KR101454003B1 - 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템 - Google Patents

실시간 3차원 위치정보 측위 시스템 Download PDF

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KR101454003B1
KR101454003B1 KR1020140046265A KR20140046265A KR101454003B1 KR 101454003 B1 KR101454003 B1 KR 101454003B1 KR 1020140046265 A KR1020140046265 A KR 1020140046265A KR 20140046265 A KR20140046265 A KR 20140046265A KR 101454003 B1 KR101454003 B1 KR 101454003B1
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윤형기
서봉진
김용진
유종규
이문호
차정훈
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케이아이씨시스템즈 (주)
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Abstract

실시간 3차원 위치정보 측위 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템은, 현장에 진입하는 클라이언트에 부착되고, 소정 시간 간격으로 고도정보를 측정하여 송출하는 착용단말, 상기 클라이언트의 이동경로의 소정 반경내에 배치되어 상기 고도정보를 수신하고, 상기 착용단말과의 거리정보를 측정하는 복수의 중계유닛, 상기 현장의 주변에 배치되고, 상기 중계유닛으로부터 상기 고도정보 및 상기 거리정보를 수신하는 베이스스테이션 및 상기 베이스스테이션으로부터 수신된 상기 고도정보 및 상기 거리정보를 기초로 3차원 위치정보를 산출하는 서버를 포함한다.

Description

실시간 3차원 위치정보 측위 시스템 {SYSTEM FOR REAL-TIME MEASURING 3D LOCATION INFORMATION}
본 발명은 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 특정 영역 내에서 이동하는 추적체의 3차원 위치정보 및 주변정보를 실시간으로 측정하고, 이를 기초로 추적체의 위험여부를 판단할 수 있는 측위 시스템에 관한 것이다.
최근 RFID(Radio Frequency IDentification)에 대한 관심과 투자 및 기술 개발이 증가하고 있다. RFID 기술이란 사물에 전자태그를 부착하고, 각 전자태그의 고유 아이디를 무선으로 인식하여, 해당 정보를 수집, 저장, 가공, 추적함으로써 사물에 대한 측위, 원격처리, 관리, 및 사물 간 정보교환 등의 서비스를 제공하는 기술이다.
특히, 자체적인 내부 배터리 및 송신 장치를 내장하고 있는 능동형 RFID 태그(Tag)는 장거리의 데이터 전송이 가능해 환경 감시, 군수, 의료 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 최근, 이러한 능동형 RFID 태그 응용의 하나로 태그가 부착되어 있는 대상의 위치를 실시간으로 확인할 수 있는 실시간 위치 추적 시스템(Real Time Locating System, RTLS)이 새로이 부각되고 있으며, TDOA(Time Difference of Arrival) 방식 등을 주로 사용하여 위치를 추적하는 기술이다.
여기서, 실시간 위치추적시스템(RTLS)은 RFID 기술이나 무선 랜 기술을 활용하여 주로 활용되고 있으며, 사용하는 방법에 따라 많은 분야에서 활용 가능하다.
일반적으로, RTLS는 각 사물에 RTLS 송신기, 예를 들어 RFID 태그가 부착되며, RTLS 수신기 예를 들어 RFID 리더는 상기 RTLS 송신기가 부착된 사물의 고유 식별자(ID)를 무선으로 인식하여, 해당 정보를 수집, 저장, 가공, 추적함으로써 사물에 대한 측위 서비스를 제공하게 된다. 여기서, RTLS 수신기는 RTLS 송신기의 위치를 파악하기 위해, RTLS 송신기의 전파 수신에 따른 신호의 세기와 신호 도착시각 및 신호 수신 방향을 포함하는 위치 정보를 이용하여 RTLS 송신기의 위치를 인식한다.
한국등록특허 제10-1090033호 한국공개특허 제10-2012-0031787호
종래의 실시간 위치 추적 시스템은, 추적하고자 하는 대상의 위치를 2차원 평면좌표정보로만 알 수 있었다. 따라서, 대상의 고도가 다르더라도 동일한 위치에 위치하는 것으로 판단하여 추적대상의 고도변화를 추적할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 실시간 위치 추적 시스템은, 전파환경이 미치지 못하는 곳이나 추적체의 위치정보를 수신하는 수신기의 통신반경으로부터 추적체가 벗어나는 경우, 추적체의 위치를 감지하지 못할 뿐 아니라 추적대상의 위치를 측정한 데이터와 실제 위치와의 오차가 커서 실질적인 도움이 되지 못하는 실정이다.
