KR101121907B1 - 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 방법은, 복수의 리더에 각각 설치된 복수의 지향성 안테나를 통해 태그로부터 송출되는 정보를 수신하는 단계; 복수의 지향성 안테나를 통해 입사된 신호의 세기를 이용하여 복수의 리더에 의해 태그의 방향성을 1차적으로 추적하는 한편 태그에 관한 정보와, 신호 세기 정보 및 리더 자신의 정보를 제어부로 전송하는 단계; 리더로부터 전송된 태그에 관한 정보를 제어부에 의해 수신하여 분석하고, 분석 결과를 바탕으로 태그의 위치를 계산 및 2차 추적하는 단계; 및 리더에 의한 1차 추적 결과와 제어부에 의한 2차 추적 결과를 바탕으로 제어부에 의해 최종 추적 결과를 채택하는 단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 태그로부터의 송출 신호를 수신하는 복수의 리더에 지향성 안테나를 각각 설치하고, 그 지향성 안테나를 통해 입사된 신호의 세기를 이용하여 태그의 방향을 1차적으로 추적한 후, TDOA 방식을 이용하여 태그의 위치를 2차적으로 추적함으로써 위치 추적의 정확도를 한층 높일 수 있다.

Description

지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템 및 방법{Real time locating system and method using directional antennas}
본 발명은 실시간 위치추적 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 지향성 안테나를 통해 입사된 신호의 세기를 이용하여 태그의 방향을 1차적으로 추적한 후, TDOA 방식을 이용하여 태그의 위치를 2차적으로 파악함으로써 위치 추적의 정확도를 한층 높일 수 있는 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현재, 이동통신 시스템에서는 단말기의 실제 위치를 추적하여 E-911과 같은 재난 시에 구조를 위한 위치 기반 서비스가 각광을 받고 있으며, 미국 및 여러 국가에서는 각종 이동통신 장비의 요구사항에 이를 위한 기능을 필수적으로 탑재할 것을 추가적으로 명시하고 있다. 특히, 전파 환경이 열악한 장소에서 저가로 통신 지역 확대를 위한 방식 중의 하나인 중계기 도입에 관한 건이 최근 미국 시장에서도 본격적으로 고려되고 있으며, 따라서, 중계기에 의한 위치 왜곡 현상을 해결하는 방식에 관한 연구가 중요한 현안으로 대두하고 있다.
종래의 단말기 위치 추적 기술로는 GPS 수신기를 단말기 내에 장착하여 사용자의 위치를 추적하는 단말기 기반의 위치 추적기술과, 역방향 링크 상에서 3개 이상의 수신기와 하나의 송신기(순방향 링크에서는 3개 이상의 송신기와 하나의 수신기)를 이용하여 송신기의 위치를 추적하는 네트워크 기반의 위치 추적기술, 그리고 위의 두 가지 방식을 혼합하여 사용하는 하이브리드(Hybrid) 방식인 SnapTrack(현재 Qualcom)의 지피에스원(GPSone) 방식으로 분류된다.
단말기 기반의 위치 추적기술은 신호원과 수신기 사이의 전파도달 시간 (time of arrival)을 측정하여 수신기와 신호원 사이의 거리를 알게 되는 측위 방식으로, 3개 이상의 GPS(Global Positioning System) 위성에서 송신된 신호의 소요 시간 및 GPS 송신기의 정확한 위치 등을 이용하여 각 GPS 위성까지의 거리를 계산하여 수신기의 위도 및 경도를 찾게 된다. 이러한 GPS 위성을 이용한 단말기의 위치 추적방식은 단말기가 3개 이상의 GPS 위성 신호를 구별하여 수신할 수 있어야 하고, 정확한 동기화가 필수적이며, 신호가 언제 출발했는지를 알기 위해 시각 표시를 해야 한다. 또한, 위성들로부터 수신된 데이터를 실시간으로 처리해야 하는 등 상당히 복잡한 수신 장치와 연산 장치들을 필요로 하는 단점이 있다.
