KR101515013B1

KR101515013B1 - 실내 무선 측위 시스템 및 실내 무선 측위 방법

Info

Publication number: KR101515013B1
Application number: KR1020130164836A
Authority: KR
Inventors: 신요안; 범소; 석건; 김광열
Original assignee: 숭실대학교산학협력단
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-04-24
Also published as: US9344855B2; US20150172873A1

Abstract

다층 건물 내에서 층 또는 벽으로 인한 신호 감쇠 예측을 수행하여 보다 정확히 실내 무선 측위를 수행할 수 있는 실내 무선 측위 시스템 및 실내 무선 측위 방법을 개시한다.
실내 무선 측위 방법은 건물 내에서 사용자 단말이 위치하고 있는 층과 윗층 및 아랫층과의 층간 손실 정보를 산출하고, 산출된 층간 손실 정보와 미리 저장된 사전 층간 손실 정보를 비교하여 사용자 단말이 위치하고 있는 층을 산출하고, 사용자 단말이 위치하고 있는 층에서 벽간 손실에 대한 정보를 산출하고, 사용자 단말의 수신 신호 세기와 상기 벽간 손실에 대한 정보에 따라 사용자 단말의 수평면상의 위치 정보를 획득하므로, 사용자 단말의 위치 검출 시 그 정확도가 향상되며 보다 효율적인 무선 측위가 가능하게 된다.

Description

실내 무선 측위 시스템 및 실내 무선 측위 방법{INDOOR WIRELESS POSITIONING SYSTEM AND INDOOR WIRELESS POSITIONING METHOD}

건물 내부에서 이동하는 사용자 단말의 위치를 산출할 수 있는 실내 무선 측위 시스템 및 실내 무선 측위 방법에 관한 것이다.

최근 미국, 유럽 등 많은 국가에서 무선랜 기반의 실내 측위에 대한 연구가 진행되고 있다. 한가지 예로, 인텔(Intel)사에서 진행 중인 플레이스랩(PlaceLab) 프로젝트는 기본적으로 무선랜 신호값에 기반하여 위치를 측정할 수 있다. 그리고, 한 단계 더 나아가 GSM, 블루투스, RFID 등과 같은 최신 네트워크 인프라를 구축하여 보다 정확한 위치 추정 방법을 연구 중에 있다.

일례로, 유럽의 교통 약자들을 위한 ASK-IT 프로젝트에서는 홈 서비스, 실내 안내 등을 제공할 때 무선랜 네트워크를 변형한 MOTE 센서 네트워크를 이용한 실내 위치 측정방법을 연구하고 있다.

이외에도 무선 신호의 전파 모델(Propagation Model)과, 계산된 지점과 가장 가까운 곳을 선택하는 최근접 이웃(Nearest Neighbor) 기법을 이용한 RADAR 시스템 등이 있다. 또한, 상용화되어 판매 중인 시스템으로는 에카하우(Ekahau)의 RTLS(Real-Time Location System), 에어로 스카우트(AeroScout) Visibility System 등이 있다.

이러한 연구들에서 구체적인 측위 방법들을 다수 제시하였고, 제시된 측위 방법들은 크게 두 가지 방법으로 요약될 수 있는데, 그 중 하나가 GPS에서도 사용되고 있는 삼각 측량법이고, 나머지 하나는 Cellular 망과 같이 격자 형태로 지역을 분할하여 셀(Cell) 단위로 위치를 측정하는 핑거프린팅(Fingerprinting) 방식이다.

일반적으로 무선 센서 네트워크에서 센서로부터 수신한 신호의 세기를 센서와 노드들의 위치 추정에 활용하고 있지만 수신신호세기는 벽, 층, 사람 등과 같은 실내 장애물에 의해 민감하게 변화하는 단점을 가지고 있다.

본 발명의 일측면은 다층 건물 내에서 층 또는 벽으로 인한 신호 감쇠 예측을 수행하여 보다 정확히 실내 무선 측위를 수행할 수 있는 실내 무선 측위 시스템 및 실내 무선 측위 방법을 제공한다.