또한, 추적체의 3차원 위치정보 또는 추적체로부터 측정된 센싱데이터를 수집하여 추적체의 위험도를 예측할 수 있는 기술이 부재한 실정이다. 예를 들어, 추적대상이 화재현장과 같은 위험한 장소에 진입하는 경우, 종래의 시스템은 단순히 추적체의 위치정보만을 현장서버로 전송하여 화재현장 내부에 진입한 추적체의 사고여부를 판단할 수 없는 문제점이 있었다.
위와 같은 문제점으로부터 안출된 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 클라이언트에 부착된 착용단말에서 수집하는 주변정보를 수집할 수 있고, 위험지역에 진입하는 클라이언트의 이동경로에 대응하여 네트워크를 가변하여 클라이언트와 통신을 유지할 수 있는 3차원 위치정보 측위 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 현장에 투입된 클라이언트의 3차원 위치정보를 오차없이 측정하여 실제 투입되는 위치, 고도 및 주변상황을 실시간으로 수신하여 위험도를 예측하고, 위험상황이 발생할 경우, 해당 클라이언트의 위치를 신속하게 파악하고 피해자의 주변상황에 따라 서로 다른 구조방법을 적용하여 사고대원을 구조할 수 있는 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 현장에 투입된 통신 장비들간 자발적인 네트워크를 형성할 수 있고, 지휘본부의 통신가능영역에서 벗어나더라도 현장에 투입된 클라이언트의 3차원 위치정보, 주변정보 및 클라이언트의 상태정보를 실시간으로 수신하여 위험상황에 대비할 수 있는 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 언급된 기술적 과제들을 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템은, 현장에 진입하는 클라이언트에 부착되고, 소정 시간 간격으로 고도정보를 측정하여 송출하는 착용단말, 상기 클라이언트의 이동경로의 소정 반경내에 배치되어 상기 고도정보를 수신하고, 상기 착용단말과의 거리정보를 측정하는 복수의 중계유닛, 상기 현장의 주변에 배치되고, 상기 중계유닛으로부터 상기 고도정보 및 상기 거리정보를 수신하는 베이스스테이션 및 상기 베이스스테이션으로부터 수신된 상기 고도정보 및 상기 거리정보를 기초로 3차원 위치정보를 산출하는 서버를 포함한다.
상기 착용단말 및 상기 중계유닛은 고도센싱모듈을 포함하고, 상기 착용단말 및 상기 중계유닛은 상기 고도센싱모듈을 이용하여 소정 시간 간격으로 각각의 고도정보를 측정할 수 있다.
상기 착용단말은 주변정보를 측정하는 복수의 센서모듈을 포함하고, 상기 주변정보는 가속도, 온도, 습도, 고도, 전압, 생체정보 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 중계유닛은 상기 착용단말로부터 수신된 상기 주변정보를 상기 베이스스스테이션으로 더 전송하고, 상기 서버는 상기 베이스스테이션으로부터 수신된 상기 주변정보 또는 상기 3차원 위치정보를 기초로 상기 착용단말의 위험도를 예측할 수 있다.
상기 중계유닛은 소정 시간 간격으로 거리측정 요청신호를 생성하여 상기 착용단말에 전송하고, 상기 착용단말은 수신된 상기 요청신호에 대응되는 응답신호를 상기 중계유닛으로 전송하되, 상기 중계유닛은 상기 요청신호의 전송시점과 상기 응답신호의 수신시점의 시간간격을 기초로 상기 거리정보를 산출할 수 있다.
상기 복수의 중계유닛은 제1 중계유닛과 제2 중계유닛을 포함하고, 상기 제1 중계유닛은 상기 제1 중계유닛의 통신반경내에 위치하는 복수의 상기 제2 중계유닛과의 거리정보를 더 측정하여 상기 베이스스테이션으로 전송할 수 있다.
상기 베이스스테이션은 상기 베이스스테이션의 통신반경내에 배치되는 복수의 거리측정유닛을 포함하고, 상기 거리측정유닛은 상기 거리측정유닛의 통신반경내에 위치하는 상기 착용단말 또는 상기 중계유닛과의 거리정보를 측정하여 상기 베이스스테이션에 전송할 수 있다.
상기 베이스스테이션, 상기 복수의 중계유닛 및 상기 착용단말은 애드혹 네트워크로 연결되고, 상기 복수의 중계유닛은 상기 애드혹 네트워크를 이용하여 상기 고도정보 및 상기 거리정보를 상기 베이스스테이션으로 전송할 라우팅 경로를 설정할 수 있다.