네트워크 기반의 위치 추적기술은 다수의 기지국에서 수신된 신호의 상대적인 시간 또는 신호의 도래각에 의한 사용자의 위치를 추적하는 기지국 중심의 위치 추적 방식으로 TOA(Time of Arrival) 방식, TDOA(Time Difference of Arrival) 방식과 AOA(Angle of Arrival) 방식이 있다.
TOA 방식은 단말기와 기지국 간의 전파 지연시간을 측정하여 거리를 구하는 방식으로 다수의 기지국에서 측정된 거리로부터 각 기지국을 중심으로 한 원들이 겹치는 점을 구하여 단말기의 위치를 결정한다.
TDOA 방식은 서로 다른 곳에서 송신한 신호의 도달 시간차를 이용하여 위치를 결정하는 방식으로 다수의 기지국에서 단말기까지 거리의 차에 비례하는 전파 도달 시간 차가 측정되고, 마주하는 두 개의 기지국에서 거리 차가 일정한 곳, 즉 두 개의 기지국을 초점으로 하는 쌍곡선을 두 개 이상 그리게 되며, 이러한 쌍곡선이 겹치는 지역을 선택함으로써 단말기의 위치를 결정할 수 있다. TDOA 방식의 위치 측정은 일반적으로 상호 상관 방법을 사용하여 상관 값이 가장 클 때의 시간차를 이용하여 삼각 측량법에 의해 단말기의 위치를 결정한다.
AOA 방식은 신호원에서 수신기로부터 보내온 신호의 도래각을 측정하여 위치를 결정하는 측위 방식이다. 도심지역에서와 같이 페이딩(fading) 환경에서는 실제 의 가시선(line of sight) 신호의 경로가 다중경로 성분에 의해서 방해될 수 있다.이러한 경우에 AOA 방식은 신호의 세기가 제일 강한 다중경로 성분방향으로 결정이 되므로 그에 따른 위치 측정오차가 발생하며, 또한 가시선 신호 성분이 있다고 할지라도 다중 경로는 각도의 측정을 간섭하는 방해 요인으로 작용한다. 따라서, AOA의 작은 변화에도 기지국(base station)과 이동국(mobile station)의 거리가 멀수록 측정 거리 오차가 커지는 단점이 있다.
하이브리드 방식의 위치 추적기술은 GPS 방식의 정확성을 반영하면서 GPS 방식의 최대 단점인 음영지역 문제를 기존의 네트워크 방식의 TDOA 기법을 사용하여 보완하도록 고려된 알고리즘으로 두 가지 방식의 위치 추적시스템의 장점을 최대한 살린 우수한 위치 추적기술이다. 하지만, 이 방식은 다양한 중계기를 사용하고 있는 이동통신 시스템에서 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.
즉, 중계기는 일반적으로 전파 환경이 열악한 장소에 설치된다. 따라서, GPS신호의 수신이 용이하지 않을 수 있으며, 중계기의 실제 위치와 안테나의 위치에 따라 최대 수 km의 편차가 존재한다. 이러한 경우에 전파지연에 의해 중계기의 셀(cell) 내에서 서비스되는 단말기의 위치 추적에 큰 오차가 발생한다.
최근 RFID(Radio Frequency IDentification)에 대한 관심과 투자 및 기술 개발이 증가하고 있다. 특히, 자체적인 내부 배터리 및 송신 장치를 내장하고 있는 능동형 RFID는 장거리의 데이터 전송이 가능해 환경감시, 군용, 의료 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 현재 이러한 능동형 RFID 응용의 하나로 태그(tag)가 부착되어 있는 대상의 위치를 실시간으로 확인할 수 있는 실시간 위치 추적 시스템 (Real Time Locating Systems, RTLS)이 새로이 부각되고 있다.
도 1은 종래 실시간 위치추적 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 실시간 위치추적 시스템(대한민국 등록특허공보 등록번호:10-0864939 참조)에 있어서, 태그(110)는 부착되어 있는 각각의 대상을 구별하기 위해 고유 ID를 가지고 있고 일정한 주기로 자신의 정보를 주위로 송출하고 리더(120)로부터 전송된 명령을 분석하여 실행한다.
