KR101623617B1 - 이기종 단말에서 수집된 정보로부터 무선네트워크 요소의 위치 추정 시 보상 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

이기종 단말에서 수집된 정보로부터 무선네트워크 요소의 위치 추정 시 보상 방법 및 장치가 개시된다. 무선네트워크 요소의 위치 추정 방법은 컴퓨터로 구현되는 방법으로서, 무선네트워크 요소 측위 서버가 이기종 단말로부터 무선네트워크 요소의 수신신호세기에 대한 정보 및 상기 이기종 단말의 위치 정보를 수신하는 단계, 상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 기 생성된 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값 모델을 이용하여 기 선정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정하는 단계 및 상기 보정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보와 상기 수신한 위치 정보를 이용하여 상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

이기종 단말에서 수집된 정보로부터 무선네트워크 요소의 위치 추정 시 보상 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR COMPENSATING THE ESTIMATED LOCATION OF WIRELESS NETWORK ELEMENTS FROM MEASUREMENTS OF DIVERSE TERMINALS}
본 발명의 실시예들은 이기종 단말에서 수집되는 정보를 보정함으로써 보다 정확한 무선네트워크 요소의 위치를 추정할 수 있는 이기종 단말에서 수집된 정보로부터 무선네트워크 요소의 위치 추정 시 보상 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 와이파이(WiFi) 기반 측위 방법은 GPS(Global Positioning System)가 가용하지 않은 실내 환경 등에서 무선통신 단말의 사용자에게 위치 정보를 제공할 수 있다. 일 예로, 미국 스카이훅 와이어리스사(skyhook wireless)는 차량수집방법을 이용하여 와이파이(WiFi) 위치 데이터베이스를 구축하고 있다. 그러나, 실내 항법, 실내 위치기반 광고 서비스 등의 빠른 성장세를 고려할 때, 방 레벨의 위치 정확도를 제공하고 수집 비용을 최소화하며 위치 자동 갱신 및 보정을 제공하는 와이파이 위치 데이터베이스 구축 기술이 필요하다.
와이파이 기반 측위 방법이 광범위하게 보급되는 원인은 다음과 같다.
첫째, 대용량 데이터 전송에 따른 네트워크 전송 부하를 줄이기 위해 최근 와이파이 AP(Access Point)의 보급대수가 급격히 증가하고 있다. 예를 들어, 한국의 주요 3대 이동통신사는 전국적으로 2011년 말까지 20만개 이상의 와이파이 AP 보급을 목표로 경쟁적으로 와이파이 AP를 구축하고 있다. 뿐만 아니라, 2012년 상반기까지 이동통신사는 공항, 철도역사, 버스터미널, 공공기관 등 약 1000개의 주요 관공서에 와이파이 AP를 보급할 예정이다.
둘째, 3G(3Generation)와 와이파이 연결을 지원하는 스마트폰의 증가세가 상당히 빠르다. 시장조사기관인 가트너(Gartner)사는 2012년에는 스마트폰 보급 대수가 전세계 이동통신 단말기의 31.5%인 약 5억 7천만대에 이를 것으로 전망한다.
셋째, 다양한 도시 레벨의 와이파이 기반 측위 기술이 개발되고 있다. 대표적인 와이파이 기반 측위 기술인 핑거프린팅(Fingerprinting) 기술은 저장된 신호 패턴과 와이파이 스캔 정보를 비교하여 가장 유사한 신호 패턴의 위치를 단말 위치로 결정하는 기술이다. 이러한 핑거프린팅 기술은 와이파이 스캔 정보를 수집하는 간격을 조밀하게 함으로써 단말 위치 정확도를 향상시킬 수 있고, 와이파이 AP의 위치를 알 필요가 없는 장점이 있다. 하지만 핑거프린팅 기술은 실내 환경 변화에 민감한 패턴 특성을 고려할 때, 정기적으로 와이파이 스캔 정보를 재수집해야 하며 이는 사업 비용 증가의 원인이 된다.