이를 위한 본 발명의 일측면에 의한 실내 무선 측위 방법은 복수 개의 층으로 이루어진 건물 내에서 이동하는 사용자 단말의 위치를 추적하는 실내 무선 측위 방법에 있어서, 상기 건물 내에서 사용자 단말이 위치하고 있는 층과 윗층 및 아랫층과의 층간 손실 정보를 산출하고, 상기 산출된 층간 손실 정보와 미리 저장된 사전 층간 손실 정보를 비교하여 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층을 산출하고,상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층에서 벽간 손실에 대한 정보를 산출하고, 상기 사용자 단말의 수신 신호 세기와 상기 벽간 손실에 대한 정보에 따라 상기 사용자 단말의 수평면상의 위치 정보를 획득할 수 있다.

상기 건물 내에서 사용자 단말이 위치하고 있는 층과 윗층 및 아랫층과의 층간 손실 정보를 산출하는 것은, 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층의 윗층 및 아랫층으로부터 전송되는 수신 신호 세기, 기준거리에서의 파워 손실 및 상기 사용자 단말이 위치한 층에서 파워 손실에 따라 상기 윗층 및 아랫층과의 층간 손실 정보를 산출할 수 있다.

상기 산출된 층간 손실 정보와 미리 저장된 사전 층간 손실 정보를 비교하여 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층을 산출하는 것은, 상기 산출된 층간 손실 정보와 미리 저장된 상기 건물 내의 복수 개의 사전 층간 손실 정보를 비교하여 유클리디안 거리값을 산출하고, 상기 유클리디안 거리값이 최소인 값을 찾아 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층을 산출할 수 있다.

상기 사용자 단말의 수신 신호 세기와 상기 벽간 손실에 대한 정보에 따라 상기 사용자 단말의 수평면상의 위치 정보를 획득하는 것은, 상기 사용자 단말로 전송되는 수신 신호 세기의 감쇠값을 산출하고, 상기 수신 신호 세기의 감쇠값에서 상기 벽간 손실에 의한 감쇠값을 차감하여 벽이 없는 자유 공간에서의 상기 사용자 단말의 위치를 산출할 수 있다.

상기 벽이 없는 자유 공간에서, 상기 사용자 단말로 신호를 송신하는 복수 개의 액세스 포인트와의 거리를 산출하고, 상기 산출된 거리에 삼각 측량 기법을 사용하여 상기 사용자 단말의 위치 좌표를 산출할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 의한 실내 무선 측위 시스템은 복수 개의 층으로 이루어진 건물 내에서 이동하는 사용자 단말의 위치를 추적하는 실내 무선 측위 시스템에 있어서, 상기 건물 내의 신호를 전송할 수 있도록 각 층마다 적어도 하나 설치되는 액세스 포인트;와, 상기 건물 내에서 신호가 전송되는 경우, 각 층을 통과할 때 손실되는 사전 층간 감쇠 정보를 저장하는 데이터베이스; 및 상기 건물 내에서 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층과 윗층 및 아랫층과의 층간 손실 정보를 산출하고, 상기 산출된 층간 손실 정보와 상기 사전 층간 손실 정보에 따라 상기 사용자 단말이 위치하는 층을 산출하고, 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층에서 벽간 손실에 대한 정보를 산출하고, 상기 사용자 단말의 수신 신호 세기와 상기 벽간 손실에 대한 정보에 따라 상기 사용자 단말의 수평면상의 위치 정보를 획득하는 실내 무선 측위 장치를 포함할 수 있다.

상기 액세스 포인트는 상기 건물 내의 각 층에 설치되며, 상기 여러 층에 설치되는 상기 액세스 포인트는 같은 수직면상에 설치되는 수직 그룹이 적어도 하나 존재하며, 각 층마다 같은 수평 좌표를 가지는 수평 그룹이 적어도 하나 존재할 수 있다.

상기 실내 무선 측위 장치는 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층의 윗층 및 아랫층으로부터 전송되는 수신 신호 세기, 기준거리에서의 파워 손실 및 상기 사용자 단말이 위치한 층에서 파워 손실에 따라 상기 윗층 및 아랫층과의 층간 손실 정보를 산출할 수 있다.

상기 실내 무선 측위 장치가 상기 산출된 층간 손실 정보와 미리 저장된 사전 층간 손실 정보를 비교하여 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층을 산출하는 것은, 상기 산출된 층간 손실 정보와 미리 저장된 상기 건물 내의 복수 개의 사전 층간 손실 정보를 비교하여 유클리디안 거리값을 산출하고, 상기 유클리디안 거리값이 최소인 값을 찾아 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층을 산출할 수 있다.

