KR101176215B1 - 무선측위용 액세스포인트 배치 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선측위용 액세스포인트 배치 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 수치지도 상에 액세스포인트를 배치한 후 그리드 포인트 별로 각 액세스포인트로부터 수신되는 신호의 신호세기를 산출하고, 산출된 각 그리드 포인트 별 신호세기를 이용하여 그리드 포인트 별 정확도 희석치 및 위치오차를 산출한다. 그리고, 수치지도 상의 전체 그리드 포인트 대비 정확도 희석치가 설정된 임계값 이하인 그리드 포인트의 비율 및 위치오차가 설정된 임계값 이하인 그리드 포인트의 비율을 토대로 현재 배치된 액세스포인트의 재배치 여부를 결정한다.

액세스포인트(access point), 측위, 실내, 수치지도, 그리드 포인트(grid point)

Description

무선측위용 액세스포인트 배치 장치 및 그 방법{Apparatus and method for access point arrangement in wireless location}

본 발명은 무선측위용 액세스포인트 배치 장치 및 방법에 그 관한 것이다. 특히, 실내 무선측위용 액세스포인트 배치 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-F-040-02, 과제명: 실내외 연속측위 기술개발].

일반적으로, 텔레매틱스(Telematics)/위치기반서비스(Local Based Service, LBS)용 항법시스템은 범지구위치결정시스템(Global Position System, GPS)과 같은 위성기반 위치확인 시스템용 수신기를 이용하여 구성된다. 예를 들어, GPS 수신기를 통해 획득된 차량의 위치정보를 사용하여 길안내 및 주위 정보 제공 등의 서비스를 제공하고 있다. 한편, 이러한 GPS 수신기는 실내, 터널, 지하주차장, 도심지역 등에서 미약한 위성신호로 인해 위치정보를 제공하지 못하는 문제점을 갖고 있다.

이에 따라, 실내에서의 다양한 위치기반 서비스를 제공하기 위해 실내 측위 기술들이 활발히 연구되고 있으며, 이 중에서도 무선랜(Wireless Local Area Network, WLAN), 초광대역(Ultra Wide Band, UWB), 첩 스펙트럼 확산(Chirp Spread Spectrum, CSS), 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 무선통신장치를 이용한 무선측위 기법들이 많이 연구되고 있다. 이러한 무선측위 기법들은 실외에서 GPS 위성을 이용하여 측위를 수행하는 방법과 유사한 방법으로 실내에서 무선통신용 액세스포인트(Access Point, 이하 'AP'라 칭함)를 위성처럼 사용하여 측위를 수행한다. 이를 위해서는 AP를 무선통신을 위해서뿐만 아니라 측위 시에도 유리하도록 배치하는 것이 중요하다.

그러나, 기존에 설치된 AP는 측위를 고려하지 않고 무선통신만을 고려하여 배치되었다. 따라서, 기존에 설치된 AP를 이용하여 측위를 수행하기 위해서는 측위에 유리하도록 AP를 배치할 필요가 있다. 그렇지 않고 AP를 적당히 배치하고 측위를 수행하는 경우 위치 별 측위 정확도를 추측하기 어려우며 실 시험을 통해 AP를 배치하는데 많은 시간과 어려움이 뒤따른다. 이에 따라, 종래에는 시뮬레이션 기반으로 AP를 배치하는 방법들이 제안되었다. 그러나, 이러한 방법들은 주로 AP 커버리지(coverage) 위주로 AP를 배치하는 방법이 사용되고 있으며, 측위를 위한 AP 배치를 위한 기준을 마련하지 못한 상황이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제로 실내 무선측위를 위해 효율적으로 AP를 배치하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 무선측위용 액세스포인트 배치 장치는,

