KR101350389B1 - 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법 및 그 장치 - Google Patents

무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 일정 간격으로 배열되는 복수의 앵커 노드를 이용하여 측위 대상이 되는 임의 노드의 위치를 추정하는 무선 측위 방법에 있어서, 상기 복수의 앵커 노드 중에서 일부 앵커 노드들이 형성하는 공간상에 복수의 테스트 노드들을 균일 간격으로 설정하는 단계와, 상기 임의 노드로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 획득하는 단계와, 상기 획득한 앵커 노드의 개수 및 위치 정보와 일치하는 적어도 하나의 테스트 노드를 검출하는 단계, 및 상기 검출한 테스트 노드의 평균 좌표 값을 연산하여 상기 임의 노드의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법을 제공한다.
상기 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법 및 그 장치에 따르면, 기존의 WCL 알고리즘을 사용한 경우와는 달리 무선 센서 네트워크의 가장 자리와 모서리 부근에 있는 임의 노드의 위치를 정확하게 추정할 수 있어서 전체 구역의 평균 위치 오차를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법 및 그 장치{Wireless positioning method using wireless sensor networks and apparatus thereof}
본 발명은 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 WCL(Wireless Centroid Localization) 알고리즘에서 발생하는 측위 오차를 개선할 수 있는 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 무선 센서 네트워크는 저전력, 저복잡도, 지능형의 특성을 지닌 센서로 구성되어 있기 때문에 무선 센서 네트워크를 이용한 측위 알고리즘들은 모두 간단한 구조와 빠른 연산 속도가 요구된다. 보통 센서 네트워크에서의 임의 노드(Unknown Node)의 위치를 추정하기 위한 방식으로 실제 위치를 알고 있는 앵커 노드(Anchor Node)의 위치 정보를 이용한다. 앵커 노드들은 기본적으로 GPS를 이용한 정보 또는 이미 저장되어 있는 위치 정보를 이용하여 자신의 실제 위치를 파악한다. 실제로 대부분의 측위에서 앵커 노드의 설치는 불가피하다.
지금까지 연구된 무선 센서 네트워크를 위한 무선 측위 알고리즘들 중에서 앞서의 사항을 만족시킬 수 있는 대표적인 알고리즘으로는 WCL(Wireless Centroid Localization) 알고리즘이 있다. WCL 알고리즘은 다른 알고리즘에 비하여 각 앵커 노드의 좌표 정보만 알면 간단하게 측위 연산을 수행할 수 있기 때문에 속도와 자원 면에서 효율적이다.
측위 대상이 되는 임의 노드의 수신 범위는 임의 노드를 중심으로 구성된 원형이다. 그리고 원의 반경은 최대 수신 거리 한계점(dm)으로 표시한다. 임의 노드의 측위를 위해 기존의 WCL 알고리즘은 원 내부에 있는 앵커 노드들만 고려하고 이 앵커 노드들의 위치 정보를 이용한다. 또한, 원 안에 있는 앵커 노드들이 똑같은 가중치 wj를 가진다고 가정하여 원 내부에 있는 앵커 노드의 가중치는 1을 주고 원 밖에 있는 앵커 노드의 가중치는 0을 준다. N개의 앵커 노드가 이상 조건에 부합된다고 하면 기존 WCL 알고리즘은 아래 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112012099432295-pat00001
여기서, P(x,y)는 임의 노드에 대한 측위 좌표이고, Aj(x,y)는 j번째 앵커 노드의 위치 좌표이다.
도 1은 90×90 ㎡ 정방형 공간의 무선 센서 네트워크 환경(앵커 센서 노드는 1m 간격으로 100 개, 임의 센서 노드는 300개)에서 기존 WCL 알고리즘을 이용한 임의 노드의 측위 시뮬레이션 결과이다.
도 1의 가로 축과 세로 축은 각각 90×90 ㎡ 정방형 공간의 가로 및 세로 영역을 의미한다. ● 점은 상기 100개의 앵커 노드의 위치, ＊ 점은 상기 300개의 임의 노드의 실제 위치, 그리고 ○ 점은 WCL 알고리즘을 통해 추정한 각 임의 노드의 위치를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 임의 노드가 정방형 공간의 중심 구역에 있는 경우보다, 모서리 및 가장자리 구역에 있는 경우 측위 오차가 증가한 것을 알 수 있다. 측위 오차의 증가 정도는 ○ 과 ＊ 사이를 이은 선의 길이를 참조한다.