상기 실내 무선 측위 장치가 상기 사용자 단말의 수신 신호 세기와 상기 벽간 손실에 대한 정보에 따라 상기 사용자 단말의 수평면상의 위치 정보를 획득하는 것은, 상기 사용자 단말로 전송되는 수신 신호 세기의 감쇠값을 산출하고, 상기 수신 신호 세기의 감쇠값에서 상기 벽간 손실에 의한 감쇠값을 차감하여 벽이 없는 자유 공간에서의 상기 사용자 단말의 위치를 산출할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일측면에 의하면 건물 내에서 이동하는 사용자 단말의 위치 검출 시 신호의 층간 감쇠 및 벽간 감쇠를 모두 고려하므로 그 정확도가 향상되며 보다 효율적인 무선 측위가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 실내 무선 측위 시스템에 대한 개념도
도 2a는 본 발명의 일실시예에 의한 실내 무선 측위 시스템에 의해 사용자 단말의 위치가 측정되는 건물의 예시도이며, 도 2b는 도 2a 건물의 단면도
도 3a는 본 발명의 일실시예에 의한 실내 무선 측위 시스템에서 사용자 단말의 수평면상의 위치 추정 방법을 설명하기 위해 도시한 건물의 단면도이며, 도 3b는 도 3a의 단면도에서 1개의 층에 대한 상부 단면도
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 실내 무선 측위 시스템에서 사용자 단말의 수평면상의 위치 좌표를 찾는 방법을 설명하기 위한 개념도
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 실내 무선 측위 방법을 설명하기 위한 제어흐름도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 실내 무선 측위 시스템에 대한 개념도이다.

실내 무선 측위 시스템은 사용자 단말(10), 실내에 설치된 복수의 액세스 포인트(AP,100), 실내 무선 측위 장치(200) 및 데이터베이스(300)를 포함할 수 있다.

사용자 단말(10)은 무선랜 장치를 탑재한 단말로서, 무선 네트워크의 커버리지 영역 내에 위치하면, 액세스 포인트(100)와 통신할 수 있다.

액세스 포인트(100)는 무선 네트워크의 커버리지 영역을 설정할 수 있도록 복수 개의 지점에 설치될 수 있다.

실내 무선 측위 장치(200)는 무선 네트워크의 커버리지 영역 내에 위치하는 사용자 단말(10)의 위치를 측정할 수 있다. 실내 무선 측위 장치(200)는 층간 감쇠 예측 및 벽간 감쇠 예측에 따라 사용자 단말(10)의 위치를 측정할 수 있다.

실내 무선 측위 장치(200)는 신호전파모델을 이용하여 사용자 단말(10)의 위치를 측정할 수 있다. 수식 1 내지 수식 3을 통해 신호전파모델을 설명한다.

수식 1

P_r = P_t - P_L

P_r = 수신 파워

P_t = 송신 파워

P_L = 경로간의 파워 손실

사용자 단말(10)의 수신 파워(P_r)는 액세스 포인트(RP)의 송신 파워에서 경로간의 파워 손실(P_L)을 차감한 값과 동일하다. P_L(d)는 거리에 따른 파워 손실로서 층간 감쇠를 고려하면, 다음 수식 2와 같이 거리 d의 함수로 나타낼 수 있다.

수식 2

P_L(d)= P_L(d₀) + 10·u·log(d/d₀) + FA

P_L(d₀) = 기준 거리 d₀(예를 들면, 1m)에서 파워 손실

u = 경로 손실 지수(path loss exponent)

d = 액세스 포인트로부터의 거리

FA = 층간 감쇠

상술한 수식 2에 기초하여 벽간 감쇠를 고려하여 표시하면 다음 수식 3이 도출된다.

수식 3

P_L(d)= P_L(d₀) + 10·u·log(d/d₀) + FA + nWA

P_L ₍d₀) = 기준 거리 d₀(예를 들면, 1m)에서 파워 손실

u = 경로 손실 지수(path loss exponent)

d = 액세스 포인트로부터의 거리

FA = 층간 감쇠

WA = 벽간 감쇠

n = 벽의 개수

데이터베이스(300)는 사전 층간 감쇠량(FA)과, 사전 벽간 감쇠량(WA)을 미리 저장할 수 있다. 층간 감쇠량과 벽간 감쇠량은 층과 벽의 재질(나무, 시멘트 등)에 따라 신호가 감쇠되는 정도를 수치화한 값이다.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 의한 실내 무선 측위 시스템에 의해 사용자 단말의 위치가 측정되는 건물의 예시도이며, 도 2b는 도 2a 건물의 단면도이다.

