KR101325437B1 - 근거리 무선 통신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 근거리 무선 통신 장치에 있어서, 방사패턴이 일정한 회전 가능한 방향성 안테나와, 동서남북의 방위를 검출하는 지자기 센서부와, 상기 방향성 안테나의 회전으로 인한 태그로부터의 수신 신호를 통해 상기 태그를 인식하는 태그 인식부와, 상기 지자기 센서부에서 검출된 방위를 기준으로 상기 방향성 안테나의 회전을 통해 수신된 태그로부터의 수신 신호의 세기 변화를 분석하여 상기 태그와의 방향각을 측정하는 방향각 측정부와, 상기 측정된 방향각에 대응되게 상기 방향성 안테나를 고정하고, 상기 고정된 방향각에서 상기 태그와 통신하도록 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

Description

근거리 무선 통신 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR COMMUNICATING WIRELESS IN LOCAl AREA}
본 발명은 리더와 태그를 구비하여 상호 통신을 수행하는 근거리 무선 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 위치 정보를 제공하는 기술로는 GPS(Global Positioning System)가 널리 사용되고 있으며, 이러한 GPS는 넓은 지역에서는 사용 가능하지만 실내와 같은 위성 신호가 닿지 않는 곳에서는 사용할 수 없은 문제점이 있다.
게다가 통신 모듈이 상대적으로 고가이고 소비전력이 높아 배터리를 사용하는 모바일 단말기에는 적합하지 않으므로 이러한 문제점으로 인해 최근 와이파이(WiFi), 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 및 알에프아이디(RFID)를 포함한 근거리 무선 통신 기술을 이용한 실시간 위치 추적 시스템(Real-Time Locating System, RTLS)이 부각되고 있다.
상기 실시간 위치 추적 시스템은 최신의 RFID 센서 기술 및 네트워크 기술을 접목하여, 실시간으로 사물 혹은 사람의 위치를 찾아주는 시스템을 의미하는 것으로, 홈 네트워트, 물류항만, 지능형 교통망과 같은 다양한 분야에서 위치정보는 중요한 요소로 평가되고 있다.
기존 RTLS 시스템에서 위치를 결정하는데 사용되는 방법은 삼변측량법(Triangulation)과 핑거프린팅(Finger Printing)방식이 있으며, 사용의 편리성 및 장비운용 등의 이유로 실제 위치 추적 솔루션에는 삼변측량법이 주로 사용되고 있다.
상기 삼변측량법이란 도 1에 도시된 바와 같이, 태그(110)와 각 리더(112, 114 및 116)간의 거리를 반지름(d1, d2, d3)으로 하는 세 개의 원을 그리고 원들의 교점을 구하여 태그의 2차원 좌표를 알아내는 방법이다.
즉, 삼변측량을 위해서는 위치를 알고자 하는 태그와 세 개 이상의 리더 사이의 거리를 구해야 한다.
그러나, 실제 항만이나 도심 환경에서 한 위치에서 세 개 이상의 리더 사이의 거리를 구하는 것은 용이치 않으며, 이를 위해서는 매우 많은 수의 리더를 설치해야 하고 이로 인해 극심한 시스템 설치 비용이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 방사패턴이 일정한 회전 가능한 방향성 안테나 및 지자기 센서를 이용하여 단일 리더만을 이용하여 태그의 위치를 추적하고자 하는 근거리 무선 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 견지에 따르면, 근거리 무선 통신 장치에 있어서, 방사패턴이 일정한 회전 가능한 방향성 안테나와, 동서남북의 방위를 검출하는 지자기 센서부와,상기 방향성 안테나의 회전으로 인한 태그로부터의 수신 신호를 통해 상기 태그를 인식하는 태그 인식부와, 상기 지자기 센서부에서 검출된 방위를 기준으로 상기 방향성 안테나의 회전을 통해 수신된 태그로부터의 수신 신호의 세기 변화를 분석하여 상기 태그와의 방향각을 측정하는 방향각 측정부와, 상기 측정된 방향각에 대응되게 상기 방향성 안테나를 고정하고, 상기 고정된 방향각에서 상기 태그와 통신하도록 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 견지에 따르면, 근거리 무선 통신 방법에 있어서, 근거리 무선 통신을 통해 태그 위치 검색 요청 시, 안테나의 방사 패턴을 조절하여 주변 태그를 검색하는 과정과, 동서남북의 방위를 검출하는 과정과, 상기 검색된 태그로부터의 수신 신호를 통해 상기 태그를 인식하는 과정과, 상기 검출된 방위를 기준으로 상기 안테나의 회전을 통해 수신된 태그로부터의 수신 신호의 세기 변화를 분석하여 해당 태그와의 방향각을 측정하는 과정과, 상기 측정된 방향각에 대응되게 상기 안테나를 고정하는 과정과, 상기 고정된 방향각에서 태그와 