수치지도 상의 그리드 포인트 별로 하나 이상의 액세스포인트로부터 수신되는 신호의 신호세기를 산출하는 신호세기 계산부; 상기 그리드 포인트 별로 산출된 신호세기를 이용하여 상기 그리드 포인트 별 정확도 희석치를 산출하고, 상기 수치지도 상의 전체 그리드 포인트 대비 상기 정확도 희석치가 제1 임계값 이하인 그리드 포인트의 제1 비율을 산출하는 정확도 희석치 비교부; 및 상기 제1 비율이 제2 임계값 이하이면 상기 수치지도 상에서 상기 하나 이상의 액세스포인트를 재배치하는 배치부를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 무선측위를 위해 액세스포인트를 배치하는 방법은,

수치지도 상에 하나 이상의 액세스포인트를 배치하는 단계; 상기 수치지도 상의 그리드 포인트 별로 발생 가능한 위치오차를 산출하는 단계; 상기 수치지도 상의 전체 그리드 포인트 대비 상기 위치오차가 제1 임계값 이하인 그리드 포인트의 제1 비율을 산출하는 단계; 및 상기 제1 비율이 제2 임계값 이하이면 상기 수치지도 상에서 상기 하나 이상의 액세스포인트를 재배치하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 실내 무선측위용 AP의 최적 배치를 찾기 위해 각 그리드 포인트의 정확도 희석치 및 위치오차를 이용하는 방법을 제시함으로써 AP 배치의 기준을 마련하고, 시뮬레이션 기반으로 AP 배치를 결정함으로써 AP 배치를 위한 시간 및 인력의 소모를 줄이는 효과가 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이제 아래에서는 본 발명의 실시 예에 따른 무선측위용 AP 배치 장치 및 그 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선측위용 AP 배치 장치를 도시한 구조도이다.

도 1을 보면, AP 배치 장치(100)는 신호세기 계산부(101), 정확도 희석치(Dilution of Precision, 이하 'DOP'라 칭함) 비교부(102), 위치오차 계산 부(103), 위치오차 비교부(104) 및 배치부(105)를 포함한다.

신호세기 계산부(101)는 수치지도 상에 배치된 각 AP의 신호세기를 수치지도 상의 그리드 포인트(Grid Point, 이하 'GP'라 칭함) 별로 계산한다. 즉, AP 상에서 송출된 신호가 각 GP에서 수신되는 경우의 신호세기를 계산한다. 이를 위해서는, 수치지도와 각 AP 및 GP의 위치좌표, 그리고 전파감쇠모델이 사용된다.

여기서, 수치지도는 파일 형태로 저장/읽기/쓰기가 가능해야 하며, 각 AP의 위치좌표(수평위치좌표, 수직위치좌표)의 설정이 가능해야 한다. 또한, 각 GP는 수치지도 상에 일정한 간격의 격자 형태로 설정된 포인트로서 수치지도 상의 격자의 교점 위치에 설정된다. 한편, 특정 AP에서 송출된 신호는 실내 공간에서 벽, 가구 등에 의하여 감쇠가 이루어져 각 GP에서는 감쇠된 신호가 수신된다. 이러한 신호의 감쇠는 레이 트레이싱(Ray-tracing) 등의 전파감쇠모델을 사용하여 추정이 가능하다. 따라서, GP 별 각 AP로부터 수신된 신호세기는 전파감쇠모델을 이용하여 추정이 가능하다.

DOP 비교부(102)는 신호세기 계산부(101)에서 산출된 각 GP 별 신호세기와 각 GP에서 신호를 수신 가능한 AP의 개수를 이용하여 다음의 수학식 1과 같이 각 GP 별로 DOP를 계산한다.

여기서, P는 GP의 위치좌표(

)이고, trace()는 행렬의 대각성분의 합을 의미한다. 또한, W는 가중치 행렬로 역거리 가중치(Inverse Distance Weight, IDW), 해당 GP에서 수신되는 각 AP의 신호세기 등의 정보를 사용하여 산출되며, 가중치를 주지 않을 경우 W는 단위행렬로 나타낼 수 있다.

또한, H는 다음의 수학식 2와 같다.

여기서, 여기서

는 i번째 AP의 위치좌표이고,

이다.

전술한 바와 같이 각 GP 별 DOP가 산출되면, DOP 비교부(102)는 각 GP 별 DOP를 해당 GP의 위치좌표와 함께 데이터베이스 형태로 저장하여 관리한다.