리더(120)는 태그(110), 싱크(sink)(130) 및 다른 리더와의 무선 통신 기능을 구비하여 상기 구성요소들 사이의 통신을 중계한다. 이러한 리더(120)도 또한 각기 고유 ID를 가지고 있어서 다른 리더와 구별이 되고, 일정한 간격으로 설치되어 있으며, 자신의 위치에 대한 정보를 보유하고 있다. 리더(120)는 태그(110)가 송출하는 정보를 받았을 때 태그(110)의 정보, 신호 세기 정보(수신신호 강도), 리더(120) 자신의 정보를 싱크(130)로 전송해 주고, 싱크(130)로부터 정보를 받았을 때는 이를 태그(110)로 전송한다.
싱크(130)는 리더(120)와 서버(140) 사이에서 중계 역할을 하는 또 다른 리더로서 기능을 한다. 싱크(130)는 고유 ID를 가지고 있어서 다른 싱크(130) 및 리더 (120)와 구별이 되고 하나 이상의 리더(120)와 통신할 수 있는 곳에 설치되어 있으며, 자신의 위치에 대한 정보를 보유하고 있다. 싱크(130)는 리더(120)로부터 정보를 받으면, 이를 서버(140)로 전송하고, 서버(140)로부터 정보를 받으면 이를 리더 (120)로 전송한다. 싱크(130)는 리더(120)와 무선으로 통신하며, 서버(140)와는 시리얼 또는 이더넷 등의 유선으로 통신하며 경우에 따라 무선 통신도 가능하다.
서버(140)는 충분한 계산능력을 갖춘 소형 컴퓨터(또는 소프트웨어 애플리케이션)로서, 사용자의 명령을 입력받아 싱크(130)를 통해 리더(120)에 명령을 전송하거나, 리더(120)를 통해 싱크(130)로부터 받은 태그(110)에 관한 정보를 분석하여 태그(110)의 위치를 계산 및 저장, 추적하고, 결과 정보를 직접 또는 클라이언트(150)를 통해, 예를 들면 그래픽과 같은 방법으로 디스플레이하는 기능을 수행한다.
그런데, 이상과 같은 RTLS를 기반으로 한 종래 이동통신 단말기의 실시간 위치 추적 시스템은 주로 TDOA 방식을 사용하고 있다. 따라서, 서로 다른 곳에서 송신한 신호의 도달 시간차 만을 가지고 위치를 추적하게 되는바, 이때 여러 가지 전파 지연 요소 등으로 인해 위치 추적의 정확도를 높이는데 있어서 한계가 있다. 또한, 다수의 리더 중 하나의 리더만 오동작을 일으켜도 위치 추적 에러(error)율이 상당히 높게 나타난다는 것이 하나의 문제점으로 지적되고 있다.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 지향성 안테나를 통해 입사된 신호의 세기를 이용하여 태그(tag)의 방향을 1차적으로 추적한 후, TDOA 방식을 이용하여 태그의 위치를 2차적으로 추적함으로써 위치 추적의 정확도를 한층 높일 수 있는 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템은,
위치추적 대상 물체에 각각 부착되는 것으로, 각각의 대상 물체를 구별하기 위해 고유 ID를 각각 가지며, 미리 설정된 주기로 자신의 정보를 주위로 송출하는 태그;
다른 리더와의 구별을 위해 각각 고유 ID를 가지고, 상호 일정한 간격으로 설치되며, 상기 태그로부터 송출된 정보를 수신하여 그 태그의 정보와, 신호 세기 정보(수신신호 강도) 및 리더 자신의 정보를 상위 계층으로 전송하고, 상위 계층으로부터의 정보를 수신하여 상기 태그로 전송하는 복수의 리더;
상기 복수의 리더에 각각 설치되며, 상기 태그로부터의 송출 정보(전파 신호)를 수신하고, 상위 계층으로부터 상기 리더로 전송된 정보를 수신하여 전파 신호 형태로 상기 태그로 전송하는 복수의 지향성 안테나; 및
사용자에 의해 입력된 명령에 따라 상기 리더에 명령을 전송하거나, 상기 리더로부터 전송받은 상기 태그에 관한 정보를 분석하여 태그의 위치를 계산 및 추적하는 제어부를 포함하며,
상기 리더는 상기 복수의 지향성 안테나를 통해 입사된 신호 세기 정보를 이용하여 태그의 방향성을 1차적으로 추적하고, 상기 제어부는 TDOA 방식을 이용하여 태그의 위치를 2차적으로 추적하여, 상기 리더에 의한 1차 추적 결과와 상기 제어부에 의한 2차 추적 결과를 바탕으로 최종 위치 추적 결과를 채택하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 2차 추적 결과가 상기 1차 추적 결과의 범위 안에 있는 경우만 2차 추적 결과를 최종 위치 추적 결과로서 채택한다.
