KR101608976B1 - System and Method of Collaborative Localization Using Short Range Wireless Communication Network Without Location Infrastructure - Google Patents

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KR101608976B1 KR1020130119103A KR20130119103A KR101608976B1 KR 101608976 B1 KR101608976 B1 KR 101608976B1 KR 1020130119103 A KR1020130119103 A KR 1020130119103A KR 20130119103 A KR20130119103 A KR 20130119103A KR 101608976 B1 KR101608976 B1 KR 101608976B1
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Abstract

본 발명은 모바일 노드 간 협업을 통하여 측위를 수행함으로써 무선 측위 자원을 효율적으로 활용할 수 있는, 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 방법 및 시스템에 관한 것으로, 측위망을 초기화하고 복수의 모바일 노드 리스트를 관리하는 베이스 스테이션과, 베이스 스테이션의 명령을 토대로 태그 노드 또는 앵커 노드로의 제1 모드 전환 및 송신 노드 또는 수신 노드로의 제2 모드 전환 중 적어도 어느 하나의 모드 전환을 수행하는 복수의 모바일 노드와, 복수의 모바일 노드 중 적어도 어느 하나로부터 받은 데이터 또는 베이스 스테이션으로부터 받은 데이터를 토대로 복수의 모바일 노드의 위치를 추정하는 측위 서버를 포함하여 구성된다.The present invention relates to a method and system for measuring a cooperative location based on a local area wireless communication network in an infrastructure-free environment that can effectively utilize a wireless positioning resource by performing positioning through cooperation among mobile nodes, A base station for managing a node list and a plurality of base stations for performing a mode switching of at least one of a first mode switching to a tag node or an anchor node and a second mode switching to a transmitting node or a receiving node based on a command of the base station And a positioning server for estimating positions of a plurality of mobile nodes based on data received from at least one of the mobile node and the plurality of mobile nodes or data received from the base station.

Description

인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 방법 및 시스템{System and Method of Collaborative Localization Using Short Range Wireless Communication Network Without Location Infrastructure}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method and system for measuring a cooperative location based on a short-range wireless communication network in an environment without an infrastructure,

본 발명은 실시간 무선측위 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모바일 노드 간 협업을 통하여 측위를 수행함으로써 무선 측위 자원을 효율적으로 활용할 수 있는, 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time wireless positioning method and system, and more particularly, to a cooperative positioning method based on a short-range wireless communication network in an infrastructure-free environment capable of efficiently utilizing wireless positioning resources by performing positioning through cooperation between mobile nodes And a system.

종래의 실시간 위치 시스템(Real Time Location System, RTLS) 기술은 베이스 스테이션(Base station), 앵커(Anchor), 태그(Tag) 및 측위 서버(Location server)로 구성된다.Conventional real time location system (RTLS) technology is composed of a base station, an anchor, a tag, and a location server.

베이스 스테이션은 측위망을 초기화하고 태그 및 앵커 리스트를 관리하며 태그로 앵커 리스트를 전달하며 태그가 앵커와 거리 추정을 할 수 있도록 한다. 태그는 베이스 스테이션과 통신을 수행하며 베이스 스테이션으로부터 전달받은 앵커 리스트를 이용하여 앵커들과 거리 추정을 수행하고 그 결과를 베이스 스테이션에 전달하거나 자기 측위를 수행한다. 앵커는 미리 알려진 위치에서 수동적으로 태그의 명령을 받아 태그가 거리 추정을 할 수 있도록 동작한다. 측위 서버는 베이스 스테이션과 연결되고, 베이스 스테이션으로부터 태그 ID(IDentification) 및 해당 태그의 거리 추정치를 전달받고 이 거리 추정치와 미리 저장되어 있는 앵커의 위치 정보를 이용하여 태그의 위치를 계산한다.The base station initializes the location network, manages the tag and anchor list, delivers the anchor list to the tag, and allows the tag to estimate the anchor and distance. The tag performs communication with the base station, performs distance estimation with the anchors using the anchor list transmitted from the base station, and transmits the result to the base station or performs the self-positioning. The anchor receives the command of the tag manually at a known position and operates so that the tag can estimate the distance. The positioning server is connected to the base station, receives the tag ID (identification) and the distance estimation value of the tag from the base station, and calculates the position of the tag using the distance estimate and the position information of the anchor that is stored in advance.

전술한 실시간 위치 시스템은 유원지, 항만, 물류, 창고 등 사람이나 사물의 위치를 추적하는 곳(응용분야)에 이용되며, 특히 군 작전 수행 시 시가전 등의 분야에서 활용될 수 있다.The above-mentioned real-time location system is used in a place where people or objects such as amusement park, harbor, logistics, warehouse, etc. are tracked (application field).

하지만, 기존의 실시간 위치 시스템은 앵커가 미리 알려진 위치에 설치되어 있어야 하므로 망의 설치가 까다로우며, 측위 환경을 변경하고자 할 시에 앵커를 재설치 및 재배치하여야 하는 단점이 있다.However, the existing real-time location system has a disadvantage in that it is difficult to install the network because the anchor is installed at a known location, and anchor is reinstalled and relocated when the location environment is changed.

또한, 기존의 실시간 위치 시스템에서는 앵커가 손상되었을 시 고장이 난 앵커를 유지 및 보수하는 데에 많은 시간과 비용이 소모되는 단점이 있다.In addition, in the existing real-time position system, when an anchor is damaged, it takes a lot of time and expense to maintain and repair an anchor.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명의 일 실시예에서는 모바일 노드들 간의 협업을 통하여 측위를 수행함으로써 모바일 노드의 활용을 극대화하면서 모바일 노드의 수를 줄일 수 있는, 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the related art, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for minimizing the number of mobile nodes while maximizing utilization of a mobile node by performing positioning through cooperation among mobile nodes , And a cooperative location measurement system and method based on a short range wireless communication network in an infrastructure-free environment.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에서는 태그 노드의 고장을 다른 앵커 노드로 대체함으로써 측위 공간의 크기 및 범위를 변경하고 그에 의해 미지의 공간에 대하여 측위를 확장하여 수행할 수 있는, 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.According to another embodiment of the present invention, in an infrastructure-free environment that can be performed by changing the size and range of the positioning space by replacing the failure of the tag node with another anchor node and thereby expanding the positioning with respect to the unknown space The present invention provides a cooperative location measurement system and method based on a short range wireless communication network.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 시스템(이하, 실시간 무선측위 시스템이라 함)은, 측위망을 초기화하고 복수의 모바일 노드 리스트를 관리하는 베이스 스테이션; 베이스 스테이션의 명령을 토대로 태그 노드 또는 앵커 노드로의 제1 모드 전환, 및 송신 노드 또는 수신 노드로의 제2 모드 전환 중 적어도 어느 하나의 모드 전환을 수행하는 복수의 모바일 노드-여기서, 복수의 모바일 노드는 태그 노드와 적어도 하나의 앵커 노드를 포함함-; 및 복수의 모바일 노드 중 적어도 어느 하나로부터 받은 데이터 또는 베이스 스테이션으로부터 받은 데이터를 토대로 복수의 모바일 노드의 위치를 추정하는 측위 서버를 포함하여 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a cooperative location measurement system based on a short range wireless communication network (hereinafter referred to as a real time wireless positioning system) in an infrastructure-free environment according to an embodiment of the present invention, A base station for managing the list; A plurality of mobile nodes for performing a mode switching of at least one of switching a first mode to a tag node or an anchor node based on commands of a base station and switching a second mode to a transmitting node or a receiving node, The node comprising a tag node and at least one anchor node; And a positioning server for estimating a position of a plurality of mobile nodes based on data received from at least one of the plurality of mobile nodes or data received from the base station.