그리고, 각 GP의 DOP를 특정 임계값과 비교하고, 수치지도 상에서 임계값 이하의 DOP를 가지는 GP의 개수를 산출하여 전체 GP 대비 임계값 이하의 DOP를 가지는 GP의 비율(%)을 산출한다.

위치오차 계산부(103)는 측위를 수행하는 경우의 각 GP에서 발생할 수 있는 위치오차를 계산한다. 이를 위해, 위치오차 계산부(103)는 측위 수행을 위해 계산된 측정치에 오차를 포함시킨 뒤, 삼변법(Trilateration), 핑거프린트 등의 측위기법을 이용하여 측위를 수행한다. 여기서, 측정치에 포함되는 오차는 백색잡음으로 랜덤 변수와 같은 형태로 측정치에 포함된다. 위치오차 계산부(103)는 전술한 바와 같이 오차가 포함된 측정치를 이용하여 측위를 여러 번 수행한 후 최종적으로 각 GP에서 발생할 수 있는 위치오차를 계산한다. 예를 들어, 100번의 측위를 수행하여 각 GP에서 발생하는 100개의 오차를 획득한 후, 획득된 오차를 이용하여 위치오차를 확률적으로 나타낼 수 있다.

위치오차 비교부(104)는 위치오차 계산부(103)에서 획득한 GP 별 발생 가능한 위치오차를 특정 임계값과 비교하고, 수치지도 상의 전체 GP 중 임계값 이하의 위치오차를 보이는 GP의 개수를 산출하여 전체 GP 대비 임계값 이하의 위치오차를 가지는 GP의 비율(%)을 산출한다.

배치부(105)는 DOP 비교부(102)에서 산출된 전체 GP 대비 임계값 이하의 DOP를 가지는 GP의 비율(%)이 특정 임계값(Threshold1)보다 크고, 위치오차 비교부(104)에서 산출된 전체 GP 대비 임계값 이하의 위치오차를 가지는 GP의 비율(%)이 특정 임계값(Threshold2)보다 크면 현재 AP의 수치지도 상의 위치를 최종 위치로 결정한다. 반면에, 전체 GP 대비 임계값 이하의 DOP를 가지는 GP의 비율(%)이 특정 임계값(Threshold1) 이하이거나, 전체 GP 대비 임계값 이하의 위치오차를 가지는 GP의 비율(%)이 특정 임계값(Threshold2) 이하이면 수치지도 상에서 AP를 재배치한다.

다음, 도 2 내지 도 8을 토대로 본 발명의 실시 예에 따른 AP 배치 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 AP의 배치 방법을 도시한 흐름도이다. 또 한, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 AP 배치 방법을 토대로 수치지도 상에 AP를 배치한 일 예를 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 AP 배치 방법을 토대로 산출한 각 GP 별 신호세기의 일 예를 도시한 것이다. 또한, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 AP 배치 방법을 토대로 산출한 각 GP 별 신호세기를 이용하여 각 GP 별로 신호를 수신 가능한 AP의 개수의 일 예를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 AP 배치 방법을 토대로 산출된 각 GP 별 DOP의 일 예를 도시한 것이다. 또한, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 AP 배치 방법을 토대로 산출한 각 GP 별 위치오차의 일 예를 도시한 것이다.

도 2를 보면, AP 배치 장치(100)는 배치부(105)를 통해 도 3과 같이 수치지도 상에 AP(AP1 ~ AP10)를 배치한다(S101). 여기서, 수치지도 상에서 AP가 위치할 수 있는 곳은 벽, 가구 위 등이 될 수 있으며, AP 배치 장치(100)는 초기 위치에 AP를 위치시킨다. 여기서, AP의 초기 위치는 AP를 설치 가능한 위치로서, 사용자에 의해 임의로 설정될 수 있다. 한편, 배치부(105)는 각 AP를 배치한 후, 각 AP 별 위치좌표를 데이터베이스 형태로 저장하고 관리한다.