또 다른 와이파이 기반 측위 기술로 워드라이빙(Wardriving) 기반 와이파이 AP 위치 추정 기술이 있다. 이 기술은 워드라이빙을 통해 차량의 GPS 위치와 와이파이 스캔 정보를 결합하여 와이파이 AP 위치를 추정한다. 워드라이빙 기술은 와이파이 스캔 정보의 빠른 수집이 가능하고 전용 수집장치를 사용하여 보다 정확한 수집정보를 획득할 수 있다는 장점이 있지만, 추정된 AP 위치의 정확도가 10~20m 수준으로 높지 않다는 단점이 있다.
마지막으로, 최근 활발하게 연구 중인 사용자 참여형 기반 와이파이 AP 위치 추정 기술이 있다. 이 기술은 이종 와이파이 칩셋을 내장한 단말 사용자들의 체크인 서비스 등을 통한 기여를 통해 실내 기준위치 및 와이파이 스캔 정보를 수집하고 이를 이용하여 와이파이 AP의 위치를 추정한다. 사용자 참여형 기반 와이파이 AP 위치 추정 기술은 스마트폰 기반으로 실내 수집을 하기 때문에 워드라이빙에 비해 추정된 와이파이 AP의 위치 정확도가 높고, 불특정 다수의 기여방식을 통해 실시간 재수집이 가능하다. 하지만 사용자 참여형 기반 와이파이 AP 위치 추정 기술은 전용 장치가 아닌 이종의 스마트폰에서 제공되는 측정 정보를 이용하기 때문에 측정 정보를 정규화하고 보정하는 방식이 필요하다.
무선네트워크 요소의 위치를 추정 시 이기종 단말로부터 수신한 수신신호세기를 보정함으로써 상기 무선네트워크 요소의 위치를 보다 정확하게 추정할 수 있는 이기종 단말에서 수집된 정보로부터 무선네트워크 요소의 위치 추정 시 보상 방법 및 장치를 제공한다.
무선네트워크 요소의 위치 추정 방법은 컴퓨터로 구현되는 방법으로서, 무선네트워크 요소 측위 서버가 이기종 단말로부터 무선네트워크 요소의 수신신호세기에 대한 정보 및 상기 이기종 단말의 위치 정보를 수신하는 단계, 상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 기 생성된 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값 모델을 이용하여 기 선정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정하는 단계 및 상기 보정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보와 상기 수신한 위치 정보를 이용하여 상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보는 상기 무선네트워크 요소와 통신하는 상기 이기종 단말에서 측정된 정보일 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보는 상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에서 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 평균을 차분함으로써 상기 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 단계는 상기 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 활용한 가중치 최소 자승법(weighted least square)을 이용하여 상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 단계일 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 단계 이후에 상기 추정된 무선네트워크 요소의 위치를 기준으로 상기 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 활용한 삼변측량(trilateration) 방식을 이용하여 상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값 모델은 각각의 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 특성 분석을 기초로 생성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 이기종 단말간 수신신호세기 차이값 모델을 이용하여 데이터베이스를 구축할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 데이터베이스에는 상기 무선네트워크 요소 별로 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 평균, 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 분산 및 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 표준편차 중 적어도 하나가 저장될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 분산 및 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 표준편차 중 적어도 하나를 이용하여 상기 보정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보의 신뢰도를 추정할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 복수개의 이기종 단말 중 상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 정규화하는 이기종 단말을 상기 기준 단말로서 선정할 수 있다.
무선네트워크 요소 위치 측위 서버는 이기종 단말로부터 무선네트워크 요소의 수신신호세기에 대한 정보 및 상기 이기종 단말의 위치 정보를 수신하는 정보 수신부, 상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 기 생성된 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값 모델을 이용하여 기 선정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정하는 수신신호세기 보정부 및 상기 보정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보와 상기 수신한 위치 정보를 이용하여 상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 무선네트워크 요소 위치 추정부를 포함할 수 있다.
이기종 단말에서 측정된 무선네트워크 요소의 수신신호세기를 기초로 이기종 단말 간 수신신호세기의 차이값에 대한 모델을 생성하고 무선네트워크 요소의 위치를 추정 시 생성된 모델을 이용하여 이기종 단말에서 측정된 무선네트워크 요소의 수신신호세기를 보정함으로써 보다 정확하게 무선네트워크 요소의 위치를 추정할 수 있다.