일 실시예에서, 복수의 모바일 노드 각각은, 통신 모듈, 무선측위 모듈, 센서 모듈, 위치계산 모듈, 자세결정 모듈, 또는 이들의 조합을 포함한다. 여기서, 통신 모듈은, 복수의 모바일 노드들 간 혹은 특정 모바일 노드와 상기 베이스 스테이션 간의 통신을 수행한다. 무선측위 모듈은, RSSI(Received Signal Strength Indicator) 모듈, TOA(Time of Arrival)/TDOA(Time Difference of Arrival) 모듈, AOA(Angle of Arrival) 모듈, 또는 이들의 조합을 포함한다. 센서 모듈은, 센서를 이용하여 자기 측위를 수행한다. 위치계산 모듈은, RSSI, TOA, TDOA, AOA, 또는 이들 조합의 적어도 하나의 무선 측정치와 GNSS(Global Navigation Satellite System) 센서 및 추측 센서를 이용한 추측항법 결과를 토대로 자기 측위(Self-positioning)를 수행한다. 자세결정 모듈은, AOA 위치 측정 시에 상기 특정 모바일 노드의 자세 결정을 수행한다.In one embodiment, each of the plurality of mobile nodes includes a communication module, a wireless positioning module, a sensor module, a position calculation module, an attitude determination module, or a combination thereof. Here, the communication module performs communication between a plurality of mobile nodes or between a specific mobile node and the base station. The wireless positioning module includes a Received Signal Strength Indicator (RSSI) module, a Time of Arrival (TOA) / Time Difference of Arrival (TDOA) module, an Angle of Arrival (AOA) module, or a combination thereof. The sensor module performs self-positioning using a sensor. The location calculation module performs self-positioning based on at least one radio measurement of RSSI, TOA, TDOA, AOA, or a combination thereof, and a result of a probing navigation using a Global Navigation Satellite System (GNSS) do. The attitude determination module performs attitude determination of the specific mobile node at the time of AOA position measurement.

일 실시예에서, 측위 서버는, 위치계산 서버, 모니터링 서버, 자원관리 서버, 데이터베이스 서버, 또는 이들의 조합을 포함한다. 여기서, 위치계산 서버는 베이스 스테이션으로부터 받은 거리추정 데이터, 각도추정 데이터, 위치추정 데이터 또는 이들의 조합을 이용하여 복수의 모바일 노드 중 적어도 어느 하나의 위치를 추정한다. 모니터링 서버는 위치계산 서버에서 추정된 모바일 노드의 위치 또는 베이스 스테이션으로부터 받은 특정 모바일 노드의 위치추정 데이터 정보를 모니터링한다. 자원관리 서버는, 모바일 노드 리스트, 태그 리스트, 앵커 리스트, 측위 공분산 및 오차 전파 정보, 각 모바일 노드의 모드 제어 및 상태 정보 중 적어도 어느 하나를 관리한다. 데이터베이스 서버는, 지도 정보 및 위치계산 결과를 저장한다.In one embodiment, the location server includes a location calculation server, a monitoring server, a resource management server, a database server, or a combination thereof. Here, the position calculation server estimates the position of at least one of the plurality of mobile nodes using distance estimation data, angle estimation data, position estimation data, or a combination thereof received from the base station. The monitoring server monitors the location of the mobile node estimated by the location calculation server or the location estimation data of the specific mobile node received from the base station. The resource management server manages at least one of a mobile node list, a tag list, an anchor list, positioning covariance and error propagation information, mode control of each mobile node, and status information. The database server stores map information and position calculation results.

일 실시예에서, 태그 노드는, 베이스 스테이션으로부터 앵커 노드의 리스트를 수신하고, 수신한 앵커 노드의 리스트를 토대로 상기 앵커 노드와의 거리 추정을 수행한다.In one embodiment, the tag node receives the list of anchor nodes from the base station and performs distance estimation with the anchor node based on the list of received anchor nodes.

일 실시예에서, 베이스 스테이션은, 태그 노드의 고장 시, 복수의 모바일 노드들 중 자신의 위치 계산이 가능한 앵커 노드를 상기 고장인 태그 노드 주위로 이동시킨 후 이동된 앵커 노드에 태그 노드로의 모드 전환을 요청하는 모드 전환 요청 신호를 전송한다.In one embodiment, the base station moves the anchor node, which is capable of calculating its position among a plurality of mobile nodes, around the failed tag node when the tag node fails, And transmits a mode change request signal requesting switching.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 시스템은, 복수의 모바일 노드와 측위 서버를 중재하는 베이스 스테이션을 포함하고, 베이스 스테이션은, 측위망을 초기화하는 초기화부; 복수의 모바일 노드의 리스트를 관리하는 리스트관리부; 모바일 노드가 태그 노드 또는 앵커 노드로의 제1 모드 전환, 및 송신 노드 또는 수신 노드로의 제2 모드 전환 중 적어도 어느 하나의 모드 전환을 수행하도록 명령을 전송하는 노드상태제어부; 및 측위 서버로 복수의 모바일 노드의 위치 추정을 위한 데이터를 전송하는 데이터전송부를 포함하여 구성된다.In accordance with another embodiment of the present invention, a near field wireless communication network-based collaborative position measurement system in an infrastructure-free environment includes a base station that mediates a plurality of mobile nodes and a positioning server, part; A list management unit for managing a list of a plurality of mobile nodes; A node state control unit for transmitting a command to the mobile node to perform a mode switching of at least one of a first mode switching to a tag node or an anchor node and a second mode switching to a transmitting node or a receiving node; And a data transmission unit for transmitting data for position estimation of a plurality of mobile nodes to the positioning server.

일 실시예에서, 베이스 스테이션은 복수의 모바일 노드 중 적어도 하나의 행동을 제어하는 노드행동제어부를 더 포함하고, 태그 노드의 고장 시, 노드행동제어부를 통해 복수의 모바일 노드들 중 자신의 위치 계산이 가능한 앵커 노드를 고장인 태그 노드 주위로 이동시킨 후 이동된 앵커 노드에 태그 노드로의 모드 전환을 요청하는 모드 전환 요청 신호를 전송할 수 있다.In one embodiment, the base station further comprises a node behavior control unit for controlling behavior of at least one of the plurality of mobile nodes, wherein, in the event of a tag node failure, It is possible to move a possible anchor node around the failed tag node, and then transmit a mode change request signal for requesting a mode change to the tag node to the moved anchor node.

본 발명의 일 실시예에 따른 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 방법(이하, 실시간 무선측위 방법이라 함)은, 복수의 모바일 노드, 측위 서버, 및 복수의 모바일 노드와 측위 서버를 중재하는 베이스 스테이션을 포함하는 무선측위 시스템에서의 실시간 무선측위 방법으로서, 베이스 스테이션에서 측위망을 초기화하고 복수의 모바일 노드의 리스트를 관리하는 단계; 태그 노드 또는 앵커 노드로의 제1 모드 전환, 및 송신 노드 또는 수신 노드로의 제2 모드 전환 중 적어도 어느 하나의 모드 전환을 수행하도록 복수의 모바일 노드에 명령을 전송하는 단계-여기서, 복수의 모바일 노드는 태그 노드 및 적어도 하나의 앵커 노드를 포함함-; 태그 노드에 앵커 노드의 리스트를 전송하는 단계-여기서, 태그 노드는 앵커 노드의 리스트를 토대로 앵커 노드와의 거리 추정을 수행함-; 및 복수의 모바일 노드의 위치 추정을 위하여 복수의 모바일 노드 또는 태그 노드로부터 수신한 데이터를 측위 서버에 전달하는 단계를 포함하여 구성된다.A method for measuring a cooperative location based on a short range wireless communication network (hereinafter referred to as a real time wireless positioning method) in an environment without an infrastructure according to an embodiment of the present invention includes a plurality of mobile nodes, a positioning server, A method for real-time wireless positioning in a wireless positioning system including an intervening base station, the method comprising: initializing a location network at a base station and managing a list of a plurality of mobile nodes; Transmitting a command to a plurality of mobile nodes to perform a mode switching of at least one of switching a first mode to a tag node or an anchor node and switching a second mode to a transmitting node or a receiving node, The node comprising a tag node and at least one anchor node; Transmitting a list of anchor nodes to a tag node, wherein the tag node performs distance estimation with an anchor node based on the list of anchor nodes; And transmitting data received from a plurality of mobile nodes or tag nodes to a positioning server for position estimation of the plurality of mobile nodes.

일 실시예에서, 실시간 무선측위 방법은, 태그 노드의 고장 시, 복수의 모바일 노드들 중 자신의 위치 계산이 가능한 앵커 노드를 고장인 태그 노드 주위로 이동시킨 후 이동된 앵커 노드에 태그 노드로의 모드 전환을 요청하는 모드 전환 요청 신호를 전송하는 단계를 더 포함한다.In one embodiment, the real-time wireless positioning method is a method for moving an anchor node that is capable of calculating its own position among a plurality of mobile nodes around a faulty tag node when a tag node fails, And transmitting a mode change request signal for requesting a mode change.