도 2는 도 1의 무선 센서 네트워크를 중심 영역(음영 부분), 가장자리 영역(흰색 부분), 모서리 구역(검정색 부분)의 3가지 구역으로 개략적으로 구분한 것이다. 여기서, 네 모서리 영역의 크기는 각각 10×10 ㎡, 중앙 영역의 크기는 70×70 ㎡, 가장자리 영역의 크기는 10×70 ㎡ 또는 70×10 ㎡이다. 이러한 환경에서 기존 WCL 알고리즘의 시뮬레이션 결과는 도 3에서 확인할 수 있다.
도 3은 도 2의 각 영역에서의 WCL 알고리즘에 따른 평균 측위 오차를 나타낸다. 도 3의 가로 축은 임의 노드에 대해 적용된 원의 반경을 나타내고 세로 축은 평균 측위 오차에 해당된다. 이로부터, 임의 노드가 네트워크의 중심(center) 영역에 있는 경우보다 가장자리(edge)와 모서리(corner) 영역에 있을 경우 평균 측위 오차가 높은 것을 확인할 수 있다. 특히, 모서리(corner) 영역에서의 위치 오차가 가장 크게 나타난 것을 알 수 있다. 즉, 종래의 WCL 알고리즘은 무선 센서 네트워크에서의 가장자리와 모서리 부근에서의 측위 오차가 크게 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 국내등록특허 제1163335호에 개시되어 있다.
본 발명은 기존의 WCL 알고리즘에서 발생하는 측위 오차를 개선할 수 있는 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법 및 그 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 일정 간격으로 배열되는 복수의 앵커 노드를 이용하여 측위 대상이 되는 임의 노드의 위치를 추정하는 무선 측위 방법에 있어서, 상기 복수의 앵커 노드 중에서 일부 앵커 노드들이 형성하는 공간상에 복수의 테스트 노드들을 균일 간격으로 설정하는 단계와, 상기 임의 노드로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 획득하는 단계와, 상기 획득한 앵커 노드의 개수 및 위치 정보와 일치하는 적어도 하나의 테스트 노드를 검출하는 단계, 및 상기 검출한 테스트 노드의 평균 좌표 값을 연산하여 상기 임의 노드의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법을 제공한다.
여기서, 상기 복수의 테스트 노드들을 균일 간격으로 설정하는 단계는, 상기 복수의 테스트 노드 각각에 대하여, 상기 테스트 노드로부터 상기 일정 거리 내에 있는 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 미리 매핑하여 저장할 수 있다.
또한, 상기 복수의 테스트 노드들을 균일 간격으로 설정하는 단계는, 상기 복수의 테스트 노드 각각에 대하여 상기 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 매핑하여 저장하되, 동일한 개수의 앵커 노드가 매핑되어 있는 테스트 노드들을 상기 위치 정보에 따라 적어도 하나의 그룹으로 그룹핑하여 저장할 수 있다.
여기서, 상기 획득한 앵커 노드의 개수 및 위치 정보와 일치하는 적어도 하나의 테스트 노드를 검출하는 단계는, 상기 획득한 앵커 노드의 개수와 일치하는 그룹을 1차적으로 검색한 다음, 상기 1차 검색된 그룹 중 상기 획득한 앵커 노드의 위치와 일치하는 테스트 노드를 2차 검색할 수 있다.
또한, 상기 임의 노드로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드는, 상기 복수의 앵커 노드 중에서, 상기 임의 노드에서의 수신 신호 세기가 임계치 이상에 해당하는 앵커 노드일 수 있다.