통신을 수행하고, 상기 태그의 최종 위치를 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명은 고가의 장비 없이도 단일 리더만을 이용해 리더-태그 간 위치 추적이 용이한 기술을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 근거리 무선 통신 기술을 이용한 리더-태그 간 위치 추적을 보인 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 근거리 무선 통신 장치의 구성을 보인 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리더-태그 간 방향각 측정에 관해 개략적으로 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리더-태그 간 거리에 의해 생성되는 방향각도 별 수신 신호 세기의 변화를 보인 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에서 비트맵을 이용한 RFID 태그의 최종 위치 결정 과정을 보인 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 근거리 무선 통신 방법에 관한 개략적인 흐름도.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
본 발명은 방사패턴이 일정한 회전 가능한 방향성 안테나 및 지자기 센서를 이용하여 리더-태그 간 위치 추적에 관한 것으로, 리더에 구비된 방향성 안테나를 통해 주변 태그로부터의 신호를 인식하고, 상기 지자기 센서를 통해 측정된 리더의 현재 방위를 기준으로 상기 인식된 태그로부터의 수신 신호 세기를 이용하여 상기 리더의 안테나와 태그가 일직선이 되는 방향각을 측정하고, 상기 측정된 방향각에 대응되게 상기 안테나를 고정한 후 리더-태그간의 거리를 측정함으로써 고가의 장비 없이도 단일 리더만을 이용해 리더-태그 간 위치 추적이 용이한 기술을 제공하고자 한다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 근거리 무선 통신 장치에 관해 도 2를 참조하여 자세히 살펴보기로 한다.
도 2를 본 발명의 일 실시 예에 따른 근거리 무선 통신 장치(200)의 구성을 보인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 근거리 무선 통신 장치는 방향성 안테나부(210), 태그 인식부(212), 지자기 센서부(214), 방향각 측정부(216) 및 제어부를 포함한다.
상기 근거리 무선 통신 장치(200), 블루투스(Bluetooth), 무선랜(Wireless LAN), 초광대역(Ultra Wideband), 적외선 통신(Infrared Data Association), 지그비(Zigbee), 알에프아이디(Radio Frequency Identification; RFID) 기술을 포함한다.
상기 방향성 안테나부(210)은 방사패턴이 일정한 회전 가능한 방향성 안테나이다. 상기 방향성 안테나부(210)는 일정 주기로 회전을 하면서 이를 통해 상기 근거리 무선 통신 장치(200) 즉, 리더 인식 반경 내에 무선신호를 지속적으로 발산함으로써 상기 무선신호 발산 범위 내 RFID 태그로부터의 수신 신호를 출력한다.
상기 태그 인식부(212)는 상기 방향성 안테나부(210)로부터 출력된 RFID 태그로부터의 수신 신호를 통해 상기 RFID 태그를 인식한다.
이때, 상기 RFID 태그는 데이터를 저장하고 있는 메모리의 크기, 형태, 종류에 따라 구별할 수 있고, 특히 메모리 형태에서는 읽기 전용 형(read-only), 읽기/쓰기가 가능한 형(read/write), 그리고 한 번 쓰고 여러 번 읽기형(write once read many; WORM)으로 구분할 수 있으며, 상기 RFID 태그에 부여된 식별정보(예컨대, ID)를 통해 해당 RFID 태그를 인식한다.
상기 지자기 센서부(214)는 동서남북의 방위를 검출하는 것으로, 상기 RFID 태그와의 방향각 측정을 위한 기준각도를 결정하기 위한 것으로, 상기 근거리 무선 통신 장치(200)가 위치하는 현재 방위를 검출한다.
상기 방향각 측정부(216)은 지자기 센서부(214)에 검출된 방위를 기준으로 상기 방향성 안테나부(210)의 회전을 통해 수신된 태그로부터 수신 신호의 세기 변화를 분석하여 상기 RFID 태그와의 방향각을 측정한다.
여기서, 도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리더(310)-태그(312)간 방향각 측정에 관해 개략적으로 도시한 예시도로서, 상기 리더(310)가 위치한 방위를 지자기 센서부를 통해 검출하여 기준 각도를 획득하고, 상기 리더(310)와 태그(312)간의 거리에 의한 상기 기준 각도와 이루는 방향각이 발생하며 이를 통해 방향각 측정이 가능하다.
