KR101257071B1 - 소출력 ｗｐａｎ／ｗｂａｎ 센서 위치추적 장치 및 방법 - Google Patents

소출력 ｗｐａｎ／ｗｂａｎ 센서 위치추적 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서 네트워크에서 소출력 WPAN/WBAN 센서의 위치추적을 위한 위치추적 장치 및 방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 위치추적 장치는 센서 네트워크 내에서 자신의 위치를 알고 있는 복수의 앵커 노드와 상기 자신의 위치를 모르는 적어도 하나의 센서 노드로부터 각각 인접한 노드의 거리 정보를 수집하고, 수집된 상기 인접 노드의 거리정보에 기초하여 상기 앵커 노드에 대한 최단 경로를 각각 계산하며, 위치를 알고 있는 제1 그룹의 노드와 위치를 모르는 제2 그룹의 노드를 각각 분류하여 상기 앵커 노드를 기준으로 상기 제2 그룹에서 상기 제1 그룹에 인접한 순으로 상기 센서 노드를 선정하고 순차적으로 위치 파악한다.
이로써, 본 발명에 다르면 센서 노드가 무작위로 조밀하게 분포하는 센서 네트워크에서 소수의 앵커 노드로 센서 노드의 위치를 낮은 복잡도로 구현하여 저전력으로 빠르고 정확하게 센서 노드의 위치를 추적하는 효과를 얻을 수 있다.
소출력, WPAN/WBAN, 센서 노드, 앵커 노드

Description

소출력 ＷＰＡＮ／ＷＢＡＮ 센서 위치추적 장치 및 방법{POSITION TRACKING APPARATUS AND METHOD FOR A LOW POWER WPAN/WBAN DEVICE}
본 발명은 위치추적 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소수의 앵커 노드를 갖는 네트워크에서 센서 노드의 위치를 용이하게 추적할 수 있도록 하는 위치추적 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-050-01, 과제명: WBAN In-body 시스템 및 On-body 시스템 개발].
무선 개인 영역 네트워크(Wireless Personal Area Network. 이하, "WPAN"이라 약칭함)/무선 인체 영역 네트워크(Wireless Body Area Network. 이하, "WBAN"이라 약칭함)는 저전력, 저가, 소형의 장치들로 구성되는 무선 센서 네트워크의 일종을 의미한다. WPAN/WBAN 센서는 소출력으로 비교적 짧은 통신거리를 갖는 장치이며 센서 노드의 정보를 다른 노드로 전달할 때 자신의 인접 노드로 전달하고 인접 노드는 다시 자신의 인접 노드에 전달하는 홉투홉(hop-to-hop) 방식으로 통신할 수 있도록 한다.
한편, 이러한 센서 네트워크에서 센서 노드의 위치를 추적하는 방법에는 두 노드간 거리 측정방법과 각도 측정방법이 있으며 거리측정 방법에는 신호 세기 측정(Received Signal Strength Indication, RSSI) 측정 방법과 도래시간(Time Of Arrival, 이하, "TOA"라 약칭함)측정 방법(예; 미국공개특허 2004-0235499, Ranging and positioning system, Ranging and positioning method, and radio communication apparatus) 등이 있다.
센서 노드의 위치계산은 위치를 추적하고자 하는 임의의 센서 노드와 앵커 노드간의 거리정보를 이용하여 삼각측량법으로 센서의 위치를 계산한다. 센서 네트워크는 센서 노드들이 이동하거나 새로 추가되는 등 네트워크 토폴로지 변화가 많아서 미리 충분한 수의 앵커 노드를 설치하는 것은 비효율적인 경우가 많다. 이 경우 센서 노드와 앵커 노드가 직접 통신(1홉)을 하지 못하고 멀티홉으로 통신해야 한다. 즉, 앵커 노드와 임의의 센서 노드간 거리를 직접 측정할 수 없어 멀티홉으로 측정해야만 한다.
그런데, 멀티홉으로 측정된 거리는 앵커 노드와 센서 노드간의 공간적 배치에 따라 많은 차이가 있어 이 거리를 이용하여 삼각측량법을 이용하여 위치를 추정하는 경우 많은 위치오차가 발생하는 문제점이 있다.