그리고, 본 발명은 일정 간격으로 배열되는 복수의 앵커 노드를 이용하여 측위 대상이 되는 임의 노드의 위치를 추정하는 무선 측위 장치에 있어서, 상기 복수의 앵커 노드 중에서 일부 앵커 노드들이 형성하는 공간상에 복수의 테스트 노드들을 균일 간격으로 설정하는 테스트 노드 설정부와, 상기 임의 노드로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 획득하는 앵커노드 정보 획득부와, 상기 획득한 앵커 노드의 개수 및 위치 정보와 일치하는 적어도 하나의 테스트 노드를 검출하는 테스트노드 정보 검출부, 및 상기 검출한 테스트 노드의 평균 좌표 값을 연산하여 상기 임의 노드의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는 무선 센서 네트워크를 위한 무선 측위 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법 및 그 장치에 따르면, 기존의 WCL 알고리즘을 사용한 경우와는 달리 무선 센서 네트워크의 가장 자리와 모서리 부근에 있는 임의 노드의 위치를 정확하게 추정할 수 있어서 전체 구역의 평균 위치 오차를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 90×90 ㎡ 정방형 공간의 무선 센서 네트워크 환경에서 기존 WCL 알고리즘을 이용한 임의 노드의 측위 시뮬레이션 결과이다.
도 2는 도 1의 무선 센서 네트워크를 중심 영역, 가장자리 영역, 모서리 영역의 3가지 구역으로 개략적으로 구분한 것이다.
도 3은 도 2의 각 영역에서의 WCL 알고리즘에 따른 평균 측위 오차를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 장치의 구성도이다.
도 5는 도 4를 이용한 무선 측위 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 앵커 노드를 포함하는 정방형의 무선 센서 네트워크의 구성도이다.
도 7은 도 5의 S510 단계에서 각 테스트 노드마다 수신 반경 이내에 해당되는 앵커 노드의 개수를 넘버링하여 매핑한 결과를 나타낸다.
도 8은 본 실시예에 따른 측위 결과를 종래의 WCL 알고리즘에 따른 측위 결과와 비교한 것이다.
도 9는 수신 거리 반경이 평균 측위 오차가 비교적 좋은 13m 일 때와 평균 측위 오차가 비교적 나쁜 20m일 때, 기존의 WCL 기법과 본 실시예에 따른 기법의 시뮬레이션 결과를 비교한 것이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명은 기존의 WCL(Wireless Centroid Localization) 알고리즘을 개선한 것으로서 무선 센서 네트워크의 모서리와 가장 자리 부근에서 발생하는 측위 오차를 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 장치의 구성도이다. 이러한 무선 측위 장치(100)는 일정 간격으로 배열되는 복수의 앵커 노드를 이용하여 측위 대상이 되는 임의 노드의 위치를 추정하는 장치로서 무선 측위 서버에 해당될 수 있다. 이러한 무선 측위 장치(100)는 테스트 노드 설정부(110), 앵커노드 정보 획득부(120), 테스트노드 정보 검출부(130), 위치 추정부(140)를 포함한다.
테스트 노드 설정부(110)는 복수의 앵커 노드 중에서 일부 앵커 노드들이 형성하는 공간상에 복수의 테스트 노드들을 균일 간격으로 설정하는 부분이다. 앵커노드 정보 획득부(120)는 상기 임의 노드로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 획득한다.
테스트노드 정보 검출부(130)는 상기 획득한 앵커 노드의 개수 및 위치 정보와 일치하는 적어도 하나의 테스트 노드를 검출한다. 위치 추정부(140)는 상기 검출한 테스트 노드의 평균 좌표 값을 연산하여 상기 임의 노드의 위치를 추정한다.
도 5는 도 4를 이용한 무선 측위 방법의 흐름도이다. 이하에서는 본 실시예에 따른 무선 측위 방법에 대하여 도 4 및 도 5를 참조로 하여 상세히 설명한다.
먼저, 테스트 노드 설정부(110)는 일정 간격으로 배열되는 복수의 앵커 노드 중에서 일부 앵커 노드들이 형성하는 공간 상에 복수의 테스트 노드들을 균일 간격으로 설정한다(S510).
이러한 S510 단계의 설명을 위해 본 실시예에 적용되는 무선 센서 네트워크 환경을 살펴보면 다음과 같다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 앵커 노드를 포함하는 정방형의 무선 센서 네트워크의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 무선 센서 네트워크 환경은 10×10㎡ 크기의 정방형 공간을 고려하고 있으며, 각각의 앵커 노드(10)는 10m 간격으로 배열되어 있다. 도 6은 설명의 편의를 위해 앵커 노드(10)를 9개 도시하고 있으나 본 발명이 반드시 이에 한정되지는 않는다.