본 발명에 따르면, 실시간 무선측위 시스템 및 방법은 베이스 스테이션을 통하여 모바일 노드를 TOA/TDOA 측위를 위한 태그 노드 혹은 앵커 노드, 그리고 AOA 측위를 위한 송신 노드 혹은 수신 노드 등으로 모드 전환이 가능하도록 구성함으로써, 모바일 노드의 효율적인 활용이 가능하다. 또한, 모바일 노드 간 협업을 통하여 각 모바일 노드의 측위를 수행함으로써 무선 자원을 효율적으로 활용하여 협업 측위를 수행할 수 있으며, 측위에 사용되는 총 모바일 노드의 수를 획기적으로 줄일 수 있다.According to the present invention, a real-time wireless positioning system and method can be configured such that a mobile node can be switched to a tag node or an anchor node for TOA / TDOA positioning and a transmitting node or a receiving node for AOA positioning through a base station , It is possible to utilize the mobile node effectively. In addition, by performing positioning of each mobile node through collaboration between mobile nodes, cooperative positioning can be performed efficiently using radio resources, and the number of mobile nodes used for positioning can be drastically reduced.

또한, 본 발명에 따르면, 측위 앵커(태그 노드)가 고장인 경우, 베이스 스테이션은 자신의 위치를 계산할 수 있는 앵커 노드를 고장 태그 노드 주위로 이동시킨 후 해당 앵커 노드에게 태그 모드로의 전환을 요청함으로써 효율적인 망의 유지보수를 수행할 수 있다. 아울러, 전술한 모바일 노드의 행동 제어에 따르면, 베이스 스테이션이 고장인 경우, 측위 서버가 특정 모바일 노드를 이용하여 베이스 스테이션의 역할을 대체하도록 작동하는 것도 구현가능하다. 즉, 본 발명에 따른 실시간 무선측위 시스템은 모바일 노드의 행동 제어를 통해 측위 공간(Workspace)의 크기 및 범위를 변경할 수 있으므로 이를 이용하여 미지의 공간에 대하여 측위를 확장 및 수행할 수 있다.In addition, according to the present invention, when the positioning anchor (tag node) fails, the base station moves the anchor node capable of calculating its own position around the fault tag node, and then requests the corresponding anchor node to switch to the tag mode So that maintenance of an efficient network can be performed. Further, according to the behavioral control of the mobile node described above, it is also feasible that, when the base station fails, the positioning server operates to replace the role of the base station using a specific mobile node. That is, the real-time wireless positioning system according to the present invention can change the size and the range of the workspace through the behavior control of the mobile node, so that the positioning can be extended and performed with respect to the unknown space.

아울러, 본 발명에 따르면, 방산 분야 적용 시 전장 상황에서 병사의 실내외 연속 위치 인지가 가능할 뿐만 아니라 민수 분야 적용 시 실내외 군집 로봇의 연속 측위를 수행할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to determine whether a soldier is consecutively positioned indoors or outdoors in a battlefield when applying a defense field, and can perform continuous positioning of an indoor / outdoor cluster robot when applied to a civilian field.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 시스템(이하, 협업 위치측정시스템)의 개략적인 구성도.
도 2는 도 1의 모바일 노드 구조에 대한 블록도.
도 3은 도 1의 측위 서버 구조에 대한 블록도.
도 4는 도 1의 모바일 노드를 이용한 TOA/TDOA 측위 시스템의 망 초기화 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 4의 TOA/TDOA 측위 시스템에서의 TOA/TDOA 측정치 획득 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 1의 모바일 노드를 이용한 AOA 측위 시스템의 망 초기화 과정을 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 6의 AOA 측위 시스템에서의 AOA 신호 송신 및 도래각 추정 과정을 설명하기 위한 도면.
도 8은 도 1의 모바일 노드 중 태그 노드에서의 측정치를 측위 서버에 전달하는 과정을 나타낸 도면.
도 9는 도 1의 모바일 노드 중 앵커 노드들에서의 측정치를 측위 서버에 전달하는 과정을 나타낸 도면.
도 10은 도 1의 모바일 노드 중 고장 태그 노드의 대체 과정을 설명하기 위한 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cooperative location measurement system based on a local area wireless communication network in an infrastructure-free environment according to an embodiment of the present invention. FIG.
Figure 2 is a block diagram of the mobile node structure of Figure 1;
3 is a block diagram of the positioning server structure of Fig. 1;
4 is a diagram for explaining a network initialization process of the TOA / TDOA positioning system using the mobile node of FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram for explaining a procedure for obtaining a TOA / TDOA measurement in the TOA / TDOA positioning system of FIG. 4; FIG.
FIG. 6 is a diagram for explaining a network initialization process of the AOA positioning system using the mobile node of FIG. 1;
FIG. 7 is a diagram for explaining an AOA signal transmission and arrival angle estimation process in the AOA positioning system of FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating a process of transmitting measurements from a tag node among the mobile nodes of FIG. 1 to a positioning server;
FIG. 9 is a diagram illustrating a process of transmitting measurements from anchor nodes among the mobile nodes of FIG. 1 to a positioning server;
FIG. 10 is a diagram for explaining a replacement process of a fault tag node among the mobile nodes of FIG. 1; FIG.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 형태들에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 시스템(이하, 협업 위치측정시스템)의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic block diagram of a cooperative location measurement system based on a short-range wireless communication network (hereinafter referred to as a cooperative location measurement system) in an infrastructure-free environment according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 협업 위치측정시스템은, 베이스 스테이션(10), 복수의 모바일 노드(20T, 20A) 및 측위 서버(30)를 포함하여 구성된다. 이들 베이스 스테이션(10), 복수의 모바일 노드(20T, 20A) 및 측위 서버(30)는 통신 네트워크(50)를 통해 서로 연결된다.Referring to FIG. 1, the cooperative position measurement system according to the present embodiment includes a base station 10, a plurality of mobile nodes 20T and 20A, and a positioning server 30. These base stations 10, the plurality of mobile nodes 20T and 20A and the positioning server 30 are connected to each other via the communication network 50. [

베이스 스테이션(10)은 복수의 모바일 노드의 리스트를 관리하며, 복수의 모바일 노드가 인프라 없는 환경(2)으로 진입한 것으로 인식하면 측위망을 초기화한다.The base station 10 manages a list of a plurality of mobile nodes, and initializes a location network when recognizing that a plurality of mobile nodes enter an environment 2 without an infrastructure.

베이스 스테이션(10)은 태그 노드(20T)의 고장 시 복수의 앵커 노드들 중 자신의 위치 계산이 가능한 앵커 노드를 고장 태그 코드 주위로 이동시키고, 이동된 앵커 노드에 태그 노드로의 모드 전환을 요청하는 모드 전환 요청 신호를 전송한다.When the tag node 20T fails, the base station 10 moves the anchor node capable of calculating its own position among a plurality of anchor nodes around the fault tag code, and requests the moved anchor node to switch the mode to the tag node Mode switching request signal.

베이스 스테이션(10)은 초기화부(11), 리스트 관리부(12), 노드상태제어부(13), 데이터전송부(14) 및 노드행동제어부(15)를 포함하여 구성될 수 있다.The base station 10 may include an initialization unit 11, a list management unit 12, a node state control unit 13, a data transfer unit 14 and a node behavior control unit 15.

여기서, 초기화부(11)는 측위망을 초기화하고, 리스트 관리부(12)는 복수의 모바일 노드의 리스트를 관리하며, 노드상태제어부(13)는 복수의 모바일 노드 각각이 태그 노드 또는 앵커 노드로의 제1 모드 전환 및 송신 노드 또는 수신 노드로의 제2 모드 전환 중 적어도 어느 하나의 모드 전환을 수행하도록 소정 명령을 복수의 모바일 노드에 전송하며, 데이터전송부(14)는 복수의 모바일 노드의 위치 추정을 위하여 복수의 모바일 노드 또는 태그 노드로부터 수신한 데이터를 측위 서버(30)로 전달하며, 노드행동제어부(15)는 태그 노드의 고장 시 복수의 앵커 노드들 중 자신의 위치 계산이 가능한 앵커 노드를 고장 상태인 태그 노드 주위로 이동시키도록 기능한다.Here, the initialization unit 11 initializes the positioning network, the list management unit 12 manages a list of the plurality of mobile nodes, and the node state control unit 13 controls the plurality of mobile nodes, The mobile node transmits a predetermined command to a plurality of mobile nodes so as to perform a mode change of at least one of a first mode change and a second mode change to a transmitting node or a receiving node, For the estimation, the data received from a plurality of mobile nodes or tag nodes is transmitted to the positioning server 30, and the node behavior control unit 15 determines whether an anchor node To a tag node that is in a failed state.