또한, 상기 복수의 지향성 안테나는 각각 서로 다른 방향을 지향하도록 설치된 복수의 단위 안테나의 어레이(array)로 구성된다.
또한, 상기 복수의 리더는 상기 복수의 지향성 안테나를 이용하여 태그의 방향성을 1차적으로 추적함에 있어서, 각각 자신에게 설치된 안테나 어레이의 복수의 단위 안테나를 미리 설정된 시간 간격으로 스위칭하면서, 각 단위 안테나에 의해 수신되는 신호의 크기를 서로 비교하고, 그 중에서 신호의 크기가 제일 큰 단위 안테나를 선택하여 그 해당 단위 안테나가 지향하는 방향으로 태그의 방향성을 결정하며, 이와 같은 방식으로 적어도 3개의 리더에 의해 결정된 방향들이 상호 겹치는 영역 내에 신호원(태그)이 존재하는 것으로 판단한다.
또한, 상기 제어부는 TDOA 방식을 이용하여 태그의 위치를 2차적으로 추적함에 있어서, 상기 태그로부터의 송출 신호가 각 리더에 도착한 시간들(t1,t2,t3 , ..,tn)의 차이와 전파속도를 이용하여 각 리더와 신호원(태그)이 존재할 수 있는 영역 간의 거리(각 리더로부터 신호원 존재 가능 영역까지의 반경)(d1,d2,d3 ,..,dn)를 계산하고, 상기 계산된 복수의 거리(반경) 중에서 적어도 3개의 반경 곡선이 교차하는 지점을 태그의 위치로 판단한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 방법은,
태그, 복수의 리더, 복수의 지향성 안테나 및 제어부를 구비하는 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템을 기반으로 한 실시간 위치추적 방법으로서,
a) 상기 복수의 리더에 각각 설치된 복수의 지향성 안테나를 통해 상기 태그로부터 송출되는 정보(전파 신호)를 수신하는 단계;
b) 상기 복수의 지향성 안테나를 통해 입사된 신호의 세기를 이용하여 상기 복수의 리더에 의해 상기 태그의 방향성을 1차적으로 추적하는 한편 상기 태그에 관한 정보와, 신호 세기 정보 및 리더 자신의 정보를 상기 제어부로 전송하는 단계;
c) 상기 리더로부터 전송된 태그에 관한 정보를 상기 제어부에 의해 수신하여 분석하고, 분석 결과를 바탕으로 태그의 위치를 계산 및 2차 추적하는 단계; 및
d) 상기 리더에 의한 1차 추적 결과와 상기 제어부에 의한 2차 추적 결과를 바탕으로 상기 제어부에 의해 최종 추적 결과를 채택하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 단계 d)는,
d-1) 상기 제어부에 의해 상기 2차 추적 결과가 상기 1차 추적 결과의 범위 안에 있는지 판별하는 단계;
d-2) 상기 판별에서, 상기 2차 추적 결과가 상기 1차 추적 결과의 범위 안에 없으면, 위치 추적을 실패로 처리하고 재추적을 실행하는 단계; 및
d-3) 상기 판별에서, 상기 2차 추적 결과가 상기 1차 추적 결과의 범위 안에 있으면, 2차 추적 결과를 최종 위치 추적 결과로서 채택하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 단계 b)에서 상기 복수의 리더에 의해 상기 태그의 방향성을 1차적으로 추적함에 있어서, 상기 복수의 리더는 각각 자신에게 설치된 안테나 어레이의 복수의 단위 안테나를 미리 설정된 시간 간격으로 스위칭하면서, 각 단위 안테나에 의해 수신되는 신호의 크기를 서로 비교하고, 그 중에서 신호의 크기가 제일 큰 단위 안테나를 선택하여 그 해당 단위 안테나가 지향하는 방향으로 태그의 방향성을 결정하며, 이와 같은 방식으로 적어도 3개의 리더에 의해 결정된 방향들이 상호 겹치는 영역 내에 신호원(태그)이 존재하는 것으로 판단한다.