이후, AP 배치 장치(100)는 신호세기 계산부(101)를 통해 수치지도 상의 GP 별로 각 AP로부터 수신되는 신호세기를 산출한다(S102). 그리고, 이를 이용하여 각 GP 별로 신호를 수신 가능한 AP의 개수를 산출한다. 여기서, 각 GP는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 수치지도 상에 일정한 간격의 격자 형태로 설정된 포인트로서, 도 4는 각 GP 별 신호세기(Receive Strength Signal, RSS)의 일 예를 색으로 표현한 것이고, 도 5는 각 GP 별로 신호를 수신 가능한 AP의 개수의 일 예를 색으 로 표현한 것이다.

다시, 도 2를 보면, 이후, AP 배치 장치(100)는 DOP 비교부(102)를 통해 GP 별 신호세기 및 GP 별 수신 가능한 AP의 개수를 이용하여 각 GP 별로 DOP를 산출하고, 위치오차 계산부(103)를 통해 각 GP 별로 발생 가능한 위치오차를 산출한다(S103). 도 6은 GP 별 신호세기 및 GP 별 수신 가능한 AP의 개수를 이용하여 산출된 각 GP 별 DOP의 일 예를 색으로 표현한 것이고, 도 7은 GP 별로 발생 가능한 위치오차의 일 예를 색으로 표현한 것이다.

다시, 도 2를 보면, 각 GP 별로 DOP 및 위치오차를 산출한 AP 배치 장치(100)는 DOP 비교부(102) 및 위치오차 비교부(104)를 통해 수치지도 상에 표기된 전체 GP 대비 DOP가 설정된 임계값(x1) 이하인 GP의 비율(y1) 및 위치오차가 설정된 임계값(x2) 이하인 GP의 비율(y2)을 각각 산출한다(S104). 그리고, 전체 GP 대비 DOP가 임계값(x1) 이하인 GP의 비율(y1) 및 위상오차가 임계값(x2) 이하인 GP의 비율(y2)을 설정된 임계값(Th1, Th2)들과 각각 비교한다(S106).

비교 결과, 전체 GP 대비 DOP가 임계값(x1) 이하인 GP의 비율(y1)이 설정된 임계값(Th1)보다 크고 전체 GP 대비 위치오차가 임계값(x2) 이하인 GP의 비율(y2)이 설정된 임계값(Th2)보다 크면, 현재 AP의 배치가 측위에 적합하다고 판단하고 수치지도 상에서의 AP의 배치를 현재 위치로 결정한다(S107).

반면에, 전체 GP 대비 DOP가 임계값(x1) 이하인 GP의 비율(y1)이 설정된 임계값(Th1) 이하이거나, 전체 GP 대비 위치오차가 임계값(x2) 이하인 GP의 비율(y2)이 설정된 임계값(Th2) 이하이면, 현재 AP의 배치가 측위에 적합하지 않다고 판단 하여 AP의 재배치를 결정하고(S108), 전술한 AP 배치과정(S102 내지 S105)를 반복해서 수행한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 AP 배치 방법을 토대로 수치지도 상에서 AP를 재배치한 일 예를 도시한 것이다.

도 8에서는, 화살표를 이용하여 AP의 재배치를 표기하였다. 한편, 본 발명의 실시 예에서는 AP가 재배치되는 경우를 예로 들어 설명하나, 본 발명은 필요에 따라서 수치지도 상에 새롭게 AP를 추가하거나, 배치된 AP를 삭제하는 것 또한 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선측위용 AP 배치 장치를 도시한 구조도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 AP의 배치 방법을 도시한 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 AP 배치 방법을 토대로 수치지도 상에 AP를 배치한 일 예를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 AP 배치 방법을 토대로 산출한 각 GP 별 신호세기의 일 예를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 AP 배치 방법을 토대로 산출한 각 GP 별 신호세기를 이용하여 각 GP 별로 신호를 수신 가능한 AP의 개수의 일 예를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 AP 배치 방법을 토대로 산출된 각 GP 별 DOP의 일 예를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 AP 배치 방법을 토대로 산출한 각 GP 별 위치오차의 일 예를 도시한 것이다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 AP 배치 방법을 토대로 수치지도 상에서 AP를 재배치한 일 예를 도시한 것이다.