한편, 이러한 문제점을 개선하기 위하여 (Multidimensional scaling, MDS)를 이용하는 방법(예: 미국공개특허 2005-0080924 A1, Node localization in communication networks) 등이 개시되어 있으나 이러한 방법은
Figure 112009019168255-pat00001
의 시간 복잡도를 가지므로 위치를 결정하는데 많은 시간과 전력이 요구되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 센서에서 센서 노드의 위치를 인식하기 위한 낮은 계산 복잡도로 위치를 계산하여 빠르고 정확하게 센서 노드의 위치를 추적할 수 있도록 하는 위치 위치추적시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 소출력 WPAN/WBAN 센서 위치추적 장치는,
센서 네트워크 내에서 고정되어 위치를 알고 있는 복수의 앵커 노드와 위치를 모르는 적어도 하나의 상기 센서 노드로부터 각각 인접한 노드의 거리 정보를 수집하여 취합하는 측정 거리 수집부; 상기 수집된 인접 노드의 거리정보에 기초하여 상기 앵커 노드까지의 최단 경로를 각각 계산하고, 상기 앵커 노드에 대한 최단경로 및 최단거리를 갖는 센서 노드를 부모 노드로 선정하여 관리하는 최단거리 산출부; 각 노드를 위치파악 여부에 따라 위치를 알고 있는 제1 그룹--상기 앵커 노드는 상기 제1 그룹에 포함됨--과 위치를 모르는 제2 그룹으로 각각 분리하는 그룹 분리부; 및 상기 제2 그룹에서 상기 제1 그룹의 노드에 가장 인접한 제1 센서 노드를 선택하여 그의 상기 부모 노드를 찾고, 상기 제1 센서의 앵커 노드에 대한 최단경로의 거리 정보(측정치)에 상기 제1 센서 노드의 부모 노드의 추정위치와 앵커 노드에 대한 최단경로 거리 정보를 반영하여 보정하는 제어부를 포함하되, 상기 제 어부는 상기 보정된 최단경로 거리 정보에 삼각측량법을 적용하여 상기 제1 센서 노드의 위치를 파악하는 제어부를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 센서 네트워크에서의 위치추적 장치가 WPAN/WBAN 센서 노드의 위치를 추적하는 방법은,
a) 위치를 알고 있는 복수의 앵커 노드와 위치를 모르는 적어도 하나의 상기 센서 노드로부터 각각 인접한 노드의 거리 정보를 수집하여 취합하는 단계; b) 상기 수집된 인접 노드의 거리정보에 기초하여 상기 앵커 노드까지의 최단 경로를 각각 계산하고, 상기 앵커 노드에 대한 최단경로 및 최단거리를 갖는 센서 노드를 부모 노드로 선정하여 관리하는 단계; c) 각 노드를 위치파악 여부에 따라 위치를 알고 있는 제1 그룹--상기 앵커 노드는 상기 제1 그룹에 포함됨--과 위치를 모르는 제2 그룹으로 각각 분리하는 단계; d) 상기 제2 그룹에서 상기 제1 그룹의 노드에 인접한 제1 센서 노드를 선택하여 그의 상기 부모 노드를 찾고, 상기 제1 센서의 앵커 노드에 대한 최단경로의 거리 정보(측정치)에 상기 제1 센서 노드의 부모 노드의 추정위치와 앵커 노드에 대한 최단경로 거리 정보를 반영하여 보정하는 단계; 및 e) 상기 보정된 최단경로 거리 정보에 삼각측량법을 적용하여 상기 제1 센서 노드의 위치를 파악하는 단계를 포함한다.
전술한 구성에 의하여 본 발명의 실시 예에 따르면 센서 노드가 무작위로 조밀하게 분포하는 센서 네트워크에서 소수의 앵커 노드로 센서 노드의 위치를 낮은 복잡도로 구현하여 저전력으로 빠르고 정확하게 추적하는 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 센서 노드가 무작위로 조밀하게 분포된 센서 네트워크에서 소수의 앵커 노드를 통해 센서의 위치를 간단히 계산하여 센서 노드의 위치추적을 용이하게 하는 효과가 있다.
