거리 측정을 위한 레인징을 수행하기 위해 어떤 앵커와 레인징을 시도해야할 것인지를 결정할 필요가 있는데, 스캐닝은 이와 같이 태그가 레인징을 수행할 주변 앵커를 검색하는 과정이다. 도 2를 참조하면, 단계 S210에서, 태그가 주위로 브로드캐스팅(broadcasting) 신호를 전송하면, 단계 S220에서, 이를 수신한 앵커는 브로드캐스팅 신호에 응답하는 ACK 신호를 태그로 전송한다. 그리고, 태그는 일정 시간 기다리면서 ACK 신호를 보낸 앵커들을 수집하게 되며, 이 때 태그의 위치 인식을 위해서는 최소 3개 이상의 앵커 정보가 수집되어야 한다.
이후 태그는 검색된 앵커들을 대상으로 레인징을 시도하는데, 마찬가지로 태 그는 3개 이상의 앵커와 레인징을 수행하게 된다. 태그는 이들 앵커와 순차적으로 레인징을 진행하며, SDS-TWR(Symmetric Double Sided Two Way Ranging) 방식의 경우, 태그는 각 앵커당 총 3번의 신호를 보내야 하고, 만약 앵커가 3개라면 총 9번의 신호를 보내게 된다. 도 2를 참조하면, 단계 S230에서, 태그가 제1 REQ 신호를 앵커로 전송하면, 단계 S240에서, 앵커는 제1 REQ 신호에 응답하는 제1 ACK 신호를 태그로 전송한다. 이번에는, 단계 S250에서, 앵커가 제2 REQ 신호를 태그로 전송하면, 단계 S260에서, 태그는 제2 REQ 신호에 응답하는 제2 ACK 신호를 앵커로 전송한다. 그리고, 단계 S270에서, 앵커가 데이터를 태그로 전송하면, 단계 S280에서, 태그는 데이터 수신을 확인하는 제3 ACK 신호를 앵커로 전송한다.
그러나, 종래기술에서는 태그가 앵커로 신호를 전송할 때 기 설정된 출력 신호 세기로 송출하는데, 전술한 바와 같은 양방향 거리 측정(Two Way Ranging) 방식을 이용한 근거리 무선 위치 인식 시스템의 경우 앵커별로 3번의 신호 출력이 필요하기 때문에, 한 번의 거리 측정에 소요되는 태그의 전력 소비량이 크게 된다. 다시 말해, 기 설정된 출력 신호 세기는 태그가 앵커와의 거리를 모르기 때문에 주변의 앵커가 태그의 신호(예, 브로드캐스팅 신호)를 수신할 수 있도록 충분히 크게 설정되며(예컨대, 태그의 최대 출력 전력으로 설정되며), 태그는 이와 같이 설정된 출력 신호 세기로 3개 이상의 앵커와 레인징을 하기 때문에 태그의 전력 소비량이 크게 된다.
그러므로, 종래기술에 따른 양방향 거리 측정(Two Way Ranging) 방식을 이용한 근거리 무선 위치 인식 시스템은 두 노드 사이의 시간 동기화가 필요 없는 장점 을 누릴 수 있지만, 태그와 앵커 사이의 거리에 상관없이 태그가 기 설정된 출력 신호 세기로 스캐닝 및 레인징 과정을 수행하기 때문에, 비록 태그가 앵커로부터 가까운 위치에 지속적으로 있더라도 출력 신호 세기는 일정하게 되며, 따라서 태그의 전력 소비량이 크고 이에 따라 태그의 배터리 수명이 짧은 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 태그와 3개 이상의 앵커를 이용하여 태그의 위치를 측정할 때 태그와 각 앵커의 거리에 따라서 태그의 레인징 신호 세기를 동적으로 조절하여 전력 소모를 줄이는 위치 인식 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 스캐닝 과정에서 태그가 각 앵커로부터 수신한 레인징 신호 세기 정보를 이용하여 레인징 과정에서 태그의 출력 신호 세기를 조절함으로써 효율적으로 거리 측정을 수행하는 위치 인식 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 태그의 레이징 신호 세기를 결정할 때 앵커가 브로드캐스팅 신호 세기와 레인징 신호 세기가 맵핑(mapping)되어 있는 맵핑 테이블을 이용함으로써 구현 및 관리를 용이하게 수행할 수 있는 위치 인식 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 태그의 출력 신호 세기를 조절하는 위치 인식 시스템은, 소정의 신호 세기로 브로드캐스팅 신호를 전송하는 태그; 및 상기 태그로부터 브로드캐스팅 신호를 수신한 후, 상기 수신된 브로드캐스팅 신호의 세기에 상응하는 레인징 신호 세기가 포함된 ACK 신호를 상기 태그로 전송하는 앵커를 포함하고, 상기 태그는 상기 앵커로부터 ACK 신호를 수신한 후, 상기 ACK 신호에 포함된 레인징 신호 세기로 상기 앵커와 레인징을 수행하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 형태에 따른 태그의 출력 신호 세기를 조절하는 위치 인식 시스템에 사용되는 앵커는, 상기 태그로부터 소정의 신호 세기로 송출된 브로드캐스팅 신호를 수신하는 