전술한 베이스 스테이션(10)은 기본적으로 측위 서버(30) 및 모바일 노드 사이에서 중재의 역할을 수행하며, 필요에 따라서 베이스 스테이션(10) 안에 측위 서버(30) 혹은 측위 서버의 일부 기능을 포함할 수 있다. 한편, 베이스 스테이션(10)이 고장인 경우, 본 실시예에 따른 협업 위치측정시스템은 특정 모바일 노드가 베이스 스테이션(10)의 역할을 대체하도록 작동할 수 있다. 예컨대, 베이스 스테이션(10)이 고장인 경우와 태그 노드(20T)는 측위 서버(30)와 직접 통신하며 베이스 스테이션(10)의 역할을 수행할 수 있다.The above-described base station 10 basically serves as an arbitration between the positioning server 30 and the mobile node and may include some functions of the positioning server 30 or the positioning server in the base station 10 as necessary . On the other hand, when the base station 10 is defective, the cooperative position measurement system according to the present embodiment can operate such that a specific mobile node replaces the role of the base station 10. For example, when the base station 10 is out of order and the tag node 20T can communicate directly with the positioning server 30, it can serve as the base station 10.

복수의 모바일 노드는 태그 노드(이하, 간략히 태그라고도 함)(20T)와 적어도 하나의 앵커 노드(이하, 간략히 앵커라고도 함)(20A)를 포함하여 구성된다.A plurality of mobile nodes are configured to include a tag node (hereinafter simply referred to as a tag) 20T and at least one anchor node (hereinafter, simply referred to as anchor) 20A.

태그 노드(20T)는 자기 측위를 수행할 수 있는 노드로서, 베이스 스테이션(10)과 통신하며 베이스 스테이션으로부터 전달받은 앵커 노드의 리스트(이하, 앵커 리스트)를 이용하여 앵커들과의 통신을 통해 앵커의 거리를 추정하고, 그 결과 데이터를 베이스 스테이션에 전달한다.The tag node 20T is a node capable of performing self positioning and communicates with the base station 10 and communicates with an anchor through a list of anchor nodes (hereinafter, referred to as " anchor list " And transmits the resultant data to the base station.

앵커 노드(20A)는 미리 알려진 위치에서 수동적으로 태그 노드의 명령을 받아 태그 노드가 거리를 추정할 수 있도록 태그 노드와 통신한다. 복수의 앵커 노드는 자기 위치를 계산할 수 있는 앵커 노드와 자기 위치를 계산할 수 없는 앵커 노드를 함께 포함하여 구성될 수 있다.The anchor node 20A manually receives the command of the tag node at a known position and communicates with the tag node so that the tag node can estimate the distance. The plurality of anchor nodes may be configured to include an anchor node capable of calculating its own position and an anchor node unable to calculate its own position.

측위 서버(30)는 베이스 스테이션(10)과 연결되고, 베이스 스테이션(10)으로부터 태그 식별자(IDentification, ID)를 수신하고, 해당 태그 노드와의 거리 추정치를 수신하며, 수신한 태그 노드의 거리 추정치와 미리 저장되어 있는 앵커 노드의 위치 정보를 이용하여 현재의 태그 위치를 계산한다.The positioning server 30 is connected to the base station 10 and receives a tag identifier (ID) from the base station 10, receives a distance estimate from the tag node, And the position information of the anchor node stored in advance.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 협업 위치측정시스템은 베이스 스테이션(10), 복수의 모바일 노드(Mobile node) 및 측위 서버(30)로 구성되며, 모바일 노드는 태그 및 앵커 혹은 TOA/TDOA 측위 및 AOA 측위 등으로 모드 전환(Mode switching)이 가능하다.As described above, the cooperative position measurement system according to the present embodiment includes a base station 10, a plurality of mobile nodes, and a positioning server 30, and the mobile node can receive a tag and anchor or TOA / TDOA positioning And AOA positioning can be used for mode switching (Mode switching).

TOA/TDOA 측위의 경우, 베이스 스테이션(10)은 측위망을 초기화하고 모바일 노드 리스트를 관리하며 해당 모바일 노드가 태그 혹은 앵커로써 동작할 수 있도록 기능한다. 또한 태그로 지정된 모바일 노드에게 앵커로 지정된 모바일 노드의 리스트, 즉 앵커 리스트를 전달해 주어 태그로 지정된 모바일 노드가 앵커로 지정된 모바일 노드와의 거리 추정을 수행할 수 있도록 기능한다.In the case of TOA / TDOA positioning, the base station 10 initializes the location network, manages the mobile node list, and functions so that the mobile node can act as a tag or anchor. Also, the list of mobile nodes designated as an anchor to the mobile node specified by the tag, that is, an anchor list is transmitted, so that the mobile node designated by the tag functions to estimate the distance to the mobile node specified as the anchor.

모바일 노드는 베이스 스테이션(10)의 명령을 받아 태그 또는 앵커 모드 전환을 수행하며, 태그로 지정된 모바일 노드는 베이스 스테이션(10)과 통신을 수행하며 앵커로 지정된 모바일 노드들과의 거리 추정치를 획득하여 해당 거리 추정치를 베이스 스테이션(10)으로 전달해 주거나 자기 측위(Self-positioning)을 수행한다.The mobile node performs tag or anchor mode switching by receiving a command from the base station 10, and the mobile node designated by the tag communicates with the base station 10 and obtains a distance estimate from the mobile nodes designated as an anchor And transmits the distance estimate to the base station 10 or performs self-positioning.

앵커로 지정된 모바일 노드는 고정된 위치에서 태그로부터 명령을 받아 메시지를 처리한다. 이때, 측위 서버(30)는 베이스 스테이션(10)으로부터 모바일 노드로 지정된 태그의 ID 및 거리 추정치를 획득하여 모바일 노드들의 위치를 계산한다.The mobile node designated by the anchor receives the command from the tag at the fixed position and processes the message. At this time, the positioning server 30 obtains the ID and the distance estimate of the tag designated from the base station 10 to the mobile node, and calculates the position of the mobile nodes.

위치를 알고 있는 모바일 노드는 앵커 노드로 전환될 수 있으며, 절대 측위를 수행하는 등의 방법을 통하여 자신의 위치를 알고 있는 모바일 노드도 앵커로 설정 혹은 앵커로 모드 전환이 가능하다.A mobile node that knows its location can be converted to an anchor node, and a mobile node that knows its location through methods such as performing absolute positioning can also be switched to an anchor or an anchor mode.

AOA 측위의 경우, 베이스 스테이션(10)은 측위망을 초기화하여 순방향 링크(Forward link)로 측위를 수행하지 역방향 링크(Reverse link)로 측위를 수행하지 결정하며 이에 따라 측위를 수행해야 하는 모바일 노드를 중심으로 자세 결정이 가능한 모바일 노드들을 활용하여 송신 노드 및 수신 노드로 구성된 AOA 측위망을 구성한다.In the case of the AOA positioning, the base station 10 initializes the positioning network to perform positioning on the forward link, determines not to perform positioning on the reverse link, AOA positioning network composed of transmitting node and receiving node is constructed by using mobile nodes capable of determining attitude.

해당 송신 노드는 AOA 추정을 수행하기 위해 신호를 생성하며 수신 노드에서는 이 신호의 도래각을 추정한다. 수신은 수신 노드가 정지상태에 있도록 제어 신호를 보내게 되며 반드시 동시에 이루어질 필요는 없고, TOA/TDOA 추정 시에도 이루어질 수 있다.The transmitting node generates a signal to perform the AOA estimation and the receiving node estimates the arrival angle of the signal. Receiving sends a control signal so that the receiving node is stationary and does not necessarily have to be done at the same time, but can also be done at TOA / TDOA estimation.

이후 추정된 도래각을 베이스 스테이션(10)으로 전송하여 위치를 구하도록 하거나 모바일 노드 간 측위 데이터 및 위치 정보를 주고받은 후 측위(Positioning)을 수행한다.Then, the estimated arrival angle is transmitted to the base station 10 to obtain the position, or the positioning data and the position information between the mobile nodes are exchanged and the positioning is performed.

전술한 송신 노드와 수신 노드는 단일 모바일 태그에서 태그 노드와 앵커 노드와 공용될 수 있다. RSSI 정보를 이용한 측위 혹은 TOA(TDOA)/AOA 혼합 측위 기법에 대해서는 공지의 기술이므로 자세한 내용은 생략한다.The transmitting node and the receiving node described above can be shared with a tag node and an anchor node in a single mobile tag. The positioning using RSSI information or the TOA (TDOA) / AOA hybrid positioning technique is a well-known technology, and therefore, detailed description thereof will be omitted.