예시된 건물은 3층으로 이루어져 있으며, 건물의 내부에 사용자 단말(10)이 위치하고 있다. 그리고, 각 층에는 액세스 포인트(100)가 마련되어 신호를 송신하고 있다.

사용자 단말(10)은 건물의 각 층에 있는 액세스 포인트(100)로부터 전송되는 신호를 수신할 수 있다. 사용자 단말(10)이 수신하는 신호의 세기는 층간 또는 벽간 감쇠를 겪으면서 작아지게 된다. 여기서, 층간 감쇠는 층을 통과할 때 손실되는 신호의 크기를 의미하며, 벽간 감쇠는 벽을 통과할 때 손실되는 신호의 크기를 의미한다.

실내 무선 측위 장치(200)는 사용자 단말(10)의 수신 신호 세기(RSS)에 따라 층의 위치 및 수평면 위치를 추정할 수 있다. 실내 무선 측위 장치(200)는 층수 식별 단계 및 수평면 식별 단계에 따라 사용다 단말(10)의 층수 및 수평면의 위치를 식별할 수 있다.

실내 무선 측위 장치(200)는 층수 식별 단계에서, 다음과 같은 수식 4 내지 수식 9를 이용하여 층간 감쇠를 추출하고, 미리 저장된 사전 층간 감쇠와 비교하여 유클리드 거리값을 구하고, 유클리드 거리값에 따라 사용자 단말(10)이 위치하는 층수를 식별할 수 있다. 이하 수식을 예로 들어 구체적으로 설명한다.

수식 4

d_i = i번째 층에 위치한 AP와 사용자 단말 사이의 거리

PL_i = i번째 층에서 파워 손실

P_L(d₀) = 기준 거리 d₀(예를 들면, 1m)에서 파워 손실

u = 경로 손실 지수(path loss exponent)

수식 5

d_i ₊₁ = i+1번째 층에 위치한 AP와 i번째 층에 위치한 사용자 단말 사이의 거리

PL_i ₊₁ = i+1번째 층에서 파워 손실

FA_i ₊₁ = i+1번째 층의 벽간 손실

P_L(d₀) = 기준 거리 d₀(예를 들면, 1m)에서 파워 손실

u = 경로 손실 지수(path loss exponent)

수식 6

d_i _-1 = i-1번째 층에 위치한 AP와 i번째 위치한 사용자 단말 사이의 거리

PL_i _-1 = i-1번째 층에서 파워 손실

FA_i _-1 = i-1번째 층의 벽간 손실

P_L(d₀) = 기준 거리 d₀(예를 들면, 1m)에서 파워 손실

u = 경로 손실 지수(path loss exponent)

수식 4는 i번째 층에 위치한 액세스 포인트(AP)와 사용자 단말 사이의 거리에 관한 수식을 정리한 것이며, 수식 5는 i+1번째 층에 위치한 액세스 포인트(AP)와 i번째 층에 위치한 사용자 단말 사이의 거리에 관한 수식을 정리한 것이며, 수식 6은 i-1번째 층에 위치한 액세스 포인트(AP)와 i번째 층에 위치한 사용자 단말 사이의 거리에 관한 수식을 정리한 것이다.

수식 7

도 2b의 도면을 바탕으로 피타고라스의 정리를 이용하면, 수식 7과 같은 공식이 도출된다. 수식 4와 수식 5를 수식 7에 대입하면 수식 8이 도출되고, 수식 4와 수식 6을 수식 7에 대입하면 수식 9가 도출된다.

수식 8

FA_i _,i+1 = i번째 층과 i+1번째 층 사이의 층간 손실

P_i ₊₁ = i+1번째 층으로부터 사용자 단말로 전송된 신호의 세기

P_L(d₀) = 기준 거리 d₀(예를 들면, 1m)에서 파워 손실

u = 경로 손실 지수(path loss exponent)

H = 각 층에 설치된 AP 간의 수직 거리

PL_i = i번째 층에서 파워 손실

수식 9

FA_i _,i-1 = i번째 층과 i-1번째 층 사이의 층간 손실

P_i _-1 = i-1번째 층으로부터 사용자 단말로 전송된 신호의 세기

P_L(d₀) = 기준 거리 d₀(예를 들면, 1m)에서 파워 손실

u = 경로 손실 지수(path loss exponent)

H = 각 층에 설치된 AP 간의 수직 거리

PL_i = i번째 층에서 파워 손실

실내 무선 측위 장치(200)는 상술한 수식에 의해 추출된 층간 감쇠 정보(FA_i _,i+1,FA_i _,i-1)와, 데이터베이스(300)에 미리 저장된 사전 층간 감쇠 정보를 이용하여 유클리안 거리값을 구하고, 그 결과를 통해 사용자 단말(10)이 위치한 층수를 식별할 수 있다.