계속해서, 상기 도 2로 돌아가서, 상기 제어부(218)은 상기 방향각 측정부(210)에 의해 측정된 방향각에 대응되게 상기 방향성 안테나부(210)를 고정하고, 상기 고정된 방향각에서 상기 RFID 태그와 통신하도록 제어한다.
더욱 상세하게는, 상기 제어부(218)은 상기 고정된 방향각에서 RFID 태그로부터 수신된 수신 신호를 이용하여 RFID 태그와의 방향각을 측정하고, 상기 방향성 안테나부(210)가 회전하면서 상기 RFID 태그와의 방향각이 일직선에 수렴해 가는 동안의 다수의 방향각을 다수 측정하도록 상기 방향각 측정부(210)를 제어한다.
이러한 제어부(218)의 동작을 도 4를 참조하여 설명하면, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 각도 기반 하에 방향성 안테나의 회전에 의해 RFID 태그로부터 수신된 신호의 세기에 의해 생성되는 방향각도 별 수신 신호 세기의 변화를 보인 그래프로서, 상기 그래프의 소정 구간은 방향성 안테나부가 회전하면서 RFID 태그와의 방향각이 일직선에 수렴해 가는 즉, 기울기가 0에 근접하는 구간이 존재한다.
이때, 상기 제어부(218)은 상기 방향각 측정부(216)로부터 측정된 RFID 태그와의 방향각이 일직선에 수렴하는 다수의 방향각 중에서 상기 RFID 태그의 최종 위치를 결정한다.
여기서, 상기 RFID 태그의 최종 위치는 상기 RFID 태그와의 통신 범위 내 공간을 일정 크기의 격자로 분할하여 비트맵을 구성한 후 상기 구성된 비트맵 내 상기 태그와 일직선에 수렴하는 다수의 방향각별 해당 위치에 점수를 부여하여 최우선 순위에 해당하는 위치가 최종 위치로 결정된다.
이와 같은 비트맵을 이용한 RFID 태그의 최종 위치 결정을 도 5에 도시하였다.
이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 근거리 무선 통신 장치에 대해서 살펴보았다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 근거리 무선 통신 방법에 대해 도 6을 참조하여 자세히 살펴보기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 근거리 무선 통신 방법에 관한 개략적인 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 610 과정에서 근거리 무선 통신을 통해 태그 위치 검색이 요청되고, 612 과정에서 안테나 방사패턴을 조절하여 통신 범위 주변 태그를 검색한다.
이때, 상기 안테나는 방사패턴이 일정한 회전 가능한 방향성 안테나로서, 일정 주기로 회전을 하면서 이를 통해 리더 인식 반경 내에서 무선신호를 지속적으로 발산함으로써 상기 무선신호 발산 범위 내 RFID 태그로부터의 수신 신호를 출력한다.
계속해서, 614 과정에서 동서남북의 방위를 검출한다. 이는 상기 RFID 태그와의 방향각 측정을 위한 기준각도를 결정하기 위한 것으로, 상기 근거리 무선 통신 장치가 위치하는 현재 방위를 검출한다.
616 과정에서 상기 612 과정에서 검색된 태그로부터의 수신 신호를 통해 상기 태그를 인식하고, 618 과정에서 상기 검출된 방위를 기준으로 상기 안테나의 회전을 통해 수신된 RFID 태그로부터의 수신 신호의 세기 변화를 분석하여 상기 RFID 태그와의 방향각을 측정한다.
즉, 현재 위치한 방위를 검출하여 기준 각도로 설정하고, 상기 RFID 태그 간거리에 의한 상기 기준 각도와 이루는 방향각을 통해 방향각 측정이 가능한 것으로, 상기 방향성 안테나가 회전하면서 상기 RFID 태그로부터의 수신 신호의 세기 변화의 분석을 발생하는 방향각이 일직선에 수렴해 가는 동안의 다수의 방향각을 다수 측정한다.
상기 기준 각도 기반 하에 방향성 안테나의 회전에 의한 해당 RFID 태그 간 거리에 의해 생성되는 방향각도 별 수신 신호 세기 변화를 측정하여 소정 구간에서 방향성 안테나부가 회전하면서 RFID 태그와의 방향각이 일직선에 수렴해 가는 즉, 기울기가 0에 근접하는 구간이 존재하는 데 이에 해당하는 방향각을 반복적으로 모두 측정한다.
620 과정은 상기 618 과정에서 측정된 방향각에 대응되게 상기 안테나를 고정하고, 622 과정에서 상기 고정된 방향각에서 RFID 태그와 통신을 수행한다.