특히, 각 앵커 노드에 대한 최단 경로를 구하고 각 앵커 노드와 가장 가까운 센서 노드부터 하나씩 순차적으로 추가하면서 위치를 계산하여 복잡도를 줄이고, 저전력으로 빠르고 정확하게 센서 노드의 위치를 추적하는 효과가 있다.
나아가, 본 발명의 실시 예에 따르면, 화염이 많은 실내 소방관의 위치 파악이나 공항 및 백화점 등에 일시적으로 센서를 배치하여 위험물질이나 오염물을 탐지할 수 있으며, 산악과 같이 앵커 노드(10)를 설치하기 곤란한 지역에 센서 노드를 배치하는 경우 및 인체내 다수의 소출력 이식 장치(implantor)의 위치 파악 등에 활용할 수 있는 효과가 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 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 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 소출력 ＷＰＡＮ/ＷＢＡＮ 센서 위치추적 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
아래 설명에서 본 발명의 위치추적 장치 및 방법의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 위치를 추적하는 위치추적 장치를 개략적으로 나타낸 네트워크 구성도이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 장치는 센서 네트워크(Sensor Network)에서 센서의 위치 정보를 파악하는 시스템으로 위치를 추정하기 위하여 2차원 평면인 경우 적어도 3개의 앵커 노드(10), 다수의 센서 노드(20)들과 위치추적 장치(100)를 포함한다. 또한, 이에 한정되지 않고 3차원 공간인 경우 적어도 4개의 앵커 노드(10)를 포함할 수 있다.
앵커 노드(Anchor Node)(10)는 자신의 위치를 알고 있는 고정 노드로서 센서 노드(20)의 위치를 계산할 때의 기준점이 된다. 앵커 노드(10)의 위치는 GPS(Global positioning system)를 이용하거나 인위적으로 설정할 수 있으며, 설치 후 자신의 위치를 설정하여 앵커 노드(10)로서의 기능을 수행할 수 있다. 일반적으로 앵커 노드(10)는 사용 에너지에 대한 제한이 적은 구조를 갖는 것이 바람직하다.
센서 노드(Sensor Node)(20)는 다양한 환경 혹은 물리계에서 센싱된 정보 또는 센서에 관련된 특정 이벤트를 무선 통신기술을 기반으로 하여 전달하며, 센서, 프로세서 및 통신소자로 구성되는 무선 노드이다.
센서 노드(20)는 하나의 네트워크에 다수의 앵커 노드(10)들이 존재할 수 있으며 고정된 위치에 있거나 이동성을 갖는다. 앵커 노드(10)는 일반적으로 사용할 수 있는 에너지가 제한되어 저전력으로 운용되고 앵커 노드(10) 및 이웃한 센서 노드(20)들과 연관되어 홉투홉(hop-to-hop)으로 통신한다.
이러한, 센서 노드(20) 및 앵커 노드(10)는 각각 이웃한 인접 노드의 거리를 측정하여 위치추적 장치(100)로 전달하는 역할을 한다.
위치추적 장치(100)는 주변의 위치정보와 앵커 노드(10)의 위치정보, 앵커 노드(10)와 인접한 센서 노드(20) 그리고, 상기 센서 노드(20)와 인접한 다른 센서 노드(10')들 간의 거리 정보를 관리하며, 주기적 혹은 비주기적으로 센서 노드(20)의 위치를 추적하는 기능을 갖는다.
이를 위해, 위치추적 장치(100)는 측정 거리 수집부(110), 최단거리 산출부(120), 그룹 분리부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
측정 거리 수집부(110)는 앵커 노드(10) 및 센서 노드(20)로부터 각각 인접한 노드간의 측정된 거리 정보를 수집하여 취합하는 역할을 한다.
최단거리 산출부(120)는 상기 취합된 인접 노드간 거리 정보를 토대로 각 센서 노드(20)로부터 앵커 노드(10)까지의 최단경로를 찾고 최단경로의 거리를 계산한다. 이 때, 최단거리 산출부(120)는 앵커 노드(10)와 가장 가까운 최단경로 및 최단거리를 갖는 인접 노드를 "부모 노드"로 관리한다.