수식 10

MEDM = Minimum Euclidean Distance Matching

FA_i _,i-1 = i번째 층과 i-1번째 층 사이의 산출된 층간 손실

FA_i _,i+1 = i번째 층과 i+1번째 층 사이의 산출된 층간 손실

PFA_i _,i-1 = i번째 층과 i-1번째 층 사이의 사전에 저장된 층간 손실

PFA_i _,i+1 = i번째 층과 i+1번째 층 사이의 사전에 저장된 층간 손실

실내 무선 측위 장치(200)는 수식 8 및 수식 9에 의해 FA_i _,i-1 및 FA_i _,i+1을 산출하면, 미리 저장된 사전 층간 감쇠 PFA_i _,i-1 및 PFA_i _,i+1을 이용하여 MEDM(Minimum Euclidean Distance Matching, 유클리디안 거리값이 최소가 되는 값)을 구하게 되고, 그 값이 최소인 경우에 해당하는 i값을 사용자 단말(10)이 위치하는 층으로 결정하게 된다.

예를 들어, 데이터베이스(300)에 2층과 3층, 3층과 4층에서의 각각의 사전 층간 감쇠 정보를 저장하고 있다고 가정한다. 이 때, 표 1에 도시한 것처럼, FA_i _,i-1은 17.9dB이고, FA_i _,i+1은 17.3dB로 산출된 경우, 2층에서의 MEDM은 2.87이고, 4층에서의 MEDM은 0.89로 계산되므로, 사용자 단말(10)이 위치한 층은 MEDM에 따라 4층이라고 결정된다.(유클리디안 거리값이 최소인 값을 찾음)

Estimated Value	Floor Number
Estimated Value	2	4	i
FA_i _,i-1	PFA₂ _,1=15.4dB	PFA₄ _,3=18.7dB	FA_i _,i-1=17.9dB
FA_i _,i+1	PFA₂ _,3=18.7dB	PFA₄ _,5=16.9dB	FA_i _,i+1=17.3dB
MEDM	2.87	0.89	i = 4

실내 무선 측위 장치(200)는 상술한 방법에 의해 사용자 단말(10)이 위치한 층수를 식별하면, 다음과 같은 방법으로 해당 층수에서 수평면상의 위치를 식별하게 된다.

도 3a는 본 발명의 일실시예에 의한 실내 무선 측위 시스템에서 사용자 단말의 수평면상의 위치 추정 방법을 설명하기 위해 도시한 건물의 단면이며, 도 3b는 도 3a의 단면도에서 1개의 층에 대한 상부 단면도이다.

건물이 동등한 건축 구조물로 건축되고, 각 층에서의 벽이 동일한 분포를 가지고 있을 때, 액세스 포인트(100)로부터 출력되는 송신 신호는 동일한 층에서 벽을 통과할 때마다 손실되는 신호의 세기인 벽간 감쇠가 동일하게 된다. 즉, 벽을 통과할 때 신호의 손실 정도가 동일하다. 벽간 감쇠를 WA(Wall Attenuation)라고 하고, WA_j를 j번째 그룹에서 전파되는 벽간 감쇠라고 하면 다음과 같은 수식을 얻게 된다. 여기서, j번째 그룹은 여러 층에 설치되는 액세스 포인트 중 같은 수직면상에 위치하는 수직 그룹을 의미할 수 있다.(도 2b Vertical Group 참조)

벽간 감쇠를 고려한 거리 함수를 다음 수식으로 통해 알아본다.

수식 11

d_i = i번째 층에 위치한 AP와 사용자 단말 사이의 거리

PL_i = i번째 층에서 파워 손실

P_L(d₀) = 기준 거리 d₀(예를 들면, 1m)에서 파워 손실

u = 경로 손실 지수(path loss exponent)

WA_j = j번째 그룹의 벽간 손실

수식 11은 i번째 층에 위치한 액세스 포인트(AP)와 i번째 층에 위치한 사용자 단말(10) 사이의 거리에 대한 수식이다.

