KR101261416B1 - 무선랜 신호 세기를 이용한 위치 기반 서비스용 측위 시스템 - Google Patents

무선랜 신호 세기를 이용한 위치 기반 서비스용 측위 시스템 Download PDF

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Abstract

무선랜 신호세기를 이용한 위치기반 서비스용 측위 시스템이 개시된다. 측위 시스템은 특정 공간내의 복수의 위치에 대해 복수의 액세스 포인트가 측정한 신호 세기와 핑거프린트 알고리즘을 이용하여 데이터 정립을 수행하는 측위 엔진 및 상기 정립된 데이터를 기록하는 데이터베이스 서버를 포함하고, 상기 측위 엔진은 데이터 정립의 반복 누적을 통해 기록된 데이터를 최신화 및 순위화를 수행하여, 상기 데이터베이스 서버에 기록한다.

Description

무선랜 신호 세기를 이용한 위치 기반 서비스용 측위 시스템{LOCATION BASE SYSTEM USING SIGNAL INTENSITY OF WIRELESS LAN}
본 발명은 위치 기반 서비스용 측위 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 무선랜 신호 세기를 이용하여 특정 공간 내에서 높은 확률로 wifi 태그장치의 위치를 추정하고 높은 정확도의 측위를 제공하는 시스템에 관한 것이다.
모바일 디바이스의 확산에 따라 위치를 기반으로 서비스를 제공하기 위한 측위의 중요성은 점차 커지고 있으며, 대표적으로 이동통신 기지국 정보 또는 GPS를 이용한 다양한 측위 서비스가 제공되고 있다.
그러나, 이동통신 기지국 정보를 이용한 측위 서비스는 기지국의 커버리지가 너무 크기 때문에 정확도가 심하게 떨어진다.
한편, GPS를 이용한 측위 시스템은 실내 공간 등 GPS 신호가 닿을 수 없는 공간에서는 측위가 불가능하다. 즉, GPS 기술는 실내 및 고가도로 하부, 고층건물로 둘러 쌓인 도로에서 측위 불가능하다. 이동통신 기지국 정보를 일부 이용하는 AGPS 기술도 기본적으로 위성으로부터 전파 신호 수신이 요구되며, 위치보조 데이터도 이동통신사업자등에 한해 제한적으로만 접근 가능하다
최근 활발하게 보급되고 있는 무선랜 시스템을 이용한 측위 시스템도 개발되고 있지만, 일반적인 무선랜 시스템에서 신호세기를 이용한 측위 기술도 오차가 크기 때문에 LBS(위치기반서비스) 산업을 효과적으로 지원하기 미흡하다. 구체적으로, 무선랜 신호세기를 이용하는 종래의 기술은 액세스 포인트(AP)의 MAC주소 등 식별자를 통한 위치 정보를 제공하므로 AP의 전파 통달거리에 따라 수십미터에서 수백미터까지 위치 오차가 발생 할 수 있다.
또한 3개 이상의 AP 신호세기를 수신하여 삼변법으로 위치를 추정할 경우에도 사물 등으로 인해 실제 전파환경에서는 거리와 신호세기가 정비례하지 않아 수십미터의 측위 오차가 발생하게 된다.
본 발명의 일측면에 따른 위치기반 서비스용 측위 시스템은, 특정 공간내의 복수의 위치에 대해 복수의 액세스 포인트가 측정한 신호세기와 핑거프린트 알고리즘을 이용하여 데이터 정립을 수행하는 측위 엔진 및 상기 정립된 데이터를 기록하는 데이터베이스 서버를 포함한다. 여기서, 상기 측위 엔진은 데이터 정립의 반복 누적을 통해 기록된 데이터를 최신화 및 순위화를 수행하여, 상기 데이터베이스 서버에 기록하며, 상기 측위 엔진은 상기 액세스 포인트가 수신한 신호세기 및 상기 최신화 및 순위화된 데이터에 기초하여 측위 정보를 수행하여 제공한다.
또한, 상기 측위 엔진은 핑거프린트 알고리즘을 이용하여 데이터 정립을 수행하는 것인 측위 시스템.
한편, 상기 액세스포인트는 Wifi 태그장치가 송신하는 비컨신호를 수신할 수 있도록 로우레벨 소프트웨어가 설치된다.
또한, 상기 Wifi 태그 장치는 무선랜 표준의 파워세이브 모드와 상이한 슬립모드를 운용하며, 상기 슬립모드에 기초하여 상기 비컨 신호를 송신한다.
여기서, 상기 비컨신호의 송신 주기는 양방향 통신 주기보다 더 짧도록 설정된다.