그룹 분리부(130)는 다수의 센서 노드(20)중 위치를 알고 있는 그룹(이하, "Gu"라 칭함)과 위치를 모르는 그룹(이하, "Gk"이라 칭함)으로 분리하는 역할을 한다. 즉, 상기 Gu 그룹은 센서 노드의 위치가 파악된 그룹을 의미하며, 상기 Gk 그룹은 센서 노드의 위치가 파악되지 않은 그룹을 의미한다.
제어부(140)는 상기 Gk 그룹에서 상기 Gu 그룹과 인접한(가장 가까운) 하나의 센서 노드(20)를 선택하고, 선택된 센서 노드(20)의 앵커 노드(10)에 대한 최단경로의 거리를 해당 센서 노드(20)의 부모 노드의 추정위치와 앵커 노드(10)에 대한 최단경로 거리를 반영하여 보정한다. 그리고, 제어부(140)는 상기 보정된 거리를 삼각측량법에 적용하여 센서 노드(20)의 위치를 계산한다.
제어부(140)는 상기 Gu 그룹의 모든 센서 노드의 위치 추정을 완료할 때까지 상기 최단거리의 보정 및 위치계산 과정을 반복적으로 수행한다.
한편, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드의 위치를 결정하기 위한 삼각측량법을 나타낸 예시도이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 센서 네트워크는 3개의 앵커 노드(제1, 제2, 제3 앵커 노드)와 2개의 센서 노드(ni, nj)를 포함한다. 여기서, 위치를 결정하고자 하는 센서 노드 ni는 제1 앵커 노드 및 제2 앵커 노드와 직접 통신거리에 있고 제3 앵커 노드와는 nj를 경유하여 2홉(hop)으로 연결되는 것으로 가정한다.
이 때, 제1 앵커 노드와 센서 노드 ni와 거리
Figure 112012054339551-pat00002
, 제2 앵커 노드와 노드 ni와 거리
Figure 112012054339551-pat00003
는 직접 측정가능하며 측정된 거리를 각각
Figure 112012054339551-pat00004
와
Figure 112012054339551-pat00005
라고 한다. 제3 앵커 노드와 ni와 거리
Figure 112012054339551-pat00006
는 직접 측정할 수 없으며, 제3 앵커 노드와 센서 노드 nj 간 거리
Figure 112012054339551-pat00007
와 센서 노드 nj와 센서 노드 ni와 거리
Figure 112012054339551-pat00008
를 이용하여 추정할 수 있다.
그리고, 센서 노드 ni의 위치는 3개의 앵커 노드들의 위치와 3개의 거리 정보를 이용하여 삼각측량법으로 계산한다. 여기서, 제3 앵커 노드와 센서 노드 ni와 거리
Figure 112009019168255-pat00009
는 다음의 수학식 1과 같이
Figure 112009019168255-pat00010
혹은
Figure 112009019168255-pat00011
보다 크고 그 두 개의 합보다 같거나 작다.
Figure 112009019168255-pat00012
수학식 1로부터
Figure 112009019168255-pat00013
의 추정치
Figure 112009019168255-pat00014
는
Figure 112009019168255-pat00015
와 같거나 작으며 추정 치의 오차에 따라 센서 노드 ni의 추정위치에 오차가 발생되므로 앵커 노드와의 거리를 정확하게 추정하는 것이 요구된다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드의 위치추정 방법을 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 장치(100)는 센서 노드(20)의 위치를 주기적 혹은 비주기적으로 추정하기 위하여 먼저 각 센서 노드(20)에서 측정된 인접 노드 거리 측정 데이터를 취합한다(S301). 상기 거리 측정은 두 노드간 TOA를 측정하고 전파속도를 고려하여 계산할 수 있다.
위치추적 장치(100)는 상기 취합된 인접 노드 거리정보로부터 각각의 앵커 노드(10)에 대한 최단경로와 상기 최단경로 거리를 계산한다(S302). 여기서, 상기 최단경로 거리는 센서 노드(20)에서 앵커 노드(10)까지의 최단경로를 따라 두 노드 간 거리 합으로 계산한다.