수식 12

PL_i ₊₁ = i+1번째 층에서 파워 손실

P_L(d₀) = 기준 거리 d₀(예를 들면, 1m)에서 파워 손실

u = 경로 손실 지수(path loss exponent)

WA_j = j번째 그룹의 벽간 손실

FA_i ₊₁ = i+1번째 층에서의 층간 손실

수식 12는 i+1번째 층에 위치한 액세스 포인트(AP)와 i번째 층에 위치한 사용자 단말(10) 사이의 거리에 대한 수식이다.

수식 13

d_i _-1 = i-1번째 층에 위치한 AP와 i번째 층에 위치한 사용자 단말 사이의 거리

PL_i _-1 = i-1번째 층에서 파워 손실

P_L(d₀) = 기준 거리 d₀(예를 들면, 1m)에서 파워 손실

u = 경로 손실 지수(path loss exponent)

WA_j = j번째 그룹의 벽간 손실

FA_i _-1 = i-1번째 층에서의 층간 손실

수식 13은 i-1번째 층에 위치한 액세스 포인트(AP)와 i번째 층에 위치한 사용자 단말(10) 사이의 거리에 대한 수식이다.

상술한 수식 11 내지 13을 이용하여, 수식 7, 8, 9의 유도식과 동일한 기하학적인 방법을 사용하면 다음과 같은 수식 14가 도출된다.

수식 14

WA_j = j번째 그룹에서 벽간 손실

u = 경로 손실 지수(path loss exponent)

H = 다른 층에 위치하며, 같은 수직 그룹에 속하는 AP간의 거리

PL_i ₊₁ = i+1번째 층에서의 신호 손실

FA_i _,i+1= i번째 층과 i+1번째 층의 층간 손실

P_L(d₀) = 기준 거리 d₀(예를 들면, 1m)에서 파워 손실

PL_i _,j = j번째 수직 그룹에 있는 i번째 층의 액세스 포인트로부터 측정된 수신 신호 세기

수식 14는 j번째 그룹의 벽간 손실을 의미하며, 다른 층(윗층 또는 아랫층)에서 신호 전파 시 발생하는 층간 손실(FA_i _{, i+1} , FA_i _{, i-1})에 대한 정보도 반영하고 있다. 수식 14에서 ‘/’표시는 ‘OR’ 개념으로서, 'i+1' 또는‘i-1’ 중 선택적으로 어느 하나의 값이 들어가게 된다. 여기서, j번째 그룹은 건물 내의 다른 층에 같은 수직면 상에 배치된 액세스 포인트(AP)의 그룹을 의미하는 것으로서, j번째 그릅의 벽간 손실은 윗층(i+1)에서 내려온 신호가 층간 손실(FA_i _,i+1)을 반영하여 i번째 층에서 발생한 벽간 손실 또는 아랫층(i-1)에서 올라온 신호가 층간 손실(FA_i _{, i-1})을 반영하여 발생한 벽간 손실에 대한 개념이 모두 수식 14에 적용되어 있다.

실내 무선 측위 장치(200)는 같은 층에 배치된 복수 개의 액세스 포인트(적어도 3개 이상)로부터 전송되어 사용자 단말(10)에 전송되는 신호의 세기 즉, 수신 신호 세기(RSS)에 대한 정보를 전송받고, 수신 신호 세기에 상술한 수식 14에 의해 계산된 벽간 손실(WA)에 의한 영향을 고려하여 공지된 삼각 측량법과 같은 기술로 사용자 단말(10)의 위치를 산출할 수 있다.

구체적으로, 실내 무선 측위 장치(200)는 같은 층 내부에 설치된 3개 이상의 액세스 포인트(100)로부터 전송되어 사용자 단말(10)에 수신되는 수신 신호 세기 정보를 이용하여 거리 정보를 획득하고, 획득된 거리 정보를 이용하여 삼각 측량법에 의해 위치 데이터를 산출할 수 있으며, 수식 신호 세기 정보 이용 시 벽간 손실을 고려하여 자유 공간에서 거리 정보를 획득할 수 있도록 한다. 이하, 도면을 예로 들어 구체적으로 설명한다.

도 4를 참조하면, 공간 내부에서 이동하는 사용자 단말(10)의 위치가 (x,y)로 좌표 설정되고, 3개의 액세스 포인트(100)를 AP1, AP2, AP3라고 하고, 각 AP의 좌표를 (x₁,y₁), (x₂,y₂), (x₃,y₃) 라고 한다. 그리고, 사용자 단말(10)에서 세 개의 기준점까지의 거리를 d₁, d₂, d₃라고 한다.