도 6에서 측위 대상이 되는 임의 노드는 무선 센서 네트워크의 왼쪽 아래 모서리 부근인 A 구역 또는 B 구역에 위치하고 있다고 가정한다. 그리고, 복수의 테스트 노드(20)는 10×10㎡의 정방형 공간 상에 1m 간격으로 총 121개 배치되어 있다.
도 6에서 10×10㎡ 정방형 공간의 네 모서리 지점에는 설명의 편의상 앵커 노드(10)만 도시하고 있다. 도시된 정방형 공간 이외에 나머지 정방형 공간에도 동일한 방법으로 테스트 노드가 배치될 수 있다.
상기 S510 단계에서, 테스트 노드 설정부(110)는 복수의 테스트 노드(20) 각각에 대하여, 테스트 노드(20)로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드(10)의 개수 및 위치 정보를 미리 매핑하여 저장한다. 이렇게 얻어지는 테스트 노드(20)의 정보는 임의 노드에 대한 측위를 수행하기 위하여 사전에 준비되는 일종의 학습 데이터에 해당된다.
여기서, 일정 거리란 수신 거리 반경(R)을 의미한다. 만약 테스트(20) 노드 상에서 특정 앵커 노드(10)로부터 전송받은 신호에 대한 수신 신호 세기가 임계치 이상이면, 특정 앵커 노드(10)는 테스트 노드(20)로부터 수신 거리 반경 이내에 있음을 나타낸다.
따라서, 테스트 노드로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드란 복수의 앵커 노드(10) 중에서도 해당 테스트 노드에서의 수신 신호 세기가 임계치 이상에 해당하는 앵커 노드를 의미한다. 이와 동일한 원리로, 위치를 알고자 하는 임의 노드로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드라는 것은, 복수의 앵커 노드 중에서도 임의 노드에서의 수신 신호 세기가 임계치 이상에 해당하는 앵커 노드를 의미한다.
이하에서는 수신 거리 반경(R)이 20m인 경우를 실시예로 하여 설명한다. 물론 본 발명에서 수신 거리 반경이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6에서 R1은 A 영역에 포함되는 제1 테스트 노드를 기준으로 반경(R)에 해당하는 영역을 표시한 것이다. 제1 테스트 노드를 기준으로 반경(R) 이내에는 5개의 앵커 노드(A1, A2, A4, A5, A7)가 포함되며, 제2 테스트 노드의 경우에도 동일한 반경(R) 이내에 동일한 5개의 앵커 노드(A1, A2, A4, A5, A7)가 포함된다.
물론, 이와 같은 원리로, 위치를 모르는 임의 노드가 A 구역 내의 어딘 가에 위치하고 있다면, 그 임의 노드를 기준으로 반경(R) 이내에는 상기와 같은 동일한 5개의 앵커 노드(A1, A2, A4, A5, A7)가 포함될 것이다.
R2 역시 B 영역에 포함되는 제3 테스트 노드를 기준으로 반경(R)에 해당하는 영역을 표시한 것이다. 제3 테스트 노드를 기준으로 반경(R) 이내에는 5개의 앵커 노드(A1, A2, A3, A4, A5)가 포함되며, 제4 테스트 노드의 경우에도 동일한 반경(R) 이내에 동일한 5개의 앵커 노드(A1, A2, A3, A4, A5)가 포함된다.
물론, 이와 같은 원리로, 위치를 모르는 임의 노드가 B 구역 내의 어딘 가에 위치하고 있다면, 그 임의 노드를 기준으로 반경(R) 이내에는 상기와 같은 동일한 5개의 앵커 노드(A1, A2, A3, A4, A5)가 포함될 것이다.
A 구역과 B 구역 내 있는 노드의 경우, 수신 거리 반경 이내의 앵커 노드의 개수는 5개로 동일하나, 해당되는 앵커 노드의 위치는 일부 동일하지 않다. 이는 A 구역과 B 구역에 있는 노드의 경우 위치 상으로 서로 인접하지만 본 실시예를 통해 서로 다른 위치로 추정될 수 있음을 암시한다.