도 2는 도 1의 모바일 노드 구조에 대한 블록도이다.Figure 2 is a block diagram of the mobile node structure of Figure 1;

도 2에 도시한 모바일 노드(20)의 구조는 기본적으로 도 1에 도시한 태그 노드(20T)에 적용되지만, 구현에 따라서 앵커 노드(20A)에도 적용될 수 있다.The structure of the mobile node 20 shown in FIG. 2 is basically applied to the tag node 20T shown in FIG. 1, but can also be applied to the anchor node 20A according to the implementation.

도 2를 참조하면, 모바일 노드(20)는 통신모듈(21), 무선측위모듈(22), 센서모듈(23), 위치계산모듈(24), 자세결정모듈(25) 또는 이들의 조합을 포함하여 구성된다. 모바일 노드는 필요에 따라 자체 모바일 노드의 구성 요소 전체 혹은 일부를 활성화시킬 수 있다.2, the mobile node 20 includes a communication module 21, a wireless positioning module 22, a sensor module 23, a position calculation module 24, a posture determination module 25, . The mobile node may activate all or a portion of its own mobile node as needed.

통신모듈(21)은 모바일 노드들 간의 통신 또는 베이스 스테이션과의 통신을 수행하기 위한 모듈이다. 본 실시예에 있어서, 통신 모듈(21)은 모바일 노드 간 혹은 모바일 노드와 베이스 스테이션 간의 통신을 수행하며 멀티 홉(Multi hop) 기능이 가능하다. 통신을 통하여 무선 측위 측정치 및 측위 결과, 노드의 상태 정보 등을 교환하며 행동 제어도 가능하다.The communication module 21 is a module for performing communication between mobile nodes or communication with a base station. In this embodiment, the communication module 21 performs communication between the mobile nodes or between the mobile node and the base station, and is capable of multi-hop function. It is also possible to control behavior by exchanging wireless positioning measurements, positioning results, and node status information through communication.

무선 측위 모듈(22)은 무선 신호를 토대로 자기 위치를 계산하기 위한 모듈이다. 본 실시예에 있어서, 무선 측위 모듈(22)은 무선 측위를 위한 적어도 하나의 모듈 또는 혼합 측위 모듈로 마련될 수 있는데, 그 경우 무선 측위 모듈(22)은 혼합 측위를 위한 모듈(이하, 혼합 측위 모듈)(221), TOA/TDOA 모듈(222), AOA 모듈(223), RSSI 모듈(224), GNSS 측위 모듈(231), 탑재 센서/추측항법 모듈(232) 또는 이들의 조합을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, GNSS 측위(231)와 탑재 센서/추측항법(232)을 위한 모듈은 기본적으로 통합모듈(233) 형태를 구비한다.The radio positioning module 22 is a module for calculating a self position based on a radio signal. In this embodiment, the wireless positioning module 22 may be provided with at least one module or a hybrid positioning module for wireless positioning, in which case the wireless positioning module 22 may be a module for hybrid positioning Module 231, a TOA / TDOA module 222, an AOA module 223, an RSSI module 224, a GNSS positioning module 231, a mounted sensor / speculative navigation module 232, . Here, the module for the GNSS positioning 231 and the mounting sensor / speculation navigation 232 basically has the form of an integration module 233. [

TOA/TDOA 모듈(222)은 앵커 리스트에 포함된 앵커들과 OWR(One Way Ranging) 혹은 TWR(Two Way Ranging) 등의 기법을 수행할 수 있는 모듈이다. TOA/TDOA 모듈을 위한 물리계층(PHY단)의 구조는 IR-UWB(Impulse radio UWB), CSS-UWB(Chirp Spread Spectrum UWB), Chaotic-UWB, DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum), OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 등이 가능하다.The TOA / TDOA module 222 is a module capable of performing the techniques such as OWR (One Way Ranging), TWR (Two Way Ranging), and anchors included in the anchor list. The structure of the physical layer (PHY stage) for the TOA / TDOA module includes the following: Impulse radio UWB (UWB), Chirp Spread Spectrum UWB (CSS-UWB), Chaotic-UWB, Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), Orthogonal Frequency Division Multiplex).

AOA 모듈(223)은 송신부, 수신부 혹은 이들 전체로 구성되어 있으며, 송신부는 하나 이상의 안테나로 구성되고, 수신부는 두 개 이상의 배열 안테나로 구성되며, 이러한 구성에 의해 신호의 도래각 추정이 가능하다.The AOA module 223 is composed of a transmitting unit, a receiving unit, or all of them. The transmitting unit is composed of one or more antennas, and the receiving unit is composed of two or more array antennas.

RSSI 모듈(224)은 하나 이상의 AGC 루프에서 수신된 신호의 세기를 획득할 수 있는 모듈이다.The RSSI module 224 is a module that can obtain the strength of a signal received in one or more AGC loops.

센서 모듈(23)은 센서를 이용하여 자기 측위를 수행하기 위한 모듈이다. 본 실시예에 있어서, 센서 모듈은 센서를 이용하여 측위를 수행하는 모듈로, GNSS(Global Navigation Satellite System) 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 지자기 센서 등의 시스템이 될 수 있다.The sensor module 23 is a module for performing self-positioning using a sensor. In this embodiment, the sensor module is a module that performs positioning using a sensor, and may be a system such as a Global Navigation Satellite System (GNSS) sensor, an acceleration sensor, a gyro sensor, and a geomagnetic sensor.

위치 계산 모듈(24)은 RSSI, TOA, TDOA, AOA 또는 이들의 조합의 무선 측정치와 GNSS(Global Navigation Satellite System) 센서 및 탑재 센서를 이용한 추측항법의 결과를 토대로 자기 측위를 수행하기 위한 모듈이다. 즉, 위치 계산 모듈(24)은 RSSI, TOA/TDOA, AOA 등의 무선 측정치와 GNSS 센서 및 추측센서를 이용한 추측항법 결과 전체 혹은 일부를 혼합 혹은 융합하여 자기 측위를 수행한다.The position calculation module 24 is a module for performing the self-positioning based on the results of the probing navigation using the radio measurement values of RSSI, TOA, TDOA, AOA or a combination thereof, the Global Navigation Satellite System (GNSS) sensor and the mounted sensor. That is, the position calculation module 24 performs self-positioning by mixing or fusing all or some of the results of the probing navigation using RSSI, TOA / TDOA, AOA, etc., and the GNSS sensor and the guess sensor.

자세 결정 모듈(25)은 AOA 위치 측정 시 특정 모바일 노드의 자세 결정을 수행하기 위한 모듈이다. 자세 결정 모듈(25)은 모바일 노드가 AOA를 수행하여 위치를 측정하기 위해서 모바일 노드의 자세 결정을 수행한다. 자세 결정 모듈(25)은 지자기 센서, 자세(Attitude) GNSS 센서 등을 포함하여 구성될 수 있다.The attitude determination module 25 is a module for determining the attitude of a specific mobile node in the AOA position measurement. The attitude determination module 25 determines the attitude of the mobile node in order to measure the position by performing the AOA by the mobile node. The attitude determination module 25 may include a geomagnetic sensor, an attitude GNSS sensor, and the like.

도 3은 도 1의 측위 서버 구조에 대한 블록도이다.3 is a block diagram of the positioning server structure of FIG.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 측위 서버(30)는, 위치계산 서버(31), 모니터링 서버(32), 자원관리 서버(33) 및 데이터베이스 서버(34) 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 포함하여 구성된다.3, the positioning server 30 according to the present embodiment includes at least one or more of the position calculation server 31, the monitoring server 32, the resource management server 33, and the database server 34 .

위치계산 서버(31)는 베이스 스테이션으로부터 받은 거리 추정 데이터, 각도 추정 데이터, 위치 추정 데이터 또는 이들의 조합을 활용하여 복수의 모바일 노드의 위치를 계산하여 추정한다.The position calculation server 31 calculates and estimates the positions of a plurality of mobile nodes utilizing distance estimation data, angle estimation data, position estimation data, or a combination thereof, received from the base station.