상기 중계유닛은 라우팅 테이블을 기초로 상기 라우팅 경로를 설정하고, 소정 시간 간격으로 상기 라우팅 테이블을 업데이트할 수 있다.
상기 제1 서버는 상기 착용단말의 소정 반경 내에 배치된 복수의 상기 중계유닛으로부터 수신된 복수의 거리정보를 기초로 상기 착용단말의 2차원 위치정보를 산출하고, 상기 2차원 위치정보 및 상기 고도정보를 기초로 상기 착용단말의 3차원 위치정보를 산출할 수 있다.
상기 베이스스테이션은 상기 현장에 투입되는 복수의 상기 착용단말 및 상기 중계유닛 각각에 서로 다른 고유식별자를 전송할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 현장에 투입되는 클라이언트의 3차원 위치정보를 거리나 장소의 제약 없이 실시간으로 수신할 수 있으며, 클라이언트로부터 수집된 주변정보를 이용하여 실제 현장의 주변환경을 예측할 수 있을 뿐 아니라 3차원 위치정보 및 주변정보를 기초로 클라이언트의 위험여부를 예측할 수 있다.
또한, 클라이언트의 이동경로 주변에 중계유닛이 배치되어, 현장으로부터 원거리로 클라이언트가 이동하거나 일반적인 네트워크로 통신이 불가능한 지역에 클라이언트가 진입하더라도 실시간을 클라언트의 3차원 위치정보를 측정할 수 있으며, 클라이언트에 의해 네트워크가 동적으로 가변될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 내지 도 3은 도 1의 구성요소들간 네트워크가 구성되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 5는 도1 의 확장된 네트워크가 클라이언트의 위치에 대응하여 가변되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 3차원 위치정보를 측정하는 일 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 위치정보 측위 시스템이 도시된다.
착용단말(10)은 현장에 진입하는 클라이언트에 부착되는 장치일 수 있다. 즉, 착용단말(10)은 현장에 진입하는 클라이언트의 의복, 헬멧, 모바일 장치와 같은 통신단말에 부착될 수 있는 RFID 태그의 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 클라이언트의 주변정보를 측정 또는 센싱하여 착용단말(10)의 통신범위내에 배치된 다른 네트워크 구성 요소들에게 브로드캐스팅(broadcasting)으로 측정된 데이터를 송출할 수 있는 다양한 통신 모듈이 구비된 장치일 수 있다.
또한, 착용단말(10)은 통신모듈 외에 고도측정을 위한 고도센싱모듈 및 가속도, 온도, 습도, 전압, 생체정보 등을 측정하기 위한 복수의 센서모듈을 더 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 클라이언트의 주변상황에 대한 데이터를 수집하기 위한 다양한 센서모듈이 더 포함될 수 있다.
착용단말(10)은 이러한 복수의 센서모듈을 이용하여 소정 간격으로 고도 및 주변환경을 측정하여 주변정보를 생성하고, 이를 착용단말(10)의 통신범위 내에 위치하는 복수의 중계유닛(20)에게 송출할 수 있다.
중계유닛(20)은 착용단말(10)이 부착된 클라이언트로부터 현장의 소정 위치에 배치될 수 있으며, 현장에 배치된 다른 중계유닛(20)들과 무선 통신 네트워크로 연결되어 착용단말(10)로부터 수신된 데이터를 베이스스테이션(30)으로 전송할 수 있다.
본 실시예에서, 복수의 중계유닛(20)는 애드혹 네트워크로 연결되고, 데이터 통신 프로토콜은 IEEE 802.15.4인 지그비 프로토콜을 이용하여 데이터를 송수신할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 무선 근거리 네트워크 및 프로토콜을 이용하여 네트워크를 구성할 수도 있다. 또한, 현장에 배치되는 중계노드(20)는 계층형 구조로 망을 구성할 수 있다.
중계유닛(20)은 착용단말(10)이 부착된 클라이언트의 이동경로의 소정반경내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 착용단말(10)을 부착한 클라이언트가 복수의 중계유닛(20)을 가지고 현장에 투입될 수 있으며, 중계유닛(20)의 통신반경을 고려하여 클라이언트가 이동하는 이동경로 주변에 차례로 배치될 수 있다. 즉, 클라이언트에 의해 이동경로 주변에 중계유닛(20)이 배치되고, 중계유닛(20)간 계층형 네트워크를 구성하여 최초 진입위치 근처의 통신 모듈과 통신이 불가능한 지역이나 거리로 이동하더라도 클라이언트로부터 송출되는 다양한 데이터를 서버(40)에서 수신할 수 있다.