또한, 상기 단계 c)에서 상기 제어부에 의한 태그의 위치 계산 및 2차 추적은, 상기 태그로부터의 송출 신호가 각 리더에 도착한 시간들(t1,t2,t3 ,..,tn)의 차이와 전파속도를 이용하여 각 리더와 신호원(태그)이 존재할 수 있는 영역 간의 거리(각 리더로부터 신호원 존재 가능 영역까지의 반경)(d1,d2,d3 ,..,dn)를 계산하고, 상기 계산된 복수의 거리(반경) 중에서 적어도 3개의 반경 곡선이 교차하는 지점을 태그의 위치로 판단한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 태그로부터의 송출 신호를 수신하는 복수의 리더에 지향성 안테나를 각각 설치하고, 그 지향성 안테나를 통해 입사된 신호의 세기를 이용하여 태그(tag)의 방향을 1차적으로 추적한 후, TDOA 방식을 이용하여 태그의 위치를 2차적으로 추적함으로써 위치 추적의 정확도를 한층 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 실시간 위치추적 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 방법의 실행과정을 보여주는 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 방법에 있어서, 지향성 안테나를 이용한 태그의 1차 위치 추적 과정을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 방법에 있어서, TDOA 방식을 이용한 태그의 2차 위치 추적 과정을 보여주는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템은 태그(210), 복수의 리더(220a～220d), 복수의 지향성 안테나(230a～230d), 제어부(240)를 포함한다.
상기 태그(210)는 위치추적 대상 물체에 각각 부착되는 것으로, 각각의 대상 물체를 구별하기 위해 고유 ID를 각각 가지며, 미리 설정된 주기로 자신의 정보를 주위로 송출한다. 여기서, 이와 같은 태그(210)는 하드웨어 부분과 소프트웨어 부분을 가지며, 하드웨어 부분은 기본적으로 연산을 수행하는 프로세서와 무선 통신을 위한 RF칩을 포함하는 RF 모듈로 구성되고, 소프트웨어 부분은 무선 프로토콜과 응용 프로그램으로 구성된다.
상기 복수의 리더(220a～220d)는 다른 리더와의 구별을 위해 각각 고유 ID를 가지고, 상호 일정한 간격으로 설치되며, 상기 태그(210)로부터 송출된 정보를 수신하여 그 태그의 정보와, 신호 세기 정보(수신신호 강도) 및 리더 자신의 정보를 상위 계층(여기서는 제어부(240))으로 전송하고, 상위 계층으로부터의 정보를 수신하여 상기 태그(210)로 전송한다. 이와 같은 복수의 리더(220a～220d)도 하드웨어와 소프트웨어를 가지며, 하드웨어는 프로세서와 RF 모듈을 포함하고, 소프트웨어는 무선 프로토콜과 응용 프로그램을 포함한다. 또한, 이와 같은 리더(220a～220d)는 RTLS 시스템의 사양에 맞추어 적절한 사양의 능동형 RFID 디바이스로 설계될 수 있다.
상기 복수의 지향성 안테나(230a～230d)는 상기 복수의 리더(220a～220d)에 각각 설치되며, 상기 태그(210)로부터의 송출 정보(전파 신호)를 수신하고, 상위 계층(즉, 제어부(240))으로부터 상기 리더(220a～220d)로 전송된 정보를 수신하여 전파 신호 형태로 상기 태그(210)로 전송한다. 이와 같은 지향성 안테나로는 야기 안테나(Yagi antenna)가 사용될 수 있다.