모니터링 서버(32)는 위치계산 서버(31)에서 계산된 모방일 노드의 위치 정보 및/또는 베이스 스테이션으로부터 받은 해당 모바일 노드의 위치 추정 데이터 정보를 실시간 모니터링한다. 또한 모니터링 서버(32)는 지도 정보 등을 추가적으로 제공할 수 있다.The monitoring server 32 monitors the location information of the imitation node calculated by the position calculation server 31 and / or the position estimation data information of the corresponding mobile node received from the base station in real time. In addition, the monitoring server 32 can additionally provide map information and the like.

자원관리 서버(33)는 모바일 노드 리스트, 태그 노드 리스트(이하, 태그 리스트), 앵커 노드 리스트(이하, 앵커 리스트), 측위 공분산 및 오차 전파 정보, 각 모바일 노드의 모드 제어 및 상태 정보 중 적어도 어느 하나를 관리한다. 즉, 자원관리 서버는 전체적인 네트워크의 관리 및 제어를 수행하며 구체적으로 모바일 노드 리스트, 태그 리스트, 앵커 리스트, 측위 공분산 및 오차 전파 정보, 각 노드들의 모드 제어 및 상태 정보 등을 관리하고, 추가적으로 모바일 노드의 제어 등을 수행할 수 있다.The resource management server 33 has at least one of a mobile node list, a tag node list (hereinafter referred to as a tag list), an anchor node list (hereinafter referred to as an anchor list), positioning covariance and error propagation information, Manage one. That is, the resource management server manages and controls the entire network and specifically manages the mobile node list, tag list, anchor list, positioning covariance and error propagation information, mode control and status information of each node, And the like.

데이터베이스 서버(34)는 지도 정보 등을 저장하거나 위치 계산 결과 등을 저장한다. 물론, 데이터베이스 서버(34)는 각 서버(31, 32, 33)와의 연동을 통해 각 서버에서 취급하는 데이터의 저장, 추출 및 관리를 수행할 수 있다.The database server 34 stores map information and the like or stores the position calculation results and the like. Of course, the database server 34 can perform storage, extraction, and management of data handled by each server through interworking with the servers 31, 32, and 33.

도 4는 도 1의 모바일 노드를 이용한 TOA/TDOA 측위 시스템의 망 초기화 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 4의 TOA/TDOA 측위 시스템에서의 TOA/TDOA 측정치 획득 과정을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining a network initialization process of the TOA / TDOA positioning system using the mobile node of FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining a procedure of obtaining a TOA / TDOA measurement in the TOA / TDOA positioning system of FIG.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 협업 위치 측정 시스템이 TOA/TDOA 측위 시스템으로 작동하는 경우, 베이스 스테이션(10)은 복수의 모바일 노드 중 특정 모바일 노드(20T)에 태그 노드로의 모드 전환 요청 신호를 전송하고, 복수의 모바일 노드 중 나머지 모바일 노드(20A1, 20A2, 20A3, 20A4)에 앵커 노드로의 모드 전환 요청 신호를 전송함으로써 인프라 없는 환경에서 근거리 무선통신망 기반의 협업 위치 측정을 위한 망 초기화를 수행한다.Referring to FIG. 4, when the cooperative position measurement system according to the present embodiment operates as a TOA / TDOA positioning system, the base station 10 transmits a mode change to a specific mobile node 20T among a plurality of mobile nodes And transmits a mode change request signal to anchor nodes to the remaining mobile nodes 20A1, 20A2, 20A3, and 20A4 of the plurality of mobile nodes to transmit a mode change request signal to the anchor node, Perform initialization.

망 초기화가 완료되면, 도 5에 도시한 바와 같이, 태그 노드(20T)는 베이스 스테이션(10)으로부터 받은 앵커 리스트를 토대로 앵커 노드들(20A1, 20A2, 20A3, 20A4)과 통신하며 앵커 노드와의 거리를 추정한다.5, the tag node 20T communicates with the anchor nodes 20A1, 20A2, 20A3, and 20A4 based on the anchor list received from the base station 10, Estimate the distance.

본 실시예에서, 태그 노드(20T)를 기준으로 측정된 제1 앵커 노드(20A1)의 위치는 제1 위치(X1, Y1)이고, 제2 앵커 노드(20A2)의 위치는 제2 위치(X2, Y2)이고, 제3 앵커 노드(20A3)의 위치는 제3 위치(X3, Y3)이며, 제4 앵커 노드(20A4)의 위치는 제4 위치(X4, Y4)이다.In this embodiment, the position of the first anchor node 20A1 measured based on the tag node 20T is the first position X1, Y1 and the position of the second anchor node 20A2 is the second position X2 , Y2), the third anchor node 20A3 is at a third position X3, Y3, and the fourth anchor node 20A4 is at a fourth position X4, Y4.

태그 노드(20T)에서 획득한 앵커 노드들에 대한 TOA/TDOA 측정치는 베이스 스테이션(10)을 통해 측위 서버(30)로 전달된다.The TOA / TDOA measurements for the anchor nodes obtained at the tag node 20T are transmitted to the positioning server 30 via the base station 10. [

도 6은 도 1의 모바일 노드를 이용한 AOA 측위 시스템의 망 초기화 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 도 6의 AOA 측위 시스템에서의 AOA 신호 송신 및 도래각 추정 과정을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining a network initialization process of the AOA positioning system using the mobile node of FIG. FIG. 7 is a view for explaining an AOA signal transmission and arrival angle estimation process in the AOA positioning system of FIG. 6. FIG.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 협업 위치 측정 시스템이 AOA 측위 시스템으로 작동하는 경우, 베이스 스테이션(10)은 복수의 모바일 노드 중 특정 모바일 노드(20T)에 송신 노드로의 모드 전환 요청 신호를 전송하고, 복수의 모바일 노드 중 나머지 모바일 노드(20A1, 20A2, 20A3, 20A4)에 수신 노드로의 모드 전환 요청 신호를 전송함으로써 인프라 없는 환경에서 근거리 무선통신망 기반의 협업 위치 측정을 위한 망 초기화를 수행한다.Referring to FIG. 6, when the cooperative position measurement system according to the present embodiment operates as an AOA positioning system, the base station 10 transmits a mode change request signal to a specific mobile node 20T among a plurality of mobile nodes, And sends a mode change request signal to the remaining mobile nodes 20A1, 20A2, 20A3, and 20A4 of the plurality of mobile nodes to initialize the network for cooperative location measurement based on the local area wireless communication network in an environment without infrastructure .

망 초기화가 완료되면, 송신 노드는 AOA 모듈을 구비하고 AOA 추정을 수행하기 위해 신호를 생성하며, 수신 노드는 AOA 모듈을 구비하고 송신 노드로부터의 신호의 도래각을 추정하도록 준비된다. 베이스 스테이션(10)은 수신 노드가 정지상태에 있도록 제어 신호를 보낼 수 있다.When the network initialization is completed, the transmitting node has the AOA module and generates a signal to perform the AOA estimation. The receiving node has the AOA module and is prepared to estimate the arrival angle of the signal from the transmitting node. The base station 10 may send a control signal to make the receiving node stationary.

AOA 모듈은 송신부, 수신부 혹은 이들 전체로 구성되며, 송신부는 하나 이상의 안테나로 구성되고, 수신부는 두 개 이상의 배열 안테나로 구성된다. 이러한 안테나 구성(70)에 의해 AOA 모듈은 신호의 도래각을 추정할 수 있다.The AOA module comprises a transmitting unit, a receiving unit, or a whole of the transmitting unit, the transmitting unit is composed of one or more antennas, and the receiving unit is composed of two or more array antennas. With this antenna configuration 70, the AOA module can estimate the incoming angle of the signal.

또한, 망 초기화가 완료되면, 도 7에 도시한 바와 같이, 송신 노드(20T)는 AOA 추정을 위한 신호를 송출하고, 수신 노드들(20A1, 20A2, 20A3, 20A4)은 수신된 신호의 도래각의 추정한다.7, the transmitting node 20T transmits a signal for AOA estimation, and the receiving nodes 20A1, 20A2, 20A3, and 20A4 transmit signals for estimating the arrival angle of the received signal .

송신 모드 및 수신 모드의 모바일 노드들은 서로 간의 측위 데이터 및 위치 정보를 주고받은 후 측위(Positioning)을 수행한다. 그리고, 도래각의 추정 데이터는 베이스 스테이션(10)으로 전송되어 모바일 노드의 위치를 구하는데 이용된다.The mobile nodes in the transmission mode and the reception mode exchange positioning data and position information with each other and perform positioning. Then, the arrival data of the arrival angle is transmitted to the base station 10 and used to obtain the position of the mobile node.