이상과 같은 방법으로 모든 테스트 노드에 대하여 일정 거리 내에 있는 앵커 노드의 개수와 위치 정보를 알 수 있다. 즉, 상기 S510 단계에서는 상술한 원리를 이용하여 각 테스트 노드(20)마다 테스트 노드(20)로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 미리 매핑하여 저장한다.
도 7은 도 5의 S510 단계에서 각 테스트 노드마다 수신 반경 이내에 해당되는 앵커 노드의 개수를 넘버링하여 매핑한 결과를 나타낸다. 여기서, 도 7의 A, B 구역은 도 6의 A, B 구역과 대응된다. 도 7의 네 모서리 지점은 도 6의 A1, A2, A4, A5 지점과 대응된다.
도 7에는 각 테스트 노드 별로 숫자가 넘버링되어 있으며 이는 S510 단계에 따른 것이다. 도 7에서 각각의 테스트 노드에는 수신 거리 반경(R) 이내의 앵커 노드의 개수에 해당하는 번호가 매핑되어 있다. 즉, 수신 거리 반경(R) 이내의 앵커 노드가 5개인 테스트 노드에는 '5'가 매핑되어 있으며, 수신 거리 반경(R) 이내의 앵커 노드가 6개인 테스트 노드는 '6'이 매핑되어 있다.
여기서, 테스트 노드의 설정 시에는 복수의 테스트 노드 각각에 대하여 상기 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 매핑하여 저장하되, 동일한 개수의 앵커 노드가 매핑되어 있는 테스트 노드들을 상기 위치 정보에 따라 적어도 하나의 그룹으로 그룹핑하여 저장한다.
예를 들어, 수신 거리 반경 이내의 앵커 노드가 5개인 앵커 노드는 그 위치 정보의 유사성에 따라 도 7과 같이 2개의 그룹(5-1, 5-2)으로 그룹핑된다. 다른 예로, 수신 거리 반경 이내의 앵커 노드가 7개인 테스트 노드들은 총 4개의 그룹(7-1, 7-2, 7-3, 7-4), 수신 거리 반경 이내의 앵커 노드가 9개인 테스트 노드들은 총 1개의 그룹(9-1)으로 그룹핑된다.
이상과 같이 테스트 노드들에 대한 넘버링 맵이 설정되면, 이를 바탕으로 하여 측위 대상이 되는 임의 노드에 대한 위치 추정을 수행할 수 있게 된다. 즉, S510 단계 이후, 앵커노드 정보 획득부(120)는 위치를 알고자 하는 임의 노드로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 획득한다(S520).
임의 노드가 만약 A 구역 내에 있다고 하면, 이 임의 노드로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드의 개수는 앞서 도 6에서 설명한 바와 같이 총 5개이며 해당 앵커 노드의 위치는 A1, A2, A4, A5, A7 지점이다.
이후, 상기 테스트노드 정보 검출부(130)는 앞서 S520 단계에서 획득한 각 테스트 노드별 앵커 노드의 개수 및 위치 정보와 일치하는 적어도 하나의 테스트 노드를 검출한다(S530).
도 7에서는 테스트 노드에 대해 동일한 앵커 노드의 개수가 매핑되어 있더라도 각 테스트 노드의 위치에 따라 테스트 노드들이 하나 또는 그 이상의 그룹으로 그룹핑되어 있다. 또한, 수신 거리 반경 이내에 해당되는 앵커 노드의 개수가 5개인 테스트 노드는 총 4개이며, 그 위치에 따라 5-1과 5-2 그룹으로 구분되어 있다.
따라서, S530 단계는 먼저 상기 임의 노드와 일정 거리 내에 있다고 판단된 앵커 노드의 개수와 일치하는 넘버링이 매핑되어 있는 테스트 노드의 그룹을 1차적으로 검색한다. 이후, 상기 1차 검색된 그룹 중 상기 획득한 앵커 노드의 위치와 일치하는 테스트 노드를 2차 검색한다.