상기 제어부(240)는 사용자의 명령을 입력받아 상기 리더(220a～220d)에 명령을 전송하거나, 상기 리더(220a～220d)로부터 전송받은 상기 태그(210)에 관한 정보를 분석하여 태그(210)의 위치를 계산 및 추적한다. 여기서, 이와 같은 제어부(240)는 CPU로서의 기능을 수행하는 것으로서, 일반 범용 마이크로프로세서나 개인용 PC 등이 사용될 수 있다. 또한, 제어부(240)와 리더(220a～220d) 간의 신호(정보) 송수신이 본 도 2에는 유선 통신 방식에 의해 이루어지는 것으로 도시되어 있으나, 이와 같이 반드시 유선 통신 방식으로 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 무선 통신 방식에 의해 이루어지도록 구성될 수도 있다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 지향성 안테나를 이용한 위치추적 시스템에 있어서, 상기 리더(220a～220d)는 상기 복수의 지향성 안테나(230a～230d)를 통해 입사된 신호 세기 정보(수신신호 강도)를 이용하여 태그(210)의 방향성을 1차적으로 추적하고, 상기 제어부(240)는 TDOA 방식을 이용하여 태그(210)의 위치를 2차적으로 추적하여, 상기 리더(220a～220d)에 의한 1차 추적 결과와 상기 제어부(240)에 의한 2차 추적 결과를 바탕으로 최종 위치 추적 결과를 채택한다.
여기서, 상기 2차 추적 결과가 1차 추적 결과의 범위 안에 있는 경우만 최종위치 추적 결과로서 채택한다.
또한, 상기 복수의 지향성 안테나(230a～230d)는 각각 서로 다른 방향을 지향하도록 설치된 복수의 단위 안테나의 어레이(array)로 구성된다.
또한, 상기 복수의 리더(220a～220d)는 상기 복수의 지향성 안테나(230a～230d)를 이용하여 태그(210)의 방향성을 1차적으로 추적함에 있어서, 각각 자신에게 설치된 안테나 어레이의 복수의 단위 안테나를 미리 설정된 시간 간격으로 스위칭하면서, 각 단위 안테나에 의해 수신되는 신호의 크기를 서로 비교하고, 그 중에서 신호의 크기가 제일 큰 단위 안테나를 선택하여 그 해당 단위 안테나가 지향하는 방향으로 태그(210)의 방향성을 결정하며, 이와 같은 방식으로 적어도 3개의 리더에 의해 결정된 방향들이 상호 겹치는 영역 내에 신호원(태그)이 존재하는 것으로 판단한다(도 4 참조).
또한, 상기 제어부(240)는 TDOA 방식을 이용하여 태그(210)의 위치를 2차적으로 추적함에 있어서, 상기 태그(210)로부터의 송출 신호가 각 리더(220a～220d)에 도착한 시간들(t1,t2,t3,..,tn)의 차이와 전파 속도를 이용하여 각 리더(220a～220d)와 신호원(태그)이 존재할 수 있는 영역 간의 거리(각 리더로부터 신호원 존재 가능 영역까지의 반경)(d1,d2,d3 ,..,dn)를 계산하고, 상기 계산된 복수의 거리(반경) 중에서 적어도 3개의 반경 곡선이 교차하는 지점을 태그(210)의 위치로 판단한다. 이상의 기술내용에 대해서는 뒤에서 다시 설명된다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템을 기반으로 한 실시간 위치추적 방법에 대하여 설명해 보기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 방법의 실행과정을 보여주는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 방법은, 태그(210), 복수의 리더(220a～220d), 복수의 지향성 안테나(230a～230d) 및 제어부(240)를 구비하는 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템을 기반으로 한 실시간 위치추적 방법으로서, 먼저 상기 복수의 리더(220a～220d)에 각각 설치된 복수의 지향성 안테나(230a～230d)를 통해 상기 태그(210)로부터 송출되는 정보(전파 신호)를 수신한다(단계 S301).
그런 후, 상기 복수의 지향성 안테나(230a～230d)를 통해 입사된 신호의 세기를 이용하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 리더(220a～220d)에 의해 상기 태그(210)의 방향성을 1차적으로 추적하는 한편, 상기 태그(210)에 관한 정보와, 신호 세기 정보 및 리더 자신의 정보를 상기 제어부(240)로 전송한다(단계 S302).