본 발명의 제2측면에 따른 무선랜 신호세기를 이용한 측위 방법은, 특정 공간내 복수의 장소에 대한 복수의 액세스 포인트가 수집한 신호세기에 기초하여 장소별 데이터를 정립하는 단계; 상기 정립된 데이터를 데이터베이스 서버에 기록하는 단계; Wifi 태그 장치로부터 측위를 위한 비컨신호를 수신하는 단계; 상기 비컨 신호의 세기와 상기 데이터베이서 서버에 기록된 데이터에 기초하여 측위 정보를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 데이터 정립 및 측위 정보 생성에는 핑거프린트 알고리즘이 사용된다.
여기서, 상기 비컨 신호는 로우레벨 소프트웨어가 설치된 액세스포인트를 통해 수신된다.
또한, 상기 비컨신호의 송신 주기는 양방향 통신 주기보다 더 짧도록 설정된다.
전술한 해결 수단에 의해, 본 발명의 측위 시스템은 90% 이상의 확률로 wifi 태그 장치의 존재를 추정하고, 5m 이내의 정확도의 측위 정보를 제공한다.
또한, 본 발명은 무선랜 표준과는 별도로 자체적인 슬립 모드를 운용하여 전력 소모를 절감하며, 능동적으로 비컨신호를 수신하여 신속한 접속을 가능하게 한다.
도 1은 wifi 태그를 이용한 측위 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 측위 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 측위 데이터 수집 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측위 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 측위 방법을 도시한 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 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", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 시스템을 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 wifi 태그를 이용한 측위 시스템을 도시한 개략도이다.
실시간 측위시스템(real time locating system; RTLS)에서는 액티브 통신이 가능한 wifi 태그를 이용하여 측위를 수행한다. wifi 태그 장치(10)는 전용 액세스 포인트(20)을 통해 수신한 신호의 수신 세기(RSSI) 또는 도달 시간차 (Time Differnce of Alive; TDOA)를 이용하여 wifi 태그 장치(10)의 위치를 측정하고, 이를 측위 서버(30)에 전송하여 측위 서비스를 제공하게 된다.
그러나, 일반 액세스 포인트를 실시간 측위 시스템에 이용하는 경우, 일반 액세스 포인트는 wifi 태그 장치(10)의 비컨 신호를 수신하는 기능이 없어, 상기 비컨 신호를 측위 서비스에 이용하지 못하는 문제점이 발생한다. 따라서, 측위 서버(30)에 위치 정보와 관련된 데이터를 전송하지 못하게 된다.
또한, 무선랜 표준에서 규정하는 파워 세이브 모드(PS mode) 역시 일반 액세스 포인트의 부재로 소모 전력을 절감하는 wifi 태그 장치(10)을 사용하기 어렵다. 또한, 무선랜 표준의 파워 세이브 모드를 일반 액세스 포인트에서 지원하도록 설정하는 경우에는 전송 속도의 저하 등의 부작용이 발생하는 문제점이 발생한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에서는 실시간 측위 시스템에서 소모 전력을 절감시키면서, 높은 확률로 5m 이내의 측위 정확도를 개시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 측위 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
웹서버(300)는 태그 장치(100)의 위치와 그 밖의 측위 시스템의 인프라에 관한 정보를 입력 받아 측위 엔진(400)에 전달하며, 측위 엔진(400)으로 수신한 측위 정보를 웹 브라우저(200)을 통해 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서는 웹 기반 서비스를 예시로 들었지만, 다른 통신 방식을 적용하여 관련 데이터를 송, 수신할 수 있다. 여기서 제공되는 데이터는 XML을 기반으로 통신될 수 있다.
측위 엔진(400)은 보유하고 있는 알고리즘을 이용하여 측위 계산, 측위 수집, 데이터 파싱, 데이터 정립을 수행한다. 여기서, 알고리즘은 핑거프린트 방식을 취할 수 있다. 핑거프린트 방식은 측위가 필요한 전체 영역에 대한 데이터베이스를 생성한다. 데이터베이스를 생성할 때는 전체 영역을 다각형의 격자 등의 형태로 고르게 분할한다. 그리고, 분할된 격자에서 태그 장치를 위치시키고 모든 액세스 포인트에서 신호 세기를 측정한다. 그리고, 측정된 신호세기에 기초하여 모든 액세스 포인트에 의한 위치 정보를 데이터베이스에 기록한다. 이렇게 구성된 데이터베이스를 기초하여 실제 위치 정보가 요구되는 태그 장치의 신호세기를 측정하여, 측위 정보를 리턴한다.
본 발명의 일 실시예에서는 이러한 위치 데이터에 대해 반복적인 서베이를 수행하여 통계적인 방법을 수행하여 데이터 정립을 수행하여 더 정확한 측위를 제공하게 된다.
DB 서버(500)는 전술한 위치 데이터에 대한 데이터를 저장하고, 측위 엔진(400)이 측위를 수행할 수 있는 기초 데이터를 제공하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 측위 데이터 수집 방법을 도시한 흐름도이다.