신호 수신부; 상기 브로드캐스팅 신호의 세기를 측정하는 수신 신호 세기 측정부; 상기 측정된 브로드캐스팅 신호의 세기에 상응하는 레인징 신호 세기를 산출하는 레인징 신호 세기 산출부; 및 상기 레인징 신호 세기가 포함된 ACK 신호를 상기 태그로 전송하는 신호 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 형태에 따른 태그의 출력 신호 세기를 조절하는 방법은, a) 태그가 소정의 신호 세기로 브로드캐스팅 신호를 전송하는 단계; b) 앵커가 상기 브로드캐스팅 신호의 세기를 측정하여, 상기 브로드캐스팅 신호의 세기에 상응하는 레인징 신호 세기가 포함된 ACK 신호를 상기 태그로 전송하는 단계; 및 c) 상기 태그가 상기 레인징 신호 세기로 상기 앵커와 레인징을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 형태에 따른 태그의 출력 신호 세기를 조절하는 방 법은, a) 태그로부터 소정의 신호 세기로 송출된 브로드캐스팅 신호를 수신하는 단계; b) 상기 수신된 브로드캐스팅 신호의 세기를 측정하는 단계; c) 상기 측정된 브로드캐스팅 신호의 세기에 상응하는 레인징 신호 세기를 산출하는 단계; 및 d) 상기 산출된 레인징 신호 세기가 포함된 ACK 신호를 상기 태그로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 태그와 3개 이상의 앵커를 이용하여 태그의 위치를 측정할 때 태그와 앵커 사이의 거리에 따라 태그의 출력 신호 세기를 조절함으로써 효율적인 신호 세기로 통신하여 태그의 전력 소비량 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 태그의 배터리 수명을 증가시키는 효과를 가진다.
그리고, 본 발명에 따르면, 태그의 레이징 신호 세기를 결정할 때 브로드캐스팅 신호 세기와 레인징 신호 세기가 맵핑되어 있는 맵핑 테이블을 이용함으로써, 하드웨어 장치를 설치하는 것과는 달리 추가 비용이 없으며, 또한 프로그램을 통해 관리 할 수 있기 때문에 유지 관리가 용이한 효과를 가진다.
이하에서는 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 참고로, 하기 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하였다.
도 3은 본 발명에 따른 위치 인식 시스템에서 태그와 앵커 사이의 스캐닝 및 레인징 과정을 예시한 도면이다.
먼저 스캐닝 과정을 설명하면, 단계 S310에서, 태그는 거리 측정을 위한 주변의 앵커들을 검색하기 위해 기 설정된 소정의 신호 세기(x)로 브로드캐스팅(broadcasting) 신호를 송출한다. 그러면, 단계 S320에서, 이를 수신한 앵커는 태그의 브로드캐스팅 신호의 세기(x-α)를 측정하고 이에 상응하는 레인징 신호 세기(x')를 산출한다. 그리고, 단계 S330에서, 앵커는 브로드캐스팅 신호의 수신을 확인하는 ACK 신호를 전송할 때 레인징 신호 세기(x')를 포함시켜 전송한다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 태그로부터 브로드캐스팅 신호를 수신한 앵커가 레인징 신호 세기가 포함된 ACK 신호를 태그로 전송하는 과정을 상세 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커의 구성도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커에서 수행되는 동작의 흐름도이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커에서 사용되는 맵핑 테이블을 예시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커(400)는 신호 수신부(410), 수신 신호 세기 측정부(420), 레인징 신호 세기 산출부(430), 신호 송신부(440) 등을 포함한다.
도 5를 함께 참조하면, 단계 S510에서, 신호 수신부(410)는 태그로부터 소정의 신호 세기(x)로 송출된 브로드캐스팅 신호를 수신한다. 참고로, 이 경우 송신측(태그)에서 송신한 브로드캐스팅 신호는 송신 시의 신호 세기(x)와 달리 신호 전송 거리에 따른 감쇠(α)가 일어나게 된다.
그러면, 단계 S520에서, 수신 신호 세기 측정부(420)는 신호 수신부(410)에 서 수신된 브로드캐스팅 신호의 세기를 측정한다. 전술한 바와 같이, 이 때 수신 신호 세기 측정부(420)에서 측정된 브로드캐스팅 신호의 세기(x-α)는 송신측(태그)에서 송신할 때의 신호 세기(x)에서 신호 전송 거리에 따른 감쇠(α)만큼 약화된 신호 세기가 된다.