한편, 현장에 배치된 중계유닛(20)은 중계유닛(20)과 착용단말(10)과의 거리를 측정할 수 있다. 본 실시예에서, 중계유닛(20)과 착용단말(10)과의 거리측정은 TOA(Time Of Arrival) 및 삼각측량법으로 측정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, RSSI(Received Singnal Strength Indication) 등 실시간 위치 추적 시스템에서 사용되는 다양한 거리측정 알고리즘을 더 이용하여 두 노드간의 거리를 측정할 수 있다.
예를 들어, TOA 및 삼각측량법을 이용하여 중계유닛(20)과 착용단말(10)과의 거리를 측정하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 제1 중계유닛이 소정 시간 간격으로 거리측정 요청신호를 생성하여 착용단말(10)에 전송할 수 있다. 거리측정 요청신호는 제1 중계유닛으로부터 브로드캐스팅되거나, 착용단말(10)의 고유식별자를 이용하여 유니캐스팅될 수도 있다.
착용단말(10)에서 거리측정 요청신호를 수신하면, 요청신호에 대응되는 응답신호를 제1 중계유닛으로 전송할 수 있다. 제1 중계유닛이 상기 응답신호를 수신하면, 거리측정 요청신호의 전송시점과 착용단말로부터 수신된 응답신호의 수신시점을 비교하여 제1 중계유닛과 착용단말과의 거리를 산출할 수 있다. 일반적으로, 거리는 속도와 시간의 곱으로 연산될 수 있으므로, 요청신호의 전송시점과 응답신호의 수신시점의 시간차 및 응답신호의 이동속도를 이용하여 두 노드간의 거리를 측정할 수 있다. 이러한 방법으로, 제2, 제3 중계유닛이 동일한 착용단말(10)에 대한 서로 다른 거리정보를 산출할 수 있다. 제1 내지 제3 중계유닛으로부터 측정된 서로 다른 세 개의 거리정보를 서버(40)로 전송하고, 서버는 삼각측량법을 기초로 착용단말(10)의 위치를 산출할 수 있다.
몇몇 다른 실시예에서, 중계노드(20)는 착용단말 뿐 아니라 중계노드(20)의 통신반경 내에 위치하는 다른 중계노드와의 거리정보도 더 측정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 중계노드(20)로부터 생성된 거리측정 요청신호는 브로드캐스팅되고, 요청신호를 수신한 착용단말(10) 또는 다른 중계유닛으로부터 응답신호를 수신할 수 있다.
몇몇 다른 실시예에서, 중계노드(20)는 거리정보와 함께 고도정보를 더 측정할 수 있다. 이를 위해, 중계노드(20)는 고도측정을 위한 고도센싱모듈을 더 포함할 수 있으며, 소정 시간 간격으로 측정된 고도정보 및 거리정보를 상위노드로 전송할 수 있다.
베이스스테이션(30)은 현장에 투입되는 착용단말(10) 및 중계노드(20)간 구성되는 계층형 네트워크의 최상위 노드일 수 있으며, 하위 계층의 노드, 즉 현장에 투입된 착용단말(10) 및 중계노드(20)로부터 측정된 주변정보, 거리정보, 고도정보 등을 수신하여 서버(40)로 전송할 수 있다.
또한, 베이스스테이션(30)은 거리측정을 위한 복수의 거리측정유닛(31 내지 32, 이하 35)을 포함할 수 있으며, 거리측정유닛(35)은 착용단말(10)과 중계유닛(20)이 그 위치가 가변되는 것과는 달리, 현장 주변의 초기 위치에 고정되어 통신반경 내에 위치하는 하위 계층의 노드와의 거리정보를 측정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 실시예에서 거리측정은 TOA 및 삼각측량법으로 이루어 질 수 있으므로, 현장에 최초로 투입되는 제1 중계유닛 또는 착용단말에 대한 거리측정을 베이스스테이션(30) 및 두 개의 거리측정유닛(31, 32)이 수행할 수 있다. 이를 위해, 최초 배치되는 거리측정유닛(35)은 3개일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
서버(40)는 네트워크를 통해 하나 이상의 디바이스의 접속을 허용하여 데이터를 수신할 수 있다. 네트워크는 유선 또는 무선 인터넷일 수도 있고, 이외에도 유선 공중망, 무선 이동 통신망, 또는 휴대 인터넷 등과 통합된 코어망일 수도 있고, TCP/IP 프로토콜 및 그 상위 계층에 존재하는 여러 서비스, 즉 HTTP(Hyper Text Transfer Protocol), Telnet, FTP(File Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) 등을 제공하는 전 세계적인 개방형 컴퓨터 네트워크 구조를 의미할 수 있다.