위치추적 장치(100)는 센서 노드(20)들을 위치가 파악된 Gk그룹과 위치가 파악되지 않은 Guk그룹으로 각각 분리하여 그룹화한다(S303). 초기 단계에서 앵커 노드(10)는 Gk그룹에 센서 노드(20)는 Guk그룹에 포함된다. 위치추적 장치(100)는 상기 그룹을 분류할 때 앵커 노드(10)를 기준으로 하는 세부 그룹으로 분류하고 분류된 세부그룹 단위로 위치를 계산하여 계산 복잡도를 줄일 수 있다. 상기 세부 그룹은 도 1에서와 같이 2차원 평면인 경우 적어도 3개의 앵커 노드 및 두개의 센서 노드를 포함하여야 한다.
다음, 위치추적 장치(100)는 Gk 그룹과 Guk 그룹간 가장 가까운(인접한) 센서 노드 u를 선정하고, 상기 센서 노드 u에 해당하는 부모 노드 p를 찾는다(S304).
그리고, 위치추적 장치(100)는 부모 노드 p의 추정위치와 p의 앵커 노드(10)에 대한 최단경로의 거리 측정치를 고려하여 센서 노드 u의 앵커 노드(10)에 대한 최단경로 거리 측정치를 보정한다(S305).
이어서, 위치추적 장치(100)는 보정된 거리정보와 앵커 노드(10)의 위치정보로부터 삼각측량법을 이용하여 센서 노드 u의 위치를 추정한다(S306).
위치추적 장치(100)는 Guk 그룹에서 위치추적을 해야 할 센서 노드(20)가 존재하는 지 여부를 확인하여 존재하지 않으면(S307, 예) 종료하고, 더 존재하면(S307, 아니오) 상기 S304 내지 S307 단계를 반복한다.
즉, 위치추적 장치(100)는 모든 센서 노드(20)의 위치를 추정하기 위하여 Guk그룹이 0이 될 때까지 Gk그룹 가장 가까운 노드를 찾아 최단경로 거리를 보정하여 위치를 계산하는 과정을 반복 수행한다.
한편, 도 4를 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 두 개의 그룹 Gk와 Guk간 가장 가까운 노드를 찾기 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 두 그룹간 인접 노드를 찾는 방법을 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 장치(100)는 Guk그룹의 임의의 센서 노드 ni의 인접 노드 nj가 Gk 그룹에 속해있는지 확인하고, 상기 Gk 그룹에 속해있는 경우
Figure 112012054339551-pat00016
가 최소가 되는 센서 노드를 찾고 그 센서 노드를 노드 u라고 한다(S401). 즉, 센서 노드 u를 Guk 그룹에서 삭제하고 Gk 그룹에 포함시킨다(S402).
그리고, 상기 도 3의 S302 단계에서 계산된 최단경로로부터 상기 센서 노드 u의 부모 노드를 알 수 있으며 이를 노드 p라고 한다(S403).
이와 같이 하나의 앵커에 대한 최단경로 계산은 최단경로(Dijkstra) 알고리즘 등 검증된 방법을 사용할 수 있다. 임의의 그래프 G=(V,E)에서 V를 노드 수, E를 인접 노드 수라고 하면 하나의 앵커에 대한 최단경로 계산은
Figure 112009019168255-pat00017
의 복잡도를 갖는다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드 u의 위치보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드 u의 앵커에 대한 최단거리를 자신의 부모 노드 p의 위치와 최단거리 정보로부터 보정하는 과정을 나타낸다.
위치추적 장치(100)는 상기 도 4에서 추정된 부모 노드의 위치로부터 노드 p의 추정위치와 앵커 노드(10)간 거리
Figure 112009019168255-pat00018
,
Figure 112009019168255-pat00019
,
Figure 112009019168255-pat00020
를 각각 계산하고(S501, S502), 앵커 노드(10)에 대한 최단경로 측정거리
Figure 112009019168255-pat00021
,
Figure 112009019168255-pat00022
,
Figure 112009019168255-pat00023
으로부터 노 드u의 최단경로에 대한 측정거리
Figure 112009019168255-pat00024
,
Figure 112009019168255-pat00025
,
Figure 112009019168255-pat00026
를 부모 노드 p의 위치를 고려하여 보정하는 것은 다음의 수학식 2와 같다.