이에 따라, 사용자 단말(10)로부터 각 기준점 사이의 거리는 피타고라스 정리에 의해 계산될 수 있다.

수식 15

수식 16

수식 17

여기서 d₁, d₂, d₃의 값은 다양한 방식에 의해 얻어질 수 있다. 여기서는, 사용자 단말(10)의 수신 신호 세기(RSS)를 이용해서 구할 수 있다. 실내 무선 측위 장치(200)는 사용자 단말(10)과 액세스 포인트(100) 사이의 거리를 Friis 공식(전파의 감쇠예측 공식)을 통해 구할 수 있다.

수식 18

L = 신호 감쇠

λ = 전파의 파장

d = 거리

수식 18은 신호의 감쇠와 거리 사이의 관계를 나타내는 공식으로서, 실내 무선 측위 장치(200)는 사용자 단말(10)에서 수신한 수신 신호 세기의 손실 즉, 감쇠를 산출할 때, 수식 14에 의해 계산된 벽간 감쇠를 반영한다. 실내 무선 측위 장치(200)는 사용자 단말(10)이 수신한 신호 세기의 감쇠량에 벽으로 인한 감쇠 즉, 벽간 감쇠량을 차감하여 벽이 없는 자유 공간 환경에서의 사용자 단말(10)의 위치를 산출할 수 있게 된다. 수식 18을 두 지점 간의 거리 d로 정리하여 나타내면, 수식 19와 같이 된다.

수식 19

L = 신호 감쇠

c = 전파 속도

f = 주파수

λ = 전파의 파장

d = 거리

예를 들어, 2.4 GHz 대역을 사용하는 무선랜 기반의 위치 추적 시스템에서, 액세스 포인트(100)에서 사용자 단말(10)로 송신한 신호의 손실이 80dB이고, 공기 중 무선 신호의 전파 속도가

이고, 벽간 손실이 20dB라면, 두 지점 사이의 거리 d는 다음과 같다.

종합하면, 실내 무선 측위 장치(200)는 MEDM을 통해 사용자 단말(10)이 위치하는 층을 식별하고, 식별된 층에서 사용자 단말(10)의 수신 신호 세기에 벽간 감쇠를 반영하여 사용자 단말(10)과 액세스 포인트(100)와의 거리를 산출하며, 산출된 거리를 이용하여 사용자 단말(10)의 수평면 상의 좌표를 산출하게 된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 실내 무선 측위 방법을 설명하기 위한 제어흐름도이다.

실내 무선 측위 시스템은 층간 감쇠 정보를 추출한다. 실내 무선 측위 시스템은 추출된 층간 감쇠 정보와, 데이터베이스(300)에 미리 저장된 사전 층간 감쇠 정보를 이용하여 MEDM(Minimum Euclidean Distance Matching)을 산출한다. MEDM을 산출하는 것은 추출된 층간 감쇠 정보와 사전 층간 감쇠 정보의 유클리드 거리값을 구해 그 최소값을 구하는 것이다. 유클리드 거리값이 최소인 것으로 판명된 층이 사용자 단말(10)이 위치하고 있는 층으로 결정된다.(400,410,420)

실내 무선 측위 시스템은 벽간 감쇠 정보를 추출한다. 실내 무선 측위 시스템은 추출된 벽간 감쇠 정보와, 사용자 단말(10)의 수신 신호 세기 정보를 조합하여 복수 개의 액세스 포인트(100)와 사용자 단말(10) 간의 거리를 구한다.(430,440)

실내 무선 측위 시스템은 같은 수평면 내 복수 개의 액세스 포인트(100)와 사용자 단말(10) 간의 거리를 이용하여 사용자 단말(10)의 위치 좌표를 산출할 수 있다. 이 때, 삼각 측량법이 한가지 예로 적용될 수 있다.(450)

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구범위의 범위에 속함은 자명하다.