서버(40)는 베이스스테이션(30)으로부터 수신된 고도정보 및 거리정보를 기초로 3차원 위치정보를 산출할 수 있다. 예를 들어, 특정 착용단말에 대한 복수의 거리정보를 기초로 2차원 위치정보를 산출할 수 있으며, 2차원 위치정보 및 고도정보를 기초로 3차원 위치정보를 산출할 수 있다. 다시 말해, 2차원 위치정보는 x축 및 y축에 매핑되는 2차원 평면상의 위치정보이고, 고도정보는 z축에 매핑되므로, 두 정보를 조합하여 입체적인 위치정보를 산출할 수 있다.
또한, 서버(40)는 착용단말(10)로부터 수신된 주변정보를 기초로 착용단말(10)의 위험도를 예측할 수 있다. 예를 들어, 착용단말(10)로부터 수신되 주변정보 중 온도정보가 기준값 이상인 경우, 착용단말(10)이 화재지역 근처에 있거나, 화재사고의 위험에 처해 있을 것으로 판단할 수 있다. 또한, 착용단말(10)로부터 소정 시간 간격으로 측정된 고도데이터가 급격한 변화를 보이는 경우, 착용단말(10)의 착용자가 추락했거나 낙상했을 것으로 판단하여 알림신호를 전송할 수 있다. 알림신호는 데이터 수신방향의 역방향으로 하위 노드들에게 전파되거나, 특정 착용단말에 바로 전송될 수도 있다. 이러한 알림신호에는 사고단말의 위치정보 및 주변정보가 함께 포함되어 있으며, 사고단말의 주변에 위치한 다른 착용단말 또는 구조를 위해 새로이 투입되는 수색단말에 이러한 알림신호를 전송하여 신속한 구조활동을 수행할 수 있다.
몇몇 다른 실시예에서, 서버(40)에서 산출된 3차원 위치정보, 예측정보 및 알림신호는 외부서버로 전송될 수 있으며, 외부서버는 복수의 서버(40)로부터 수신된 데이터들을 종합적으로 관리하기 위한 서버일 수 있다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 도 1의 구성요소들간 네트워크가 구성되는 일 예가 도시된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 클라이언트는 착용단말(10)을 부착하고 복수의 중계유닛(21 내지 23)을 소지하여 현장에 진입할 수 있다. 현장에 투입되는 착용단말(10) 및 복수의 중계유닛(21 내지 23)은 베이스스테이션(30)으로부터 네트워크 구성을 위한 고유 식별자를 부여받을 수 있다. 또한, 베이스스테이션(30)은 착용단말 또는 중계유닛(21 내지 23)에 시각동기화를 위한 시간동기화 패킷을 더 전송하여, 동일한 네트워크로 연결된 구성노드들은 동일한 기준시각 및 주기로 데이터를 송수신할 수 있다.
현장에 투입된 클라이언트가 도시된 클라이언트의 이동경로와 같이 이동하는 경우, 클라이언트는 현재 위치인 위치 A에 베이스스테이션(30)과의 통신을 위한 제1 중계유닛(21)을 위치 A의 소정 반경내에 배치할 수 있다. 위치 A에서 클라이언트에 부착된 착용단말(10)은, 베이스스테이션(30) 및 거리측정유닛(31, 32)의 통신반경 내에 위치하고 있고, 클라이언트에 의해 배치된 제1 중계유닛(21)과도 데이터를 송수신할 수 있다.
클라이언트가 위치 A에서 도 2에 도시된 클라이언트의 이동경로와 같이 이동하는 경우, 중계유닛간의 통신반경을 고려하여 중간지점에 제2 중계유닛(22)를 배치한 후 위치 B로 이동할 수 있다. 위치 B에서 착용단말(10)은 베이스스테이션(30) 및 거리측정(31, 32)의 통신반경에서 벗어나 있어 직접적인 통신이 곤란할 수 있다.