예를 들면, 도 7의 A 구역 내에 위치한 임의 노드에 대해 수신 거리 반경 이내에 있는 앵커 노드의 개수는 5개이고 해당 앵커 노드의 위치 정보는 A1, A2, A4, A5, A7로 획득된다. 이와 동일한 넘버링(5번)이 매핑된 테스트 노드의 그룹은 5-1 그룹과 5-2 그룹으로 1차적으로 검색된다.
다음, 1차 검색된 두 그룹 중에서, 임의 노드로부터 수신 반경 이내에 해당하는 앵커 노드의 위치 정보(A1, A2, A4, A5, A7)와 일치하는 테스트 노드(ex, 제1 테스트 노드와 제2 테스트 노드)가 2차적으로 검색된다.
이후, 위치 추정부(140)는 S530 단계에서 검출한 테스트 노드의 평균 좌표 값을 연산하여 상기 임의 노드의 위치를 추정한다(S540). 미터 단위를 기준으로 제1 테스트 노드의 좌표는 (0,1), 제2 테스트 노드의 좌표는 (0,2)라고 한다면, 상기 A 구역 내에 있는 임의 노드에 대한 추정 위치는 제1 테스트 노드와 제2 테스트 노드 좌표의 평균 값인 (0, 1.5) 점으로 연산된다.
종래의 WCL 알고리즘의 경우는, A 구역 내에 임의 노드가 위치하고 있을 때, 수신 거리 반경(R) 이내에 있는 A1, A2, A4, A5, A7의 좌표 (0,0), (10,0), (0,10), (10,10), (0,20)의 평균 값인 (4,8) 지점을 임의 노드의 좌표로 추정한다. 이러한 종래의 기법에 따르면 본 실시예와 비교하여 볼 때 측위 오차가 상당히 큰 것을 알 수 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 측위 결과를 종래의 WCL 알고리즘에 따른 측위 결과와 비교한 것이다. 도 8의 (a)는 종래 방식을 이용한 위치 추정 결과, (b)는 본 실시예를 이용한 위치 추정 결과이다.
도 8에서 가로 축과 세로 축은 각각 정방형 공간의 가로 및 세로 영역을 의미한다. ● 점은 앵커 노드의 위치, ＊ 점은 임의 노드의 실제 위치, 그리고 ○ 점은 추정한 각 임의 노드의 위치를 나타낸다.
종래의 방식을 이용한 도 8의 (a)에서는 실제 위치에 대해 추정된 위치의 오차가 상당히 큰 것을 알 수 있다. 그러나, 본 실시예를 이용한 경우 도 8의 (b)와 같이 임의 노드가 A 구역에 있는지 아니면 구역 B에 있는지를 정확하게 구분할 수 있다. 만약, 임의 노드가 구역 A에 있을 경우에는 구역 A의 중심좌표 (0, 1.5)를 추정 위치로 하고, 반면에 임의 노드가 구역 B에 있는 경우에는 B의 중심좌표 (1.5, 0)를 추정 위치로 한다. 이에 따라 본 실시예에 따른 기법이 기존 WCL 알고리즘에 비해 측위 정확도가 현저히 높아진 것을 확인할 수 있다.