Claims

복수 개의 층으로 이루어진 건물 내에서 이동하는 사용자 단말의 위치를 추적하는 실내 무선 측위 방법에 있어서,
상기 건물 내에서 사용자 단말이 위치하고 있는 층의 윗층 및 아랫층으로부터 전송되는 수신 신호 세기, 기준거리에서의 파워 손실 및 상기 사용자 단말이 위치한 층에서 파워 손실에 따라 상기 윗층 및 아랫층과의 층간 손실 정보를 산출하고,
상기 산출된 층간 손실 정보와 미리 저장된 사전 층간 손실 정보를 비교하여 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층을 산출하고,
상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층에서 벽간 손실에 대한 정보를 산출하고, 상기 사용자 단말의 수신 신호 세기와 상기 벽간 손실에 대한 정보에 따라 상기 사용자 단말의 수평면상의 위치 정보를 획득하는 실내 무선 측위 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 산출된 층간 손실 정보와 미리 저장된 사전 층간 손실 정보를 비교하여 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층을 산출하는 것은,
상기 산출된 층간 손실 정보와 미리 저장된 상기 건물 내의 복수 개의 사전 층간 손실 정보를 비교하여 유클리디안 거리값을 산출하고,
상기 유클리디안 거리값이 최소인 값을 찾아 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층을 산출하는 것인 실내 무선 측위 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 사용자 단말의 수신 신호 세기와 상기 벽간 손실에 대한 정보에 따라 상기 사용자 단말의 수평면상의 위치 정보를 획득하는 것은,
상기 사용자 단말로 전송되는 수신 신호 세기의 감쇠값을 산출하고, 상기 수신 신호 세기의 감쇠값에서 상기 벽간 손실에 의한 감쇠값을 차감하여 벽이 없는 자유 공간에서의 상기 사용자 단말의 위치를 산출하는 것인 실내 무선 측위 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 벽이 없는 자유 공간에서, 상기 사용자 단말로 신호를 송신하는 복수 개의 액세스 포인트와의 거리를 산출하고,
상기 산출된 거리에 삼각 측량 기법을 사용하여 상기 사용자 단말의 위치 좌표를 산출하는 실내 무선 측위 방법.
복수 개의 층으로 이루어진 건물 내에서 이동하는 사용자 단말의 위치를 추적하는 실내 무선 측위 시스템에 있어서,
상기 건물 내의 신호를 전송할 수 있도록 각 층마다 적어도 하나 설치되는 액세스 포인트;
상기 건물 내에서 신호가 전송되는 경우, 각 층을 통과할 때 손실되는 사전 층간 손실 정보를 저장하는 데이터베이스; 및
상기 건물 내에서 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층의 윗층 및 아랫층으로부터 전송되는 수신 신호 세기, 기준거리에서의 파워 손실 및 상기 사용자 단말이 위치한 층에서 파워 손실에 따라 상기 윗층 및 아랫층과의 층간 손실 정보를 산출하고,
상기 산출된 층간 손실 정보와 상기 사전 층간 손실 정보에 따라 상기 사용자 단말이 위치하는 층을 산출하고,
상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층에서 벽간 손실에 대한 정보를 산출하고, 상기 사용자 단말의 수신 신호 세기와 상기 벽간 손실에 대한 정보에 따라 상기 사용자 단말의 수평면상의 위치 정보를 획득하는 실내 무선 측위 장치를 포함하는 실내 무선 측위 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 액세스 포인트는 상기 건물 내의 각 층에 설치되며, 상기 건물 내의 각 층에 설치되는 상기 액세스 포인트는 같은 수직면상에 설치되는 수직 그룹이 적어도 하나 존재하며, 각 층마다 같은 수평 좌표를 가지는 수평 그룹이 적어도 하나 존재하는 실내 무선 측위 시스템.
삭제
제 6 항에 있어서,
상기 실내 무선 측위 장치가 상기 산출된 층간 손실 정보와 미리 저장된 사전 층간 손실 정보를 비교하여 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층을 산출하는 것은,
상기 산출된 층간 손실 정보와 미리 저장된 상기 건물 내의 복수 개의 사전 층간 손실 정보를 비교하여 유클리디안 거리값을 산출하고,
상기 유클리디안 거리값이 최소인 값을 찾아 상기 사용자 단말이 위치하고 있는 층을 산출하는 것인 실내 무선 측위 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 실내 무선 측위 장치가 상기 사용자 단말의 수신 신호 세기와 상기 벽간 손실에 대한 정보에 따라 상기 사용자 단말의 수평면상의 위치 정보를 획득하는 것은,
상기 사용자 단말로 전송되는 수신 신호 세기의 감쇠값을 산출하고, 상기 수신 신호 세기의 감쇠값에서 상기 벽간 손실에 의한 감쇠값을 차감하여 벽이 없는 자유 공간에서의 상기 사용자 단말의 위치를 산출하는 것인 실내 무선 측위 시스템.