이기종의 전용 수집장치들 또는 전용 수집원들이 광범위한 실내외 영역을 분할하여 수집한 무선네트워크 요소 측정정보를 정규화하여 이용할 수 있게 됨으로써 무선네트워크 요소의 위치 데이터베이스를 생성하고 확장하기 위한 시간 및 비용을 줄일 수 있다.
이기종 단말을 가진 사용자들이 광범위한 실내외 영역에서 제공하는 실시간 무선네트워크 요소 측정정보를 정규화함으로써 사용자 참여형 방식으로 무선네트워크 요소의 위치 데이터베이스를 갱신하기 위한 시간 및 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선네트워크 요소의 위치 추정 시 보상을 위한 무선네트워크 요소 측위 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선네트워크 요소별 이기종 단말 간 수신신호세기의 차이값에 대한 정보가 저장되는 데이터베이스를 구축하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 이기종 단말에서 수집된 정보를 이용하여 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선네트워크 요소별 이기종 단말 간 수신신호세기의 차이값에 대한 정보가 저장되는 데이터베이스의 구조를 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 이기종 단말에서 측정된 수신신호세기의 분포 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 이기종 단말간 수신신호세기 차이값의 분포 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선 네트워크 요소의 성능 평가를 위한 테스트 베드 환경을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선네트워크 요소의 위치 추정 시 보상을 위한 무선네트워크 요소 측위 시스템을 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 무선네트워크 요소 측위 시스템은 무선네트워크 요소(110), 이기종 단말(120), 데이터베이스(130) 및 무선네트워크 요소 측위 서버(140)를 포함할 수 있다.
무선네트워크 요소(110)는 이기종 단말(120)의 통신 모듈과 정보를 송수신할 수 있는 무선통신 인프라를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선네트워크 요소(110)는 무선통신 인프라로서, CDMA, GSM, WCDMA, LTE, WiBro, WiMax, Femto Cell 등의 규격으로 이기종 단말(120)과 통신할 수 있는 이동통신모듈, WiFi, RFID, NFC, Bluetooth 등의 규격으로 이기종 단말(120)과 통신할 수 있는 근거리통신모듈을 포함할 수 있다.
이기종 단말(120)은 무선네트워크 요소(110)의 수신신호세기(RSSI: Received Signal Strength Indication)를 측정하기 위한 무선 네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card) 또는 무선 네트워크 인터페이스 칩(chip) 및 현재 단말의 위치를 계산하기 위한 측위 모듈을 포함할 수 있다. 상기 이기종 단말(120)은 이동통신 단말 또는 컴퓨팅 장치 등일 수 있다. 일 예로, 이기종 단말(120)에는 스마트폰 뿐만 아니라, 무선 네트워크 카드(또는 칩) 및 측위 모듈을 내장 또는 외장으로 장착한 노트북, 태블릿 PC, 넷북 등도 포함될 수 있다.
이기종 단말(120)에는 각 단말의 기종에 따라 서로 다른 제조사의 무선 네트워크 인터페이스 카드(또는 칩)이 포함될 수 있다. 예를 들어, 무선네트워크 요소 중 하나인 와이파이(WiFi) AP 와 통신하는 이기종 단말(120)에는 단말 제조사에 따라 서로 다른 제조사의 와이파이 인터페이스 카드가 포함될 수 있다.
서로 다른 제조사의 네트워크 인터페이스 카드(또는 칩)는 서로 다른 수신신호세기 특성을 가진다. 따라서, 이기종 단말(120)에서 측정되는 무선네트워크 요소의 수신신호세기 또한 이기종 단말(120)에 포함된 네트워크 인터페이스 카드(또는 칩)에 따라 상이할 수 있다.
데이터베이스(130)는 이기종 단말(120)에서 측정된 무선네트워크 요소(110)의 수신신호세기에 대한 정보가 저장될 수 있다. 일 예로, 데이터베이스(130)에는 최소 신호 전파(signal propagation) 오차를 가지는 환경에서 무선네트워크 요소(110) 별로 이기종 단말(120)에서 측정된 수신신호세기 간 차이값에 대한 통계치(평균, 표준편차, 분산 등)가 저장될 수 있다. 데이터베이스(130)에 저장되는 이기종 단말간 수신신호세기 차이값의 조합은 일반적으로 이기종 단말의 종류가
Figure 112012032734040-pat00001
개라면
Figure 112012032734040-pat00002
개를 가진다.