이때, 이동경로의 소정 반경 내에 배치된 제1 중계유닛(21), 제2 중계유닛(22) 및 제3 중계유닛(23)을 이용하여 착용단말(10)이 베이스스테이션(30)과 통신을 수행할 수 있다. 구체적으로, 착용단말(10)을 감지할 수 있는 제2 중계유닛(22)과 제3 중계유닛(23)으로부터 착용단말(10)이 측정한 주변정보를 수신할 수 있으며, 제2 및 제3 중계유닛(22, 23)로부터 측정된 착용단말(10)의 거리정보를 제1 중계유닛(21)으로 전송하고, 제1 중계유닛(21)은 이를 베이스스테이션(30)으로 전송할 수 있다. 전술한 바와 같이, 착용단말(10) 또는 중계유닛의 거리측정은 삼각측량법을 통하여 이루어질 수 있으므로, 착용 단말(10)의 거리를 측정하는 적어도 3개 이상의 중계노드가 착용 단말(10)의 주변에 더 배치될 수 있다.
이러한 계층형 노드 구조를 이용하여 클라이언트가 베이스스테이션(30)의 통신반경으로부터 원격지로 이동하더라도, 하위노드로부터 수신된 데이터를 최상위노드인 베이스스테이션(30)에서 수신할 수 있다. 복수의 중계유닛간의 데이터 전송 효율을 향상시키기 위해, 각 중계유닛들은 각각의 라우팅 테이블을 이용하여 라우팅 테이블의 우선순위에 있는 중계유닛과의 데이터 통신을 순차적으로 수행할 수 있다.
라우팅 테이블의 우선순위를 결정하는 일 예는 다음과 같다.
먼저, 베이스스테이션(30)에서 네트워크 구성을 위한 소정의 패킷을 브로드캐스팅할 수 있다. 베이스스테이션(30)의 통신반경 내에 위치하는 제1 중계유닛(21)이 패킷을 수신하면, 패킷에 포함된 계층정보를 기초로 자신의 계층정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 베이스스테이션에서 패킷에 자신이 0계층임을 나타내는 계층정보와 베이스스테이션의 위치정보를 패킷에 포함시켜 전송하고, 제1 중계유닛(21)이 이를 수신하면 자신을 1계층으로 설정할 수 있으며, 자신의 계층정보와 베이스스테이션의 주소정보를 라우팅 테이블에 저장할 수 있다. 또한, 제1 중계유닛(21)은 자신의 계층정보와 자신의 주소정보를 자신의 통신반경내에 위치하는 제2 중계유닛(22)에 송출할 수 있고, 제2 중계유닛(22)은 동일한 방법으로 라우팅 테이블에는 자신의 계층정보인 제2 계층과 제1 중계유닛(21)의 주소정보를 저장할 수 있다
만약, 제2 중계유닛(22)으로부터 송출된 패킷이 다시 제1 중계유닛(21)으로 전송되는 경우, 제1 중계유닛(21)은 수신된 패킷에 포함된 계층정보를 라우팅 테이블의 계층정보와 비교하여, 자신보다 하위계층으로부터 수신된 패킷은 무시하거나 라우팅 테이블의 하위순위에 저장할 수 있다. 또한, 수신된 패킷의 계층정보와 라우팅 테이블의 계층정보가 동일한 경우, 수신된 신호의 크기가 큰 패킷을 라우팅 테이블의 상위 우선순위로, 신호의 크기가 약한 패킷을 하위 라우팅 테이블의 하위순위로 저장할 수 있다. 라우팅 테이블은 베이스스테이션으로부터 소정 시간 간격으로 전송되는 네트워크 측정용 패킷을 이용하여 소정 시간 간격으로 업데이트될 수 있다.
이러한 방법으로 각 노드들간의 라우팅 테이블이 완성되면, 각 노드는 데이터의 전송경로의 우선순위를 결정할 수 있다. 예를 들어, 하위노드로부터 수신된 데이터를 상위 노드로 전송하고자 할 경우, 라우팅 테이블의 상위순서부터 차례대로 데이터를 전송할 수 있으며, 상위 노드로부터 수신된 데이터를 하위 노드로 전송하고자 할 경우, 라우팅 테이블의 하위순서부터 차례대로 데이터를 전송할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 착용단말(10)의 거리측정 방법과 유사한 방법으로 각 중계유닛간의 거리도 측정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 착용단말(10)의 거리측정은 TOA 및 삼각측량법을 기초로 위치정보를 측정할 수 있다. 이와 마찬가지로, 현장에 투입되는 중계유닛(21, 22)도 TOA와 삼각측량법을 이용하여 위치정보를 측정할 수 있다. 먼저, 현장에 최초로 배치되는 제1 중계유닛(21)은 현장의 소정 위치에 미리 배치된 세 개의 거리측정모듈(31, 32, 33)으로부터 측정될 수 있다. 이를 위해, 제1 중계유닛(21)은 최소 하나의 거리측정모듈의 통신반경 내에 위치시켜야 할 필요가 있으며, 거리측정 요청신호의 전송시점과 응답신호의 수신시점의 시간차를 기초로 복수의 거리정보를 측정하고, 측정된 거리정보는 서버(미도시)에서 삼각측량법을 이용하여 2차원 좌표정보로 산출될 수 있다. 여기에, 제1 중계유닛(21)으로부터 측정된 고도정보를 이용하여 제1 중계유닛(21)의 3차원 위치정보를 산출할 수 있다. 이를 위해, 베이스스테이션(30) 및 거리측정모듈(31, 32, 33)은 초기 위치점의 좌표정보와 초기 고도정보를 측정하여 서버로 전송할 수 있다.