도 9는 수신 거리 반경이 평균 측위 오차가 비교적 좋은 13m 일 때와 평균 측위 오차가 비교적 나쁜 20m일 때, 기존의 WCL 기법과 본 실시예에 따른 기법의 시뮬레이션 결과를 비교한 것이다. 도 9의 가로 축은 수신 거리 반경, 그리고 세로 축은 측위 오차를 나타낸다. 도 9와 같이, 수신 거리 반경이 13m일 때와 20m일 때 모두, 본 실시예에 따른 측위 방식이 기존의 WCL 방식보다 향상된 것을 알 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법 및 그 장치에 따르면, 기존의 WCL 알고리즘을 사용한 경우와는 달리 무선 센서 네트워크의 가장 자리와 모서리 부근에 있는 임의 노드의 위치를 정확하게 추정할 수 있어서 전체 구역의 평균 위치 오차를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 장치
110: 테스트 노드 설정부 120: 앵커노드 정보 획득부
130: 테스트노드 정보 검출부 140: 위치 추정부

Claims (10)

  1. 일정 간격으로 배열되는 복수의 앵커 노드를 이용하여 측위 대상이 되는 임의 노드의 위치를 추정하는 무선 측위 방법에 있어서,
    상기 복수의 앵커 노드 중에서 일부 앵커 노드들이 형성하는 공간상에 복수의 테스트 노드들을 균일 간격으로 설정하는 단계;
    상기 임의 노드로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 획득하는 단계;
    상기 획득한 앵커 노드의 개수 및 위치 정보와 일치하는 적어도 하나의 테스트 노드를 검출하는 단계; 및
    상기 검출한 테스트 노드의 평균 좌표 값을 연산하여 상기 임의 노드의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 테스트 노드들을 균일 간격으로 설정하는 단계는,
    상기 복수의 테스트 노드 각각에 대하여, 상기 테스트 노드로부터 상기 일정 거리 내에 있는 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 미리 매핑하여 저장하는 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 테스트 노드들을 균일 간격으로 설정하는 단계는,
    상기 복수의 테스트 노드 각각에 대하여 상기 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 매핑하여 저장하되,
    동일한 개수의 앵커 노드가 매핑되어 있는 테스트 노드들을 상기 위치 정보에 따라 적어도 하나의 그룹으로 그룹핑하여 저장하는 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    청구항 3에 있어서,
    상기 획득한 앵커 노드의 개수 및 위치 정보와 일치하는 적어도 하나의 테스트 노드를 검출하는 단계는,
    상기 획득한 앵커 노드의 개수와 일치하는 그룹을 1차적으로 검색한 다음, 상기 1차 검색된 그룹 중 상기 획득한 앵커 노드의 위치와 일치하는 테스트 노드를 2차 검색하는 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 임의 노드로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드는,
    상기 복수의 앵커 노드 중에서, 상기 임의 노드에서의 수신 신호 세기가 임계치 이상에 해당하는 앵커 노드인 무선 센서 네트워크를 이용한 무선 측위 방법.
  6. 일정 간격으로 배열되는 복수의 앵커 노드를 이용하여 측위 대상이 되는 임의 노드의 위치를 추정하는 무선 측위 장치에 있어서,
    상기 복수의 앵커 노드 중에서 일부 앵커 노드들이 형성하는 공간상에 복수의 테스트 노드들을 균일 간격으로 설정하는 테스트 노드 설정부;
    상기 임의 노드로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 획득하는 앵커노드 정보 획득부;
    상기 획득한 앵커 노드의 개수 및 위치 정보와 일치하는 적어도 하나의 테스트 노드를 검출하는 테스트노드 정보 검출부; 및
    상기 검출한 테스트 노드의 평균 좌표 값을 연산하여 상기 임의 노드의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는 무선 센서 네트워크를 위한 무선 측위 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 테스트 노드 설정부는,
    상기 복수의 테스트 노드 각각에 대하여, 상기 테스트 노드로부터 상기 일정 거리 내에 있는 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 미리 매핑하여 저장하는 무선 센서 네트워크를 위한 무선 측위 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 테스트 노드 설정부는,
    상기 복수의 테스트 노드 각각에 대하여 상기 앵커 노드의 개수 및 위치 정보를 매핑하여 저장하되,
    동일한 개수의 앵커 노드가 매핑되어 있는 테스트 노드들을 상기 위치 정보에 따라 적어도 하나의 그룹으로 그룹핑하여 저장하는 무선 센서 네트워크를 위한 무선 측위 장치.
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    청구항 8에 있어서,
    상기 테스트노드 정보 검출부는,
    상기 획득한 앵커 노드의 개수와 일치하는 그룹을 1차적으로 검색한 다음, 상기 1차 검색된 그룹 중 상기 획득한 앵커 노드의 위치와 일치하는 테스트 노드를 2차 검색하는 무선 센서 네트워크를 위한 무선 측위 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 임의 노드로부터 일정 거리 내에 있는 앵커 노드는,
    상기 복수의 앵커 노드 중에서, 상기 임의 노드에서의 수신 신호 세기가 임계치 이상에 해당하는 앵커 노드인 무선 센서 네트워크를 위한 무선 측위 장치.
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