단계(S100)에서는 각각의 액세스 포인트로부터 위치별 데이터를 수집하여 측위 엔진으로 전송한다. 위치별 데이터 수집은 측위 영역에 대한 반복적이고 누적적인 서베이를 통해 더 높은 정확도를 제공하게 된다.
단계(S110)에서는 측위 엔진이 전송된 데이터를 파싱하여 정립하게 된다. 이 때 전술한 핑거프린트 알고리듬이 이용될 수 있다. 이 때, 미리 정해진 임계치를 만족하는 분별력 있는 데이터만을 추려 정립하게 된다. 전술한 알고리즘을 따르는 경우 누적 데이터가 많아질 수록 정확도가 향상되게 된다.
이렇게 정립된 데이터는 장소별로 정립되게 되고 이는 데이터베이스 서버에 기록된다(S120).
단계(S130)에서는 데이터가 데이터베이스 서버에 기록되고 난 후에 데이터 마이닝을 통해 불필요한 데이터를 점진적으로 소거시킴으로써 누적 데이터를 최신화한다. 단계(S130)을 통해 최종적으로 가장 유효한 데이터만 남게 된다.
단계(S140)에서는 데이터의 통계 처리를 통해서 신뢰도에 따라 데이터의 배점 및 순위를 부여하게 된다.
이와 같이, 수집된 데이터는 최종적으로 유효한 데이터가 배점 및 순위가 부여되게 되므로, 향후 측위를 요구하는 태그 장치의 위치를 측정하는 기준 데이터로서 활용된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측위 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
wifi 태그 장치(100)는 wifi 통신이 가능한 장치로서, 단방향 프로토콜을 지원하는 액티브 태그 장치 뿐 아니라 양방향 통신 프로토콜을 지원하는 wifi 통신 기기를 모두 포함한다. 도 4에 도시되지 않았지만, wifi 태그 장치(100)는 wifi 통신을 지원하기 위한 통신 모듈을 구비하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 wifi 태그 장치(100)는 전력 소모 절감을 위해 슬립모드 제어부(110), 타이머(120), 비컨 신호 송신부(130)를 포함한다.
슬립 모드 제어부(110)는 무선랜 표준의 파워세이브 모드와 별도로 실시간 측위 시스템을 위한 별도의 슬립 모드를 제어한다. 만약 wifi 태그 장치(100)이 액티브 태그인 경우에는 wifi 태그 장치(100)는 슬립 모드 제어부(110)의 제어에 따라 슬립 모드가 동작하여, 비컨 신호를 전송 주기를 조절할 수 있다.
슬립 모드 진입시에는 wifi 태그 장치(100)는 최소한의 전력만 소비하면서 타이머(120)만 동작하게 된다. 타이머(120)에 따라. wifi 태그 장치(100)은 웨이크업 되어, 측위를 위한 비컨 신호를 송신하거나 양방향 통신을 위한 액세스포인트 접속을 수행할 수 있다.
비컨 신호 송신부(130)는 슬립 모드 제어부(110) 및 타이머(120)의 동작에 기초하여 비컨 신호를 액세스포인트(600)에 전송한다. wifi 태그 장치(100)가 액세스포인트(600)에 접속하여 양방향 통신을 지원하는 장치인 경우에는 측위를 위한 비컨 신호 전송 주기는 양방향 통신 주기 보다 더 짧게 설정하는 경우에는 실시간 위치 추적이 가능하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액세스포인트(600)는 무선랜 통신을 위한 기본 구성외에 비컨 신호 수신부(610), 신호세기 검출부(620), 신호세기 송신부(630)를 포함한다.
비컨 신호 수신부(610)는 wifi 태그 장치(120)으로부터 송신되는 비컨 신호를 수신한다. 일반적인 액세스포인트 기기는 상기 비컨 신호를 수신하는 기능이 없다. 본 발명의 일 실시예에서의 비컨 신호 수신부(610)는 액세스 포인트의 신호 수신부를 로우 레벨 소프트웨어(low level software)를 이용하여 제어함으로써 구현될 수 있다. 비컨 신호 수신부(610)를 이용하여 액세스포인트(600)는 양방향 프로토콜 없이 단순 비컨 신호 만으로도 wifi 태그 장치(100)의 신호 세기를 파악할 수 있다.
wifi 태그 장치(100)의 신호세기는 신호세기 검출부(620)에서 검출한다. 검출된 신호세기는 신호세기 송신부(630)을 통해 측위 엔진으로 전송될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 측위 방법을 도시한 흐름도이다.