한편, 클라이언트의 이동경로에 따라 배치된 제2 중계유닛(22)은 제2 거리측정모듈(32)의 통신반경에서 벗어난 위치에 배치될 수 있다. 그러나, 제1 거리측정모듈(31), 제3 거리측정모듈(33) 및 제1 중계유닛(21)으로부터 측정된 거리정보를 기초로 제2 중계유닛(22)의 3차원 위치정보가 산출될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 중계유닛 및 착용단말간에 구성되는 네트워크는 통신반경 및 장소에 제약을 받지 않으며, 클라이언트가 원하는 위치로 이동하는 동안 주변에 중계유닛을 설치하면 항상 네트워크가 유지될 수 있다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 도1 의 확장된 네트워크가 클라이언트의 위치에 대응하여 가변되는 일 예가 도시된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 클라이언트가 착용단말(10)을 부착하고 이동경로에 따라 제1 중계유닛(21)을 시작으로 제4 중계유닛(24)까지 순차적으로 중계유닛을 배치할 수 있다. 클라이언트가 장소 A에 위치하는 경우, 베이스스테이션(30), 거리측정모듈(31, 32, 33) 및 제1 중계유닛(21)의 통신반경에는 벗어나 있으나, 제2 내지 제4 중계유닛(22, 23, 24)가 클라이언트의 착용단말(10)과 통신하며 클라이언트의 3차원 위치정보를 실시간, 즉 소정 시간 간격으로 전송할 수 있다.
도 5를 함께 참조하면, 클라이언트가 장소 A에서 모든 임무를 수행하고 장소 B로 이동할 수 있다. 이때, 도 4에 도시된 장소 A 근방에 배치된 제3 중계유닛(23) 은 장소 B로 이동한 후의 클라이언트와 통신을 수행할 수 없을 뿐 아니라, 이후 네트워크 구성간 불필요한 노드가 될 수 있다. 따라서, 클라이언트는 장소 A에서 장소 B로 이동하는 도중 제3 중계유닛(23)을 회수하여 장소 B의 근처에 재배치할 수 있다. 장소 B의 근처로 위치를 이동한 제3 중계유닛(23)은 이후, 베이스스테이션(30)으로부터 소정 간격으로 전송되는 네트워크 구성 패킷에 따라 네트워크 구성이 갱신될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제3 중계유닛(23)에 포함된 센서모듈에 의해 움직임정보가 감지되면 제3 중계유닛(23)에서 내트워크 재구성 신호를 데이터 전송 경로를 통하여 베이스스테이션(30)으로 전송할 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 1의 3차원 위치정보를 측정하는 일 예가 도시된다.
도시된 바와 같이, 현장에 투입되는 제1 착용단말(11)과 제2 착용단말(12)은 서로 다른 고도정보를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 클라이언트와 제2 클라이언트가 고층빌딩에 진입하여 임무를 수행하는 경우, 제1 클라이언트에 부착된 제1 착용단말(11)은 고도 A에, 제2 클라이언트에 부착된 제2 착용단말(12)은 고도 B에서 감지될 수 있다. 종래의 실시간 위치 추적 시스템은, 추적체의 위치를 2차원 좌표정보로 나타내므로 제1 착용단말(11)과 제2 착용단말(12)이 실제로는 서로 다른 높이에 위치하더라도 같은 위치로 감지할 수 있다.