Claims (11)

1. 무선측위용 액세스포인트 배치 장치에 있어서,

   수치지도 상의 그리드 포인트 별로 하나 이상의 액세스포인트로부터 수신되는 신호의 신호세기를 산출하는 신호세기 계산부;

   상기 그리드 포인트 별로 발생 가능한 위치오차를 산출하는 위치오차 계산부;

   상기 전체 그리드 포인트 대비 상기 위치오차가 제1 임계값 이하인 그리드 포인트의 제1 비율을 산출하는 위치오차 비교부; 및

   상기 제1 비율이 제2 임계값 이하이면 상기 수치지도 상에서 상기 하나 이상의 액세스포인트를 재배치하는 배치부

   를 포함하는 배치 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 그리드 포인트 별로 산출된 신호세기를 이용하여 상기 그리드 포인트 별 정확도 희석치를 산출하고, 상기 수치지도 상의 전체 그리드 포인트 대비 상기 정확도 희석치가 제1 임계값 이하인 그리드 포인트의 제1 비율을 산출하는 정확도 희석치 비교부

   를 더 포함하고,

   상기 배치부는, 상기 제2 비율이 제4 임계값 이하이면 상기 수치지도 상에서 상기 하나 이상의 액세스포인트를 재배치하는 것을 특징으로 하는 배치 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 배치부는, 상기 제1 비율이 상기 제2 임계값보다 크고 상기 제2 비율이 상기 제4 임계값보다 크면, 상기 하나 이상의 액세스포인트의 현재 위치를 최종 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 배치 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 위치오차 계산부는, 오차를 포함시킨 측정치를 이용한 측위 수행을 통해 획득한 오차를 확률적으로 표현하여 상기 위치오차를 획득하는 것을 특징으로 하는 배치 장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 그리드 포인트 별로 산출된 신호세기는 상기 하나 이상의 액세스포인트의 위치좌표, 상기 그리드 포인트 별 위치좌표 및 전파감쇠모델을 토대로 추정되는 것을 특징으로 하는 배치 장치.
6. 삭제
7. 무선측위를 위해 액세스포인트를 배치하는 방법에 있어서,

   수치지도 상에 하나 이상의 액세스포인트를 배치하는 단계;

   상기 수치지도 상의 그리드 포인트 별로 발생 가능한 위치오차를 산출하는 단계;

   상기 수치지도 상의 전체 그리드 포인트 대비 상기 위치오차가 제1 임계값 이하인 그리드 포인트의 제1 비율을 산출하는 단계; 및

   상기 제1 비율이 제2 임계값 이하이면 상기 수치지도 상에서 상기 하나 이상의 액세스포인트를 재배치하는 단계

   를 포함하는 배치 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 그리드 포인트 별로 상기 하나 이상의 액세스포인트로부터 수신되는 신호의 신호세기를 산출하는 단계;

   상기 그리드 포인트 별로 산출된 신호세기를 이용하여 상기 그리드 포인트 별 정확도 희석치를 산출하는 단계;

   상기 전체 그리드 포인트 대비 상기 정확도 희석치가 제3 임계값 이하인 그리드 포인트의 제2 비율을 산출하는 단계; 및

   상기 제2 비율이 제4 임계값 이하이면 상기 수치지도 상에서 상기 하나 이상 의 액세스포인트를 재배치하는 단계

   를 더 포함하는 배치 방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 제1 비율이 상기 제2 임계값보다 크고 상기 제2 비율이 상기 제4 임계값보다 크면, 상기 하나 이상의 액세스포인트의 현재위치를 최종위치로 결정하는 단계

   를 더 포함하는 배치 방법.
10. 삭제
11. 제 9항에 있어서,

    상기 그리드 포인트 별 정확도 희석치를 산출하는 단계는,

    상기 그리드 포인트 별로 산출된 신호세기, 상기 그리드 포인트 별로 신호를 수신 가능한 액세스포인트의 개수 및 역거리 가중치를 이용하여 상기 그리드 포인트 별 정확도 희석치를 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 배치 방법.

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