도 8은 도 1의 모바일 노드 중 태그 노드에서의 측정치를 측위 서버에 전달하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 9는 도 1의 모바일 노드 중 앵커 노드들에서의 측정치를 측위 서버에 전달하는 과정을 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating a process of transmitting measurements from a tag node among the mobile nodes of FIG. 1 to a positioning server. FIG. 9 is a diagram illustrating a process of transmitting measurement values from anchor nodes among the mobile nodes of FIG. 1 to a positioning server.

도 8을 참조하면, 본 실시예의 협업 위치측정시스템에 있어서, 태그 노드 또는 송신 노드(20T)는 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망을 형성하는 복수의 모바일 노드들 사이에서 획득한 TOA/TDOA 측정치, 또는 AOA 측정치 등에 대한 로우 데이터(Raw data)를 베이스 스테이션(10)에 전달한다.Referring to FIG. 8, in the cooperative position measurement system of the present embodiment, the tag node or transmitting node 20T receives a TOA / TDOA measurement obtained between a plurality of mobile nodes forming a local wireless communication network in an infrastructure- Or AOA measurement value to the base station 10. [0050]

또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 협업 위치측정시스템은 구현에 따라서 복수의 앵커 노드 또는 수신 노드들(20A1, 20A2, 20A3, 20A4)이 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망을 형성하는 복수의 모바일 노드들 사이에서 획득한 TOA/TDOA 측정치, 또는 AOA 측정치 등에 대한 로우 데이터(Raw data)를 베이스 스테이션(10)에 전달하도록 구현될 수 있다.9, the cooperative position measurement system of the present embodiment is configured such that a plurality of anchor nodes or receiving nodes 20A1, 20A2, 20A3, and 20A4 form a short-range wireless communication network in an environment without an infrastructure A TOA / TDOA measurement obtained between a plurality of mobile nodes, or Raw data for an AOA measurement, etc., to the base station 10.

베이스 스테이션(10)에 전달된 데이터는 측위 서버(30)로 전달되어 복수의 모바일 노드의 위치를 추정하는데 이용된다. 이때, 측위 서버(30)는 기저장된 앵커 노드들의 미리 알려진 위치 정보에 대한 이전 데이터를 참조할 수 있다.The data transmitted to the base station 10 is transmitted to the positioning server 30 and used to estimate the positions of a plurality of mobile nodes. At this time, the positioning server 30 can refer to the previous data of previously known location information of the previously stored anchor nodes.

도 10은 도 1의 모바일 노드 중 고장 태그 노드의 대체 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 10 is a diagram for explaining a replacement process of a fault tag node among the mobile nodes of FIG. 1;

도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 협업 위치측정시스템에서 태그 노드 또는 송신 노드(20T)가 고장이면, 베이스 스테이션(10)은 자기 위치를 계산할 수 있는 모바일 노드 예컨대 제1 모바일 노드(20A1)에 고장 모바일 노드(20T)와 인접한 위치로의 이동을 요청하는 이동요청신호(RFM: Request for Movement)를 전송하고, 제1 모바일 노드(20A1)가 고장 모바일 노드(20T)와 인접한 위치에 도착하면, 제1 모바일 노드(20A1)에 태그 노드 또는 송신 노드로의 모드 전환을 수행하고 고장 모바일 노드(20T)를 대체하도록 요청하는 대체요청신호(RFR: Request for Replacement)를 전송한다. 도 10에서, 참조부호 20A1p의 모바일 노드는 제1 모바일 노드(20A1)가 고장 모바일 노드의 위치로 이동하기 전에 제1 위치(X1, Y1)에 있을 때를 나타낸 것이다.10, in a cooperative position measurement system according to the present embodiment, if the tag node or the transmitting node 20T is out of order, the base station 10 transmits the mobile node, for example, the first mobile node 20A1, Transmits a request for movement (RFM) requesting movement to a location adjacent to the faulty mobile node 20T, and when the first mobile node 20A1 arrives at a position adjacent to the faulty mobile node 20T , Performs mode switching to the first mobile node 20A1 to the tag node or transmitting node, and transmits a request for replacement (RFR) requesting replacement of the faulty mobile node 20T. In Fig. 10, the mobile node 20A1p shows when the first mobile node 20A1 is in the first position (X1, Y1) before moving to the location of the faulty mobile node.

본 실시예에 따르면, 복수의 모바일 노드로 구성되는 근거리 무선통신망에서 태그 노드 또는 송신 노드의 고장 시 이를 효율적으로 대체할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 모바일 노드의 모드 전환이 가능하도록 구성함으로써, 인프라 없는 환경에서 모바일 노드의 효율적인 활용이 가능하고, 더욱이 자기 위치 계산이 가능한 모바일 노드를 이용하므로 모바일 노드의 수를 줄일 수 있고, 측위 공간(Workspace)의 크기 및 범위를 변경할 수 있으며, 아울러 미지의 공간에 대한 측위를 수행하거나 측위 공간을 임으로 확장하는 것이 가능하다.According to the present embodiment, it is possible to efficiently replace a tag node or a transmitting node in a short-range wireless communication network including a plurality of mobile nodes. According to such a configuration, by configuring the mobile node to be capable of switching modes, it is possible to efficiently utilize the mobile node in an environment without the infrastructure, and furthermore, the number of mobile nodes can be reduced by using the mobile node capable of self- It is possible to change the size and the range of the workspace, and to perform positioning with respect to the unknown space or to extend the positioning space.

이상에서와 같이 실시 예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood that various combinations and permutations and applications not illustrated in the embodiments are possible. Therefore, it should be understood that the technical contents related to the modification and application that can be easily derived from the embodiments of the present invention are included in the present invention.

10: 베이스 스테이션
20: 모바일 노드
30: 측위 서버
10: Base station
20: mobile node
30: positioning server

Claims (9)