반면, 본 실시예에 따른 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템은 복수의 중계유닛(21 내지 26)으로부터 측정된 2차원 위치정보에 각 착용단말로부터 측정된 고도정보를 더 기초로 3차원 위치정보를 산출할 수 있으므로, 빌딩이나 산악지형 등 고도의 차이가 있는 현장에 투입되는 클라이언트의 3차원 위치정보를 실시간으로 추적할 수 있다. 또한, 제2 착용단말(12)을 착용한 클라이언트가 임무수행 중 추락하여 고도 A로의 낙상사고가 발생한 경우, 제2 착용단말(12)로부터 소정시간 간격으로 측정되는 고도정보를 서버에서 수신하여, 시간에 따른 고도정보의 변화 등으로 예상되는 위험정도를 예측할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (11)

  1. 현장에 진입하는 클라이언트에 부착되고, 소정 시간 간격으로 고도정보를 측정하여 송출하는 착용단말;
    상기 클라이언트의 이동경로의 소정 반경내에 상기 클라이언트에 의해 배치되어 상기 고도정보를 수신하고, 상기 착용단말과의 거리정보를 측정하는 제1 중계유닛 및 제2 중계유닛을 포함하는 복수의 중계유닛;
    상기 현장의 주변에 배치되고, 상기 중계유닛으로부터 상기 고도정보 및 상기 거리정보를 수신하는 베이스스테이션; 및
    상기 베이스스테이션으로부터 수신된 상기 고도정보 및 상기 거리정보를 기초로 3차원 위치정보를 산출하는 서버를 포함하되,
    상기 제1 중계유닛이 상기 클라이언트에 의해 제1 장소에 배치되면, 상기 제1 중계유닛의 제1 통신반경내에 위치하는 복수의 상기 제2 중계유닛과의 거리정보를 더 측정하여 상기 베이스스테이션으로 전송하고,
    상기 제1 중계유닛이 상기 클라이언트에 의해 상기 제1 장소에서 제2 장소로 재배치되면 상기 제1 중계유닛은 상기 제2 장소를 기준으로 네트워크를 재구성하고, 상기 제1 중계유닛의 제2 통신반경 내에 위치하는 복수의 다른 중계유닛과의 거리정보를 더 측정하여 상기 베이스스테이션으로 전송하는, 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 착용단말 및 상기 중계유닛은 고도센싱모듈을 포함하고, 상기 착용단말 및 상기 중계유닛은 상기 고도센싱모듈을 이용하여 소정 시간 간격으로 각각의 고도정보를 측정하는, 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 착용단말은 주변정보를 측정하는 복수의 센서모듈을 포함하고, 상기 주변정보는 가속도, 온도, 습도, 고도, 전압, 생체정보 중 하나를 포함하는, 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중계유닛은 상기 착용단말로부터 수신된 상기 주변정보를 상기 베이스스스테이션으로 더 전송하고,
    상기 서버는 상기 베이스스테이션으로부터 수신된 상기 주변정보 또는 상기 3차원 위치정보를 기초로 상기 착용단말의 위험도를 예측하는, 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중계유닛은 소정 시간 간격으로 거리측정 요청신호를 생성하여 상기 착용단말에 전송하고,
    상기 착용단말은 수신된 상기 요청신호에 대응되는 응답신호를 상기 중계유닛으로 전송하되,
    상기 중계유닛은 상기 요청신호의 전송시점과 상기 응답신호의 수신시점의 시간간격을 기초로 상기 거리정보를 산출하는, 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 베이스스테이션은 상기 베이스스테이션의 통신반경내에 배치되는 복수의 거리측정유닛을 포함하고,
    상기 거리측정유닛은 상기 거리측정유닛의 통신반경내에 위치하는 상기 착용단말 또는 상기 중계유닛과의 거리정보를 측정하여 상기 베이스스테이션에 전송하는, 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 베이스스테이션, 상기 복수의 중계유닛 및 상기 착용단말은 애드혹 네트워크로 연결되고,
    상기 복수의 중계유닛은 상기 애드혹 네트워크를 이용하여 상기 고도정보 및 상기 거리정보를 상기 베이스스테이션으로 전송할 라우팅 경로를 설정하는, 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중계유닛은 라우팅 테이블을 기초로 상기 라우팅 경로를 설정하고, 소정 시간 간격으로 상기 라우팅 테이블을 업데이트하는, 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 서버는 상기 착용단말의 소정 반경 내에 배치된 복수의 상기 중계유닛으로부터 수신된 복수의 거리정보를 기초로 상기 착용단말의 2차원 위치정보를 산출하고,
    상기 2차원 위치정보 및 상기 고도정보를 기초로 상기 착용단말의 3차원 위치정보를 산출하는, 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 베이스스테이션은 상기 현장에 투입되는 복수의 상기 착용단말 및 상기 중계유닛 각각에 서로 다른 고유식별자를 전송하는, 실시간 3차원 위치정보 측위 시스템.
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