단계(S200)에서 wifi 태그 장치로부터 측위 데이터를 수집한다. 상기 측위 데이터는 각각의 액세스포인트에서 wifi 태그 장치로부터 수신한 비컨 신호의 수신 세기 또는 수신 감도 등 측위에 이용될 수 있는 모든 정보를 포함한다.
wifi 태그 장치가 액세스포인트와 양방향 프로토콜을 지원하지 않는 경우에는 상기 비컨 신호의 factor를 측위 데이터로서 수집할 수 있다. 한편, wifi 태그 장치가 스마트폰과 같이 액세스포인트와 접속이 가능한 장치인 경우에는 접속중에 교환되는 다른 신호를 이용하여 측위 데이터가 수집 될 수 있다. 수집된 데이터는 측위 엔진으로 전송된다(S210).
단계(S220)에서는 전송 정보를 파싱한다. 전술한 바와 같이, 측위엔진과 데이터베이스 서버에서는 장소별 데이터를 정립하고 기록하고 있다. 이렇게 정립된 데이터는 누적됨으로써 최신화되고, 순위등이 부여되어 있다. 측위 엔진은 수신된 측위 전송 정보를 파싱하여 기록된 데이터베이스에 적합하게 정립하여 기록한다.
단계(S230)에서는 파싱된 정보는 측위 알고리즘을 적용한다. 예를 들어, 핑거프린트 알고리즘을 이용하여 분할된 격자내에서 정립된 데이터를 적용한다.
이와 같이 적용된 측위 알고리즘에 기초하여 현위치가 추정 및 계산된다(S240). 추정된 현위치 정보는 데이터베이스 서버에 히스토리로 기록될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 의하면 GPS 신호가 닿을 수 없는 공간에서도 wifi 태그 장치의 존재 위치 가능성을 순위로 매겨 추정하는 기법을 이용하여 90% 확률로 5m 이내의 측위 정확도를 제공하게 된다.
본 개시의 일 실시예는 컴퓨터 또는 컴퓨터와 같이 CPU, 기록 매체 및 입출력 장치를 포함하는 스마트 통신 장치에 의해 실행가능한 명령어를 프로그램이 기록된 기록 매체의 형태로 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 또는 상기 스마트 장치에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
본 개시의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍처를 갖는 컴퓨터 또는 스마트 통신 장치를 사용하여 구현될 수 있다.
전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 개시의 보호 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 위치기반 서비스용 측위 시스템에 있어서,
    로우레벨 소프트웨어가 설치되어 Wi-Fi 태그 장치로부터 비컨 신호를 수신하여 신호 세기를 측정하고, 상기 측정된 신호 세기를 송신하는 복수의 액세스포인트;
    상기 액세스포인트로부터 수신한 신호 세기와 핑거프린트 알고리즘을 이용하여 데이터 정립을 수행하는 측위 엔진; 및
    상기 정립된 데이터가 기록되는 데이터베이스 서버
    를 포함하되, 상기 측위 엔진은 상기 데이터 정립의 반복 누적을 통해 기록된 데이터를 최신화 및 순위화를 수행하여 상기 데이터베이스 서버에 기록하며, 상기 신호 세기와, 상기 최신화 및 순위화된 데이터에 기초하여 측위 정보를 제공하는 측위 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 Wifi 태그 장치는 무선랜 표준의 파워 세이브 모드와 상이한 슬립 모드에 기초하여 고정 또는 이동 상태에서 측위를 위해 단방향으로 상기 비컨 신호를 송신하되, 상기 비컨 신호의 송신은 특정 액세스포인트와 접속되지 않은 상태에서도 수행되는 측위 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비컨신호의 송신 주기는 양방향 통신 주기보다 더 짧도록 설정되는 것인 측위 시스템.
  6. 무선랜 신호세기를 이용한 측위 방법에 있어서,
    특정 공간내 복수의 장소에 위치하며, Wi-Fi 태그 장치로부터 비컨 신호를 수신하기 위한 로우레벨 소프트웨어가 설치된 복수의 액세스 포인트가 상기 Wi-Fi 태그 장치로부터 비컨 신호를 수신하는 단계;
    측위 장치가 상기 복수의 액세스 포인트로부터 상기 비컨 신호에 대한 신호 세기를 수신하고, 핑거 프린트 알고리즘과 상기 수신된 신호 세기를 이용하여 장소별 데이터를 정립하는 단계;
    상기 측위 장치가 상기 장소별 데이터 정립의 반복 누적을 통해 기록된 데이터에 대해 최신화 및 순위화를 수행하여 데이터베이스 서버에 기록하는 단계; 및
    상기 측위 장치가 상기 신호 세기와 상기 데이터베이스 서버에 기록된 최신화 및 순위화된 데이터에 기초하여 측위 정보를 생성하는 단계
    를 포함하는 측위 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020110097600A 2011-06-28 2011-09-27 무선랜 신호 세기를 이용한 위치 기반 서비스용 측위 시스템 KR101261416B1 (ko)

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