그런 다음, 상기 리더(220a～220d)로부터 전송된 태그(210)에 관한 정보를 상기 제어부(240)에 의해 수신하여 분석하고, 분석 결과를 바탕으로 태그(210)의 위치를 계산 및 2차 추적한다(단계 S303).
그리고, 상기 리더(220a～220d)에 의한 1차 추적 결과와 상기 제어부(240)에 의한 2차 추적 결과를 바탕으로 상기 제어부(240)에 의해 최종 추적 결과를 채택한다. 여기서, 이에 대해 조금 더 상세히 설명해 보기로 한다.
먼저, 상기 제어부(240)에 의해 상기 2차 추적 결과가 상기 1차 추적 결과의 범위 안에 있는지 판별한다(단계 S304).
상기 판별에서, 상기 2차 추적 결과가 상기 1차 추적 결과의 범위 안에 없으면, 위치 추적을 실패로 처리하고 재추적을 실행한다(단계 S305).
그리고, 상기 판별에서, 상기 2차 추적 결과가 상기 1차 추적 결과의 범위 안에 있으면, 2차 추적 결과를 최종 위치 추적 결과로서 채택한다(단계 S306).
여기서, 상기 단계 S302에서 상기 복수의 리더(220a～220d)에 의해 상기 태그(210)의 방향성을 1차적으로 추적함에 있어서, 상기 복수의 리더(220a～220d)는 각각 자신에게 설치된 안테나 어레이의 복수의 단위 안테나를 미리 설정된 시간 간격으로 스위칭하면서, 각 단위 안테나에 의해 수신되는 신호의 크기를 서로 비교하고, 그 중에서 신호의 크기가 제일 큰 단위 안테나를 선택하여 그 해당 단위 안테나가 지향하는 방향으로 태그의 방향성을 결정하며, 이와 같은 방식으로 적어도 3개의 리더에 의해 결정된 방향들이 상호 겹치는 영역 내에 신호원(태그)이 존재하는 것으로 판단한다.
또한, 상기 단계 S303에서 상기 제어부(240)에 의한 태그(210)의 위치 계산 및 2차 추적은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 태그(210)로부터의 송출 신호가 각 리더에 도착한 시간들(t1,t2,t3,..,tn)의 차이와 전파속도를 이용하여 각 리더 (220a～220d)와 신호원(태그(210))이 존재할 수 있는 영역 간의 거리(각 리더(220a～220d)로부터 신호원 존재 가능 영역까지의 반경)(d1,d2,d3 ,..,dn)를 계산하고, 상기 계산된 복수의 거리(반경)(d1,d2,d3 ,..,dn) 중에서 적어도 3개의 반경(예를 들면, d2, d3, d4) 곡선이 교차하는 지점을 태그(210)의 위치로 판단한다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템 및 방법은 태그로부터의 송출 신호를 수신하는 복수의 리더에 지향성 안테나를 각각 설치하고, 그 지향성 안테나를 통해 입사된 신호의 세기를 이용하여 태그(tag)의 방향을 1차적으로 추적한 후, TDOA 방식을 이용하여 태그의 위치를 2차적으로 추적함으로써 위치 추적의 정확도를 한층 높일 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110, 210...태그 120,220a～220d...리더
130...싱크 140...서버
150...클라이언트
230a～230d...지향성 안테나 240...제어부

Claims (9)

  1. 위치추적 대상 물체에 부착되는 태그;
    상호 일정한 간격으로 설치되고, 상기 태그로부터 수신된 신호의 신호 세기 정보를 이용하여 상기 태그의 방향성을 1차 추적하는 복수의 리더;
    상기 복수의 리더에 각각 설치되어 상기 태그로부터 송출되는 정보를 수신하고, 서로 다른 방향을 지향하는 복수의 단위 안테나의 어레이로 구성되는 복수의 지향성 안테나; 및
    상기 리더로부터 전송받은 상기 태그에 관한 정보를 분석하여 TDOA(Time Difference of Arrival) 방식에 따라 상기 태그의 위치를 2차 추적하고, 상기 리더에 의한 1차 추적 결과와 TDOA 방식에 따른 2차 추적 결과를 바탕으로 최종 위치 추적 결과를 채택하는 제어부를 포함하고,