Figure 112009019168255-pat00027
즉, 위치추적 장치(100)는 부모 노드 p 의 추정위치와 앵커 노드(10)간의 거리 계산치와 해당 노드의 최단경로 거리 측정치를 고려하여 상기 수학식 2와 같이 센서 노드 u의 앵커 노드(10)에 대한 최단경로 거리를 보정할 수 있다(S503).
한편, 도 6은 본 발명의 실시 에에 따른 Guk 그룹에서 Gk 그룹으로 변경되는 과정을 나타낸다.
첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 장치(100)가 센서 네트워크의 센서 노드(20)들의 위치를 파악함에 따라 Guk 그룹에서 Gk 그룹으로 센서 노드(20)들이 변화하는 되는 것을 보여준다.
본 발명의 실시 예에 따른 센서 네트워크는 3개의 앵커 노드(10)와 5개의 센서 노드(20)를 갖는 경우를 가정한다.
먼저, 도 6 의 (a)는 초기상태로서 사각형(■)으로 표시된 Gk 그룹에는 앵커 노드가 포함되었고, 원(○)으로 표시된 Guk 그룹에는 다수의 센서 노드가 포함된 경우를 나타낸다. (b)는 Guk 그룹에 속한 노드 중에서 Gk 그룹에 포함된 앵커 노드(■)와 가장 가까운 센서 노드(●)가 Gk 그룹에 포함된 것을 나타낸다. 그리고, (c) 내지 (f)는 상기 (b)와 같이 Guk 그룹에서 하나씩 Gk 그룹으로 포함시켜 모든 센서 노드(20)가 Gk 그룹에 포함된 경우로서 이는 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 장치(100)가 모든 센서 노드(20)의 위치를 계산한 것을 의미한다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 오차를 보인 모의실험 결과를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 앵커 노드(10)까지 최단경로 거리를 보정하지 않고 추정한 위치오차와 최단경로 거리를 보정하여 추정한 위치오차에 대하여 매틀립(MATLAB)으로 시뮬레이션 한 결과를 그래프로 보여준다.
시뮬레이션 환경은 100m x 100m인 평면을 가정하고 4개의 가장 자리[((0,0), (100,0), (0,100), (100,100))에 앵커 노드(10)를 각각 배치하였다. 센서 노드(20)는 상기 평면상에 무작위로 배치하되 40개에서 200개까지 20개씩 변경하여 실험하였다. 또한 앵커 노드(10)와 앵커 노드(10)의 통신거리(커버리지)는 30m 이하로 가정하였다.
시뮬레이션 결과 센서 노드(20)의 수가 40개인 경우에는 최소 인접 노드 수는 4개이며, 이때 최단경로 거리를 보정하지 않고 위치를 추정한 STP 방법의 경우 위치 추정오차가 74m, 본 발명과 같이 거리를 보정하고 추정한 경우에는 43m 거리 오차를 각각 보이고 있다. 또한, 센서 노드(20)의 수가 200개인 경우 STP 방법의 경우 1.4m, 본 발명에 따른 경우 1.1m 의 거리 오차를 각각 보임으로써 두 방법 모두 디바이스(센서 노드)가 조밀하게 분포하고 있으면 보다 정확한 위치를 추정할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 센서 노드(20)가 무작위로 조밀하게 분포된 센서 네트워크에서 소수의 앵커 노드를 통해 센서의 위치를 간단히 계산하여 센서 네트워크의 위치추적을 용이하게 하는 효과가 있다.
특히, 각 앵커 노드에 대한 최단 경로를 구하고, 각 앵커 노드와 가장 가까운 센서 노드부터 하나씩 순차적으로 추가하면서 위치를 계산하여 복잡도를 줄이고, 소수의 앵커 노드(10)를 갖는 공간에서도 센서간 거리 정보를 이용해 센서 노드(20)의 위치추적을 용이하게 하는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.