측위망을 초기화하고 복수의 모바일 노드 리스트를 관리하는 베이스 스테이션;
상기 베이스 스테이션의 명령을 토대로 태그 노드 또는 앵커 노드로의 제1 모드 전환, 및 송신 노드 또는 수신 노드로의 제2 모드 전환 중 적어도 어느 하나의 모드 전환을 수행하는 복수의 모바일 노드; 및
상기 복수의 모바일 노드 중 적어도 어느 하나로부터 받은 데이터 또는 상기 베이스 스테이션으로부터 받은 데이터를 토대로 상기 복수의 모바일 노드의 위치를 추정하는 측위 서버;
를 포함하고,
상기 베이스 스테이션은,
상기 태그 노드의 고장 시, 상기 복수의 모바일 노드들 중 자신의 위치 계산이 가능한 앵커 노드를 상기 고장인 태그 노드 주위로 이동시킨 후 이동된 상기 앵커 노드에 태그 노드로의 모드 전환을 요청하는 모드 전환 요청 신호를 전송하고,상기 베이스 스테이션이 고장인 경우,
상기 태그 노드와 상기 측위 서버가 직접 통신하는 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 시스템.
A base station for initiating a location network and managing a plurality of mobile node lists;
A plurality of mobile nodes performing at least one mode switching between a first mode switching to a tag node or an anchor node and a second mode switching to a transmitting node or a receiving node based on commands of the base station; And
A positioning server for estimating a position of the plurality of mobile nodes based on data received from at least one of the plurality of mobile nodes or data received from the base station;
Lt; / RTI >
The base station includes:
A mode switch requesting the anchor node to move to an anchor node after moving the anchor node capable of calculating its own position among the plurality of mobile nodes around the failed tag node when the tag node fails, Request signal, and if the base station is faulty,
Wherein the location information of the tag node is directly communicated with the tag node.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 모바일 노드 각각은, 통신 모듈, 무선측위 모듈, 센서 모듈, 위치계산 모듈, 자세결정 모듈, 또는 이들의 조합을 포함하며,
여기서, 상기 통신 모듈은, 상기 복수의 모바일 노드들 간 혹은 특정 모바일 노드와 상기 베이스 스테이션 간의 통신을 수행하고,
상기 무선측위 모듈은, RSSI(Received Signal Strength Indicator) 모듈, TOA(Time of Arrival)/TDOA(Time Difference of Arrival) 모듈, AOA(Angle of Arrival) 모듈, 또는 이들의 조합을 포함하고,
상기 센서 모듈은, 센서를 이용하여 자기 측위를 수행하고,
상기 위치계산 모듈은, RSSI, TOA, TDOA, AOA, 또는 이들 조합의 적어도 하나의 무선 측정치와 GNSS(Global Navigation Satellite System) 센서 및 추측 센서를 이용한 추측항법 결과를 토대로 자기 측위를 수행하고,
상기 자세결정 모듈은, AOA 위치 측정 시에 상기 특정 모바일 노드의 자세 결정을 수행하는, 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of mobile nodes comprises a communication module, a wireless positioning module, a sensor module, a position calculation module, a posture determination module, or a combination thereof,
Here, the communication module performs communication between the plurality of mobile nodes or between a specific mobile node and the base station,
The wireless positioning module includes a Received Signal Strength Indicator (RSSI) module, a Time of Arrival (TOA) / Time Difference of Arrival (TDOA) module, an Angle of Arrival (AOA) module,
The sensor module performs self-positioning using a sensor,
Wherein the position calculation module performs a self positioning based on at least one radio measurement of RSSI, TOA, TDOA, AOA, or a combination thereof, and a result of a speculative navigation using a Global Navigation Satellite System (GNSS) sensor and a speculative sensor,
Wherein the attitude determination module performs attitude determination of the specific mobile node at the time of AOA position measurement in a non-infrastructure environment.
청구항 1에 있어서,
상기 측위 서버는, 위치계산 서버, 모니터링 서버, 자원관리 서버, 데이터베이스 서버, 또는 이들의 조합을 포함하며,
여기서, 상기 위치계산 서버는 상기 베이스 스테이션으로부터 받은 거리추정 데이터, 각도추정 데이터, 위치추정 데이터 또는 이들의 조합을 이용하여 상기 복수의 모바일 노드 중 적어도 어느 하나의 위치를 추정하고,
상기 모니터링 서버는 상기 위치계산 서버에서 추정된 모바일 노드의 위치 또는 상기 베이스 스테이션으로부터 받은 상기 특정 모바일 노드의 위치추정 데이터 정보를 모니터링하고,
상기 자원관리 서버는, 모바일 노드 리스트, 태그 리스트, 앵커 리스트, 측위 공분산 및 오차 전파 정보, 각 모바일 노드의 모드 제어 및 상태 정보 중 적어도 어느 하나를 관리하고,
상기 데이터베이스 서버는, 지도 정보 및 위치계산 결과를 저장하는, 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 시스템.
The method according to claim 1,
The location server includes a location calculation server, a monitoring server, a resource management server, a database server, or a combination thereof,
Here, the position calculation server estimates the position of at least one of the plurality of mobile nodes using distance estimation data, angle estimation data, position estimation data or a combination thereof received from the base station,
Wherein the monitoring server monitors the location of the mobile node estimated by the location calculation server or the location estimation data of the specific mobile node received from the base station,
Wherein the resource management server manages at least one of a mobile node list, a tag list, an anchor list, positioning covariance and error propagation information, mode control of each mobile node, and status information,
Wherein the database server stores map information and location calculation results in a cooperative location measurement system based on a local area wireless communication network in an infrastructure-free environment.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 태그 노드는, 상기 베이스 스테이션으로부터 앵커 노드의 리스트를 수신하고, 수신한 앵커 노드의 리스트를 토대로 상기 앵커 노드와의 거리 추정을 수행하는, 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the tag node receives a list of anchor nodes from the base station and performs distance estimation with respect to the anchor node based on the list of received anchor nodes.
삭제delete 복수의 모바일 노드와 측위 서버를 중재하는 베이스 스테이션을 포함하고,
상기 베이스 스테이션은,
측위망을 초기화하는 초기화부;
상기 복수의 모바일 노드의 리스트를 관리하는 리스트관리부;
상기 복수의 모바일 노드 각각이 태그 노드 또는 앵커 노드로의 제1 모드 전환, 및 송신 노드 또는 수신 노드로의 제2 모드 전환 중 적어도 어느 하나의 모드 전환을 수행하도록 명령을 전송하는 노드상태제어부; 및
상기 측위 서버로 상기 복수의 모바일 노드의 위치 추정을 위한 데이터를 전송하는 데이터전송부;
상기 베이스 스테이션은,
상기 복수의 모바일 노드 중 적어도 하나의 행동을 제어하는 노드행동제어부를 더 포함하고, 상기 태그 노드의 고장 시, 상기 노드행동제어부를 통해 복수의 모바일 노드들 중 자신의 위치 계산이 가능한 앵커 노드를 상기 고장인 태그 노드 주위로 이동시킨 후 이동된 앵커 노드에 태그 노드로의 모드 전환을 요청하는 모드 전환 요청 신호를 전송하고,
상기 베이스 스테이션이 고장인 경우,
상기 태그 노드와 상기 측위 서버가 직접 통신하는, 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 시스템.
And a base station for arbitrating a plurality of mobile nodes and a positioning server,
The base station includes:
An initialization unit for initializing a positioning network;
A list management unit for managing a list of the plurality of mobile nodes;
A node state control unit transmitting a command to each of the plurality of mobile nodes to perform a mode switching of at least one of a first mode switching to a tag node or an anchor node and a second mode switching to a transmitting node or a receiving node; And
A data transmission unit for transmitting data for location estimation of the plurality of mobile nodes to the positioning server;
The base station includes:
Further comprising a node behavior control unit for controlling behavior of at least one of the plurality of mobile nodes, wherein, when the tag node is in failure, an anchor node capable of calculating its own position among a plurality of mobile nodes through the node behavior control unit And transmits a mode change request signal for requesting a mode change to the tag node to the moved anchor node,
If the base station fails,
Wherein the tag node and the location server are in direct communication with each other.
삭제delete 복수의 모바일 노드와 측위 서버 및 상기 복수의 모바일 노드와 상기 측위 서버를 중재하는 베이스 스테이션을 포함하는 실시간 위치 측정 시스템에서의 협업 위치 측정 방법에 있어서,
상기 베이스 스테이션에서 측위망을 초기화하고 복수의 모바일 노드의 리스트를 관리하는 단계;
태그 노드 또는 앵커 노드로의 제1 모드 전환, 및 송신 노드 또는 수신 노드로의 제2 모드 전환 중 적어도 어느 하나의 모드 전환을 수행하도록 상기 복수의 모바일 노드에 명령을 전송하는 단계-여기서, 상기 복수의 모바일 노드는 태그 노드 및 적어도 하나의 앵커 노드를 포함함-;
상기 태그 노드에 상기 앵커 노드의 리스트를 전송하는 단계-여기서, 상기 태그 노드는 수신한 앵커 노드의 리스트를 토대로 상기 앵커 노드와의 거리 추정을 수행함-;
상기 복수의 모바일 노드의 위치 추정을 위하여 상기 복수의 모바일 노드 또는 상기 태그 노드로부터 수신한 데이터를 상기 측위 서버에 전달하는 단계;
상기 베이스 스테이션은, 상기 태그 노드의 고장 시, 상기 복수의 모바일 노드들 중 자신의 위치 계산이 가능한 앵커 노드를 상기 고장인 태그 노드 주위로 이동시킨 후, 이동된 상기 앵커 노드에 태그 노드로의 모드 전환을 요청하는 모드 전환 요청 신호를 전송하고, 상기 베이스 스테이션이 고장인 경우, 상기 태그 노드와 상기 측위 서버가 직접 통신하는 단계;
를 포함하는 인프라 없는 환경에서의 근거리 무선통신망 기반 협업 위치 측정 방법.
A method for measuring a cooperative position in a real-time position measuring system, comprising: a plurality of mobile nodes and a positioning server; and a base station for arbitrating the plurality of mobile nodes and the positioning server,
Initializing a location network in the base station and managing a list of a plurality of mobile nodes;
Transmitting a command to the plurality of mobile nodes to perform a mode change of at least one of switching a first mode to a tag node or an anchor node and switching a second mode to a transmitting node or a receiving node, The mobile node of the mobile node comprises a tag node and at least one anchor node;
Transmitting a list of the anchor nodes to the tag node, wherein the tag node performs distance estimation with respect to the anchor node based on the list of received anchor nodes;
Transmitting data received from the plurality of mobile nodes or the tag node to the positioning server for position estimation of the plurality of mobile nodes;
Wherein the base station moves the anchor node capable of calculating its own position among the plurality of mobile nodes to the vicinity of the failed tag node when the tag node fails, Transmitting a mode change request signal requesting switching, and in the case where the base station is in failure, directly communicating with the tag node and the positioning server;
A method for determining a cooperative location based on a short range wireless communication network in an environment without an infrastructure.
삭제delete
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