    상기 복수의 리더 각각은, 상기 태그의 방향성을 1차 추적함에 있어서, 상기 복수의 단위 안테나를 미리 설정된 시간 간격으로 스위칭하면서, 수신된 신호의 크기가 가장 큰 단위 안테나를 선택하여, 선택된 단위 안테나가 지향하는 방향으로 상기 태그의 방향성을 결정하고, 이와 같은 방식으로 적어도 3개의 리더에 의해 결정된 방향들이 상호 겹치는 영역 내에 신호원이 존재하는 것으로 판단하는, 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2차 추적 결과가 상기 1차 추적 결과의 범위 안에 있는 경우만 2차 추적 결과를 최종 위치 추적 결과로서 채택하는, 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 TDOA 방식을 이용하여 태그의 위치를 2차적으로 추적함에 있어서, 상기 태그로부터의 송출 신호가 각 리더에 도착한 시간들(t1,t2,t3,..,tn)의 차이와 전파속도를 이용하여 각 리더와 신호원이 존재할 수 있는 영역 간의 거리(각 리더로부터 신호원 존재 가능 영역까지의 반경)(d1,d2,d3 ,..,dn)를 계산하고, 상기 계산된 복수의 거리(반경) 중에서 적어도 3개의 반경 곡선이 교차하는 지점을 태그의 위치로 판단하는, 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템.
  6. 태그, 복수의 리더, 복수의 지향성 안테나 및 제어부를 구비하는 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 시스템을 기반으로 한 실시간 위치추적 방법으로서,
    a) 상기 복수의 리더에 각각 설치된 복수의 지향성 안테나를 통해 상기 태그로부터 송출되는 정보를 수신하는 단계;
    b) 상기 복수의 리더가 상기 복수의 지향성 안테나를 통해 수신된 신호의 세기를 이용하여 상기 태그의 방향성을 1차 추적하는 단계;
    c) 상기 제어부가 상기 리더로부터 전송받은 상기 태그에 관한 정보를 분석하여 상기 태그의 위치를 계산 및 2차 추적하는 단계; 및
    d) 상기 제어부가 상기 리더에 의한 1차 추적 결과와 상기 제어부에 의한 2차 추적 결과를 바탕으로 최종 추적 결과를 채택하는 단계를 포함하고,
    상기 b)단계에서, 상기 태그의 방향성을 1차 추적함에 있어서, 상기 복수의 리더 각각은 상기 지향성 안테나를 구성하는 복수의 단위 안테나를 미리 설정된 시간 간격으로 스위칭하면서, 수신된 신호의 크기가 가장 큰 단위 안테나를 선택하여, 선택된 단위 안테나가 지향하는 방향으로 상기 태그의 방향성을 결정하고, 이와 같은 방식으로 적어도 3개의 리더에 의해 결정된 방향들이 상호 겹치는 영역 내에 신호원이 존재하는 것으로 판단하는, 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단계 d)는,
    d-1) 상기 제어부에 의해 상기 2차 추적 결과가 상기 1차 추적 결과의 범위 안에 있는지 판별하는 단계;
    d-2) 상기 판별에서, 상기 2차 추적 결과가 상기 1차 추적 결과의 범위 안에 없으면, 위치 추적을 실패로 처리하고 재추적을 실행하는 단계; 및
    d-3) 상기 판별에서, 상기 2차 추적 결과가 상기 1차 추적 결과의 범위 안에 있으면, 2차 추적 결과를 최종 위치 추적 결과로서 채택하는 단계를 포함하는 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 방법.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 단계 c)에서 상기 제어부에 의한 태그의 위치 계산 및 2차 추적은, 상기 태그로부터의 송출 신호가 각 리더에 도착한 시간들(t1,t2,t3,..,tn)의 차이와 전파속도를 이용하여 각 리더와 신호원이 존재할 수 있는 영역 간의 거리(각 리더로부터 신호원 존재 가능 영역까지의 반경)(d1,d2,d3 ,..,dn)를 계산하고, 상기 계산된 복수의 거리(반경) 중에서 적어도 3개의 반경 곡선이 교차하는 지점을 태그의 위치로 판단하는 지향성 안테나를 이용한 실시간 위치추적 방법.
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