이후, 624 과정에서 상기 RFID 태그의 최종 위치를 결정한다.
더욱 상세하게는, 상기 RFID 태그의 최종 위치는, 상기 RFID 태그와의 통신 범위 내 공간을 일정 크기의 격자로 분할하여 비트맵을 구성한 후, 상기 구성된 비트맵 내 상기 태그와 일직선에 수렴하는 다수의 방향각별 해당 위치에 점수를 부여하여 최우선순위에 해당하는 위치가 최종 위치로 결정된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 근거리 무선 통신 장치 및 방법에 관한 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
210: 방향성 안테나부 212: 태그 인식부
214: 지자기 센서부 216: 방향각 측정부
218: 제어부

Claims (13)

  1. 근거리 무선 통신 장치에 있어서,
    방사패턴이 일정한 회전 가능한 방향성 안테나와,
    동서남북의 방위를 검출하는 지자기 센서부와,
    상기 방향성 안테나의 회전으로 인한 태그로부터의 수신 신호를 통해 상기 태그를 인식하는 태그 인식부와,
    상기 지자기 센서부에서 검출된 방위를 기준으로 상기 방향성 안테나의 회전을 통해 수신된 태그로부터의 수신 신호의 세기 변화를 분석하여 상기 태그와의 방향각을 측정하는 방향각 측정부와,
    상기 측정된 방향각에 대응되게 상기 방향성 안테나를 고정하고, 상기 고정된 방향각에서 상기 태그와 통신하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 방향각 측정부로터 측정된 태그와의 거리가 일직선에 수렴하는 다수의 방향각 중에서 상기 태그의 최종 위치를 결정하고,
    상기 태그의 최종 위치는,
    상기 태그와의 통신 범위 내 공간을 일정 크기의 격자로 분할하여 비트맵을 구성한 후 상기 구성된 비트맵 내 상기 태그와 일직선에 수렴하는 다수의 방향각별 해당 위치에 점수를 부여하여 최우선순위에 해당하는 위치가 최종 위치로 결정됨을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 고정된 방향각에서 태그로부터 수신된 수신 신호를 이용하여 태그와의 방향각을 측정하는 근거리 무선 통신 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 방향성 안테나가 회전하면서 상기 태그와의 방향각이 일직선에 수렴해 가는 동안의 다수의 방향각을 다수 측정하도록 상기 방향각 측정부를 제어함을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 근거리 무선 통신은, 블루투스(Bluetooth), 무선랜(Wireless LAN), 초광대역(Ultra Wideband), 적외선 통신(Infrared Data Association), 지그비(Zigbee), 알에프아이디(Radio Frequency Identification; RFID) 기술을 포함함을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 지자기 센서부는,
    상기 태그와의 방향각 측정을 위한 기준 각도를 결정하기 위해 구비되는 것임을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 장치.
  8. 근거리 무선 통신 방법에 있어서,
    근거리 무선 통신을 통해 태그 위치 검색 요청 시, 안테나의 방사 패턴을 조절하여 주변 태그를 검색하는 과정과,
    동서남북의 방위를 검출하는 과정과,
    상기 검색된 태그로부터의 수신 신호를 통해 상기 태그를 인식하는 과정과,
    상기 검출된 방위를 기준으로 상기 안테나의 회전을 통해 수신된 태그로부터의 수신 신호의 세기 변화를 분석하여 해당 태그와의 방향각을 측정하는 과정과,
    상기 측정된 방향각에 대응되게 상기 안테나를 고정하는 과정과,
    상기 고정된 방향각에서 태그와 통신을 수행하고, 상기 태그의 최종 위치를 결정하는 과정을 포함하고,
    상기 태그의 최종 위치는,
    상기 태그와의 통신 범위 내 공간을 일정 크기의 격자로 분할하여 비트맵을 구성한 후, 상기 구성된 비트맵 내 상기 태그와 일직선에 수렴하는 다수의 방향각별 해당 위치에 점수를 부여하여 최우선순위에 해당하는 위치가 최종 위치로 결정됨을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 안테나는,
    방사패턴이 일정한 회전 가능한 방향성 안테나임을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 고정된 방향각에서 태그로부터 수신된 수신 신호 세기를 이용하여 태그와의 방향각을 측정하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 태그와의 방향각을 측정하는 과정은,
    방향성 안테나가 회전하면 상기 태그와의 방향각이 일직선에 수렴해 가는 동안의 다수의 방향각을 다수 측정함을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 측정된 다수의 방향각 중에서 상기 태그의 최종 위치를 결정함을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 방법.
  13. 삭제
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