예컨대, 도 1에 도시한 본 발명의 실시 예에서는 적어도 3개의 앵커 노드와 2개의 센서 노드를 포함하는 2차원 평면을 예로 설명하였으나 이에 한정되지 않고, 적어도 하나의 앵커 노드(10)를 더 포함할 수 있다. 그래서, 건물 내부와 같은 3차원 공간에의 센서 노드(20)에 대한 위치추적을 용이하게 하는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 화염이 많은 실내 소방관의 위치 파악이나 공항 및 백화점 등에 일시적으로 센서를 배치하여 위험물질이나 오염물을 탐지 하거나 산악과 같이 앵커 노드(10)를 설치하기 곤란한 지역에 센서 노드(20)를 배치하는 경우, 인체내 다수의 소출력 이식 장치(implantor)의 위치 파악 등에 활용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 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 센서의 위치를 추적하는 위치추적 장치를 개략적으로 나타낸 네트워크 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드의 위치를 결정하기 위한 삼각측량법을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드의 위치추정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 두 그룹간 인접 노드를 찾는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드 u의 위치보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 에에 따른 Guk 그룹에서 Gk 그룹으로 변경되는 과정을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 오차를 보인 모의실험 결과를 나타낸 그래프이다.

Claims (10)

  1. 센서 네트워크 내에서 고정되어 위치를 알고 있는 복수의 앵커 노드와 위치를 모르는 적어도 하나의 센서 노드로부터 각각 인접한 노드의 거리 정보를 수집하여 취합하는 측정 거리 수집부;
    상기 수집된 인접 노드의 거리 정보에 기초하여 각 센서 노드로부터 상기 앵커 노드까지의 최단 경로를 각각 계산하고, 각 센서 노드마다 상기 앵커 노드에 대한 최단경로 및 최단거리를 갖는 센서 노드를 부모 노드로 선정하여 관리하는 최단거리 산출부;
    각 노드를 위치파악 여부에 따라 위치를 알고 있는 제1 그룹--상기 앵커 노드는 상기 제1 그룹에 포함됨--과 위치를 모르는 제2 그룹으로 각각 분리하는 그룹 분리부; 및
    상기 수집된 인접 노드의 거리 정보를 참조로 상기 제2 그룹에서 상기 제1 그룹의 노드에 가장 인접한 제1 센서 노드를 선택하여 그의 부모 노드를 찾고, 상기 제1 센서 노드의 부모 노드의 추정위치와 상기 부모 노드의 앵커 노드에 대한 최단경로 거리 정보를 반영하여 상기 제1 센서 노드의 앵커 노드에 대한 최단경로의 거리 정보를 보정하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 보정된 제1 센서 노드의 앵커 노드에 대한 최단경로의 거리 정보에 삼각측량법을 적용하여 상기 제1 센서 노드의 위치를 파악하는 제어부
    를 포함하는 위치추적 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 보정된 제1 센서 노드의 앵커 노드에 대한 최단경로의 거리 정보로부터 상기 제2 그룹의 제n 센서 노드의 위치를 계산하여 순차적으로 위치를 파악하는 것을 특징으로 하는 위치추적 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서 노드의 위치가 파악되면 상기 제2 그룹에서 제거하고, 상기 제1 그룹에 포함시키는 위치추적 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 최단거리 산출부는,
    상기 센서 노드로부터 상기 앵커 노드까지의 상기 최단경로를 따라 적어도 두 노드 간 거리의 합으로 최단경로 거리 정보를 계산하는 위치추적 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 그룹 분리부는,
    상기 제1 그룹 및 상기 제2 그룹 분류시 각각의 상기 앵커 노드를 기준으로 하는 세부 그룹으로 분류하고,
    상기 제어부는 상기 세부 그룹 단위로 독립적으로 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치추적 장치.