그 후, 단계 S530에서, 레인징 신호 세기 산출부(430)는 상기 측정된 브로드캐스팅 신호의 세기(x-α)에 상응하는 레인징 신호 세기(x')를 산출한다. 이 경우, 레인징 신호 세기 산출부(430)는 상기 측정된 브로드캐스팅 신호의 세기(x-α)에 상응하는 레인징 신호 세기(x')가 맵핑(mapping)되어 있는 맵핑 테이블을 이용하여 상기 레인징 신호 세기를 산출하는 것이 바람직하다. 도 6은 이를 예시한 것인데, 도 6의 맵핑 테이블은 태그가 송신할 수 있는 최대 신호 세기를 100으로 가정한 경우 앵커에서 측정된 브로드캐스팅 신호의 세기(x-α)와 이에 상응하는 레인징 신호 세기(x')가 맵핑되어 있는 것을 예시한 것이다. 참고로, 맵핑 테이블은 앵커에서 측정된 브로드캐스팅 신호의 세기(x-α)가 상대적으로 크면 태그의 레인징 신호 세기(x')는 상대적으로 작도록 구성되는데, 이는 앵커에서 측정된 브로드캐스팅 신호의 세기(x-α)가 클수록 그 만큼 태그가 앵커 가까이에 있어, 레인징 신호 세기가 상대적으로 클 필요가 없기 때문이다. 여기서, 맵핑 테이블은 태그가 송신하는 브로드캐스팅 신호의 세기(x)와 RF(Radio Frequency) 신호의 물리적 특성(예, 실험적으로 측정된 거리에 따른 신호 감쇠율) 등을 고려하여 설정될 수 있다.
마지막으로, 단계 S540에서, 신호 송신부(440)는 레인징 신호 세기 산출 부(430)에서 산출된 레인징 신호 세기(x')가 포함된 ACK 신호를 태그로 전송한다. 그리고, 이와 같은 스캐닝 과정에 의해 태그는 레인징이 가능한 앵커를 검색할 수 있으며 또한 해당 앵커에게 레인징할 때 송신 신호의 세기(즉, 레인징 신호 세기)를 알 수 있다.
다시 도 3을 참조하여 레인징 과정을 설명하면, 단계 S340에서, 태그는 브로드캐스팅 신호의 수신을 확인하는 ACK 신호에 포함된 레인징 신호 세기(x')로 제1 REQ 신호를 해당 앵커에게 전송하고, 제1 REQ 신호를 전송한 시간을 저장한다. 그러면, 단계 S350에서, 앵커는 제1 REQ 신호의 수신을 확인하는 제1 ACK 신호를 태그로 전송한다. 여기서, 태그로 전송되는 제1 ACK 신호에는 앵커가 제1 REQ 신호를 수신한 후 이에 응답하는 제1 ACK 신호를 전송하기까지 걸린 프로세싱(processing) 시간(T2)이 포함되며, 이에 따라 태그는 제1 REQ 신호를 전송한 후 제1 ACK 신호를 수신하기까지 걸린 시간(T1)에서 앵커의 프로세싱 시간(T2)을 감산함으로써 신호의 왕복 시간을 계산할 수 있다.
마찬가지 방식으로, 단계 S360에서, 앵커는 제2 REQ 신호를 태그에게 전송하고, 제2 REQ 신호를 전송한 시간을 저장한다. 그러면, 단계 S360에서, 태그는 레인징 신호 세기(x')로 상기 제2 REQ 신호의 수신을 확인하는 제2 ACK 신호를 태그로 전송한다. 여기서, 앵커로 전송되는 제2 ACK 신호에는 태그가 제2 REQ 신호를 수신한 후 이에 응답하는 제2 ACK 신호를 전송하기까지 걸린 프로세싱 시간(T3)이 포함되며, 이에 따라 앵커는 제2 REQ 신호를 전송한 후 제2 ACK 신호를 수신하기까지 걸린 시간(T4)에서 앵커의 프로세싱 시간(T3)을 감산함으로써 신호의 왕복 시간 을 계산할 수 있다.
그리고, 단계 S380에서, 앵커는 관련 데이터를 태그에게 전송하고, 단계 S390에서, 태그는 레인징 신호 세기(x')로 상기 데이터의 수신을 확인하는 제3 ACK 신호를 앵커에게 전송한다.