  6. 삭제
  7. 센서 네트워크에서의 위치추적 장치가 WPAN/WBAN 센서 노드의 위치를 추적하는 방법에 있어서,
    a) 위치를 알고 있는 복수의 앵커 노드와 위치를 모르는 적어도 하나의 상기 센서 노드로부터 각각 인접한 노드의 거리 정보를 수집하여 취합하는 단계;
    b) 상기 수집된 인접 노드의 거리 정보에 기초하여 각 센서 노드로부터 상기 앵커 노드까지의 최단 경로를 각각 계산하고, 각 센서 노드마다 상기 앵커 노드에 대한 최단경로 및 최단거리를 갖는 센서 노드를 부모 노드로 선정하여 관리하는 단계;
    c) 각 노드를 위치파악 여부에 따라 위치를 알고 있는 제1 그룹--상기 앵커 노드는 상기 제1 그룹에 포함됨--과 위치를 모르는 제2 그룹으로 각각 분리하는 단계;
    d) 상기 수집된 인접 노드의 거리 정보를 참조로 상기 제2 그룹의 노드 중에서 상기 제1 그룹의 노드에 인접한 제1 센서 노드를 선택하여 그의 부모 노드를 찾고, 상기 제1 센서 노드의 부모 노드의 추정위치와 상기 부모 노드의 앵커 노드에 대한 최단경로 거리 정보를 반영하여 상기 제1 센서의 앵커 노드에 대한 최단경로의 거리 정보를 보정하는 단계; 및
    e) 상기 보정된 제1 센서 노드의 앵커 노드에 대한 최단경로의 거리 정보에 삼각측량법을 적용하여 상기 제1 센서 노드의 위치를 파악하는 단계
    를 포함하는 위치추적 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 e) 단계 이후에,
    상기 보정된 제1 센서 노드의 상기 앵커 노드에 대한 최단경로의 거리 정보로부터 상기 제2 그룹의 제n 센서 노드의 위치를 계산하여 순차적으로 위치를 파악하는 단계를 더 포함하는 위치추적 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    2차원 평면인 경우 적어도 3개의 상기 앵커 노드를 기준으로 하는 세부그룹으로 분리하거나, 혹은
    3차원 평면인 경우 적어도 4개의 상기 앵커 노드를 기준으로 하는 세부그룹으로 분리하는 것을 특징으로 하는 위치추적 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 e) 단계는,
    상기 센서 노드의 위치가 파악되면 상기 제2 그룹에서 제거하고 상기 제1 그룹에 포함시키는 단계를 포함하는 위치추적 방법.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101234177B1 (ko) * 2011-09-30 2013-02-19 고려대학교 산학협력단 사용자 단말의 위치 측정 방법
KR101901183B1 (ko) 2011-12-19 2018-09-27 삼성전자주식회사 저전력 무선 통신 장치 및 방법
KR101904745B1 (ko) * 2012-01-26 2018-11-21 삼성전자주식회사 적어도 하나의 보조 허브를 포함하는 무선 신체 영역 네트워크(ｗｂａｎ)에서 통신하는 주 허브, 보조 허브, 센서 노드 및 그 통신 방법
KR101350389B1 (ko) * 2012-11-30 2014-01-16 숭실대학교산학협력단 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법 및 그 장치
KR102019755B1 (ko) * 2015-11-23 2019-09-11 한국전자통신연구원 작업자 위치 추적 시스템 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020122003A1 (en) * 2001-01-05 2002-09-05 Patwari Neal K. Method and apparatus for location estimation
US20030222820A1 (en) * 1996-09-09 2003-12-04 Tracbeam Llc Wireless location using hybrid techniques
JP2005184727A (ja) * 2003-12-24 2005-07-07 Hitachi Ltd 無線通信システム、無線ノード、無線通信システムの構築方法及びノードの位置測定方法
KR20070074400A (ko) * 2006-01-09 2007-07-12 삼성전자주식회사 무선 센서 네트워크에서의 노드 위치 정보 재설정 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030222820A1 (en) * 1996-09-09 2003-12-04 Tracbeam Llc Wireless location using hybrid techniques
US20020122003A1 (en) * 2001-01-05 2002-09-05 Patwari Neal K. Method and apparatus for location estimation
JP2005184727A (ja) * 2003-12-24 2005-07-07 Hitachi Ltd 無線通信システム、無線ノード、無線通信システムの構築方法及びノードの位置測定方法
KR20070074400A (ko) * 2006-01-09 2007-07-12 삼성전자주식회사 무선 센서 네트워크에서의 노드 위치 정보 재설정 방법

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