한편, 이와 같은 레인징 과정은 위치 인식을 위해 3개 이상의 앵커에 대해 각각 수행하게 되며, 이 경우 각각의 앵커에 대한 레인징 신호 세기는 태그와 해당 앵커 사이의 거리에 따라 달라지게 되어, 태그는 효율적인 전력으로 앵커와 통신하여 전력 소비량 감소시키고 태그의 배터리 수명을 늘릴 수 있다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징들을 변경하지 않고서 다른 구체적인 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 3개 이상의 앵커를 이용하여 태그의 위치를 측정하는 위치 인식 시스템을 예시한 것이다.
도 2는 종래 기술에 따른 위치 인식 시스템에서 태그와 앵커 사이의 스캐닝 및 레인징 과정을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 위치 인식 시스템에서 태그와 앵커 사이의 스캐닝 및 레인징 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커에서 수행되는 동작의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커에서 사용되는 맵핑 테이블을 예시한 도면이다.

Claims (15)

  1. 태그의 출력 신호 세기를 조절하는 위치 인식 시스템으로서,
    소정의 신호 세기로 브로드캐스팅 신호를 전송하는 태그; 및
    상기 태그로부터 브로드캐스팅 신호를 수신한 후, 맵핑 테이블을 이용하여 상기 수신된 브로드캐스팅 신호의 세기에 상응하는 레인징 신호 세기를 산출하고, 상기 레인징 신호 세기가 포함된 ACK 신호를 상기 태그로 전송하는 앵커를 포함하고,
    상기 태그는 상기 앵커로부터 ACK 신호를 수신한 후, 상기 ACK 신호에 포함된 레인징 신호 세기로 상기 앵커와 SDS-TWR(Symmetric Double Sided Two Way Ranging) 방식의 레인징을 수행하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위치 인식 시스템은 3개 이상의 앵커를 포함하며, 상기 태그는 상기 3개 이상의 앵커에 대해 각각 서로 다른 레인징 신호 세기로 레인징을 수행하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  5. 태그의 출력 신호 세기를 조절하는 위치 인식 시스템에 사용되는 앵커로서,
    상기 태그로부터 소정의 신호 세기로 송출된 브로드캐스팅 신호를 수신하는 신호 수신부;
    상기 브로드캐스팅 신호의 세기를 측정하는 수신 신호 세기 측정부;
    맵핑 테이블을 이용하여 상기 측정된 브로드캐스팅 신호의 세기에 상응하는 레인징 신호 세기를 산출하는 레인징 신호 세기 산출부; 및
    상기 레인징 신호 세기가 포함된 ACK 신호를 상기 태그로 전송하는 신호 송신부를 포함하고,
    상기 앵커는, 상기 태그가 상기 ACK 신호에 포함된 레인징 신호 세기로 레인징을 시도하면, 상기 태그와 SDS-TWR(Symmetric Double Sided Two Way Ranging) 방식의 레인징을 수행하는 것을 특징으로 하는 앵커.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 맵핑 테이블은 상기 브로드캐스팅 신호의 세기가 상대적으로 크면 상기 레인징 신호 세기는 상대적으로 작도록 구성되는 것을 특징으로 하는 앵커.
  8. 삭제
  9. 태그의 출력 신호 세기를 조절하는 방법으로서,
    a) 태그가 소정의 신호 세기로 브로드캐스팅 신호를 전송하는 단계;
    b) 앵커가 상기 브로드캐스팅 신호의 세기를 측정한 후, 맵핑 테이블을 이용하여 상기 브로드캐스팅 신호의 세기에 상응하는 레인징 신호 세기를 산출하고, 상기 레인징 신호 세기가 포함된 ACK 신호를 상기 태그로 전송하는 단계; 및
    c) 상기 태그가 상기 ACK 신호에 포함된 레인징 신호 세기로 상기 앵커와 SDS-TWR(Symmetric Double Sided Two Way Ranging) 방식의 레인징을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 태그의 출력 신호 세기를 조절하는 방법으로서,
    a) 태그로부터 소정의 신호 세기로 송출된 브로드캐스팅 신호를 수신하는 단계;
    b) 상기 수신된 브로드캐스팅 신호의 세기를 측정하는 단계;
    c) 맵핑 테이블을 이용하여 상기 측정된 브로드캐스팅 신호의 세기에 상응하는 레인징 신호 세기를 산출하는 단계;
    d) 상기 산출된 레인징 신호 세기가 포함된 ACK 신호를 상기 태그로 전송하는 단계; 및
    e) 상기 태그가 상기 ACK 신호에 포함된 레인징 신호 세기로 레인징을 시도하면, 상기 태그와 SDS-TWR(Symmetric Double Sided Two Way Ranging) 방식의 레인징을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 삭제
  14. 제9항 또는 제12항에 있어서,
    상기 맵핑 테이블은 상기 브로드캐스팅 신호의 세기가 상대적으로 크면 상기 레인징 신호 세기는 상대적으로 작도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 삭제
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