무선네트워크 요소 측위 서버(140)는 이기종 단말(120)로부터 적어도 하나의 무선 네트워크 요소(110)의 수신신호세기에 대한 정보와 계산된 단말의 위치 정보를 수신한다. 또한, 이기종 단말(120)을 통해 수집한 정보를 각각의 무선네트워크 요소(110) 별로 정렬한 뒤, 데이터베이스(130)로부터 무선네트워크 요소별 이기종 단말의 수신신호세기 간 차이값을 제공 받아 공통된 무선네트워크 요소(110)에 대한 복수개의 이기종 단말(120)들에서의 수신신호세기에 대한 정보를 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정한다. 그리고, 보정된 기준 단말로부터의 수신신호세기 정보와 계산된 단말의 위치 정보를 이용하여 무선네트워크 요소의 위치를 추정한다.
이를 위하여 무선네트워크 요소 측위 서버(140)는 이기종 단말(120)로부터 무선네트워크 요소의 수신신호세기에 대한 정보 및 상기 이기종 단말의 위치 정보를 수신하는 정보 수신부, 상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 기 생성된 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값 모델을 이용하여 기 선정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정하는 수신신호세기 보정부 및 상기 보정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보와 상기 수신한 위치 정보를 이용하여 상기 무선네트워크 요소(110)의 위치를 추정하는 무선네트워크 요소 위치 추정부를 포함할 수 있다. 이 때, 이기종 단말로부터 수신한 무선네트워크 요소의 수신신호세기에 대한 정보는 해당 무선네트워크 요소와 통신하는 이기종 단말(120)에서 측정된 정보일 수 있다.
일 예로, 수신신호세기 보정부는 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정하기 위하여 이기종 단말(120)로부터 수신한 무선네트워크 요소(110)의 수신신호세기에서 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 평균을 차분할 수 있다.
그러면, 무선네트워크 요소 위치 추정부는 수신신호세기 보정부에서 보정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 기준으로 삼변측량(trilateration) 방식을 이용하여 상기 무선네트워크 요소(110)의 위치를 추정할 수 있다.
이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값 모델은 각각의 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 특성 분석을 기초로 생성될 수 있고 이는 데이터베이스(130)에 저장될 수 있다.
예를 들어, 데이터베이스(130)에는 무선네트워크 요소 별로 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 평균, 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 분산 및 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 표준편차 중 적어도 하나가 저장될 수 있다.
한편, 무선네트워크 요소 측위 서버(140)는 신뢰도 추정부를 더 포함하여 데이터베이스(130)에 저장된 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 분산 및 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 표준편차 중 적어도 하나를 이용하여 보정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보의 신뢰도를 추정할 수 있다.
또한, 무선네트워크 요소 측위 서버(140)는 기준 단말 선정부를 더 포함하여 복수개의 이기종 단말(120) 중 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 정규화하는 이기종 단말을 기준 단말로서 선정할 수 있다.
여기서, 기준 단말은 수신신호세기를 정규화하는 대상이 되는 단말을 의미하며, 정규화를 통해 이기종 단말들에서 측정한 정보들이 하나의 기준단말에서 측정한 정보로 변환될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선네트워크 요소별 이기종 단말 간 수신신호세기의 차이값에 대한 정보가 저장되는 데이터베이스를 구축하는 과정을 나타내는 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 이기종 단말에서 수집된 정보를 이용하여 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2에 도시된 데이터베이스 구축 과정은 오프라인으로 수행될 수 있고, 도 3에 도시된 무선네트워크 요소의 위치 추정 과정은 온라인으로 수행될 수 있다. 데이터베이스 구축 과정은 무선네트워크 요소의 위치 추정 과정과는 독립적으로 수행될 수 있다.
먼저 도 2를 참조하면, 무선네트워크 요소 측위 서버는 최소 신호 전파(signal propagation) 오차를 가지는 환경에서 무선네트워크 요소 별로 이기종 단말에서 측정된 무선네트워크 요소의 수신신호세기에 대한 정보를 수신하면(S210), 수신한 정보를 기초로 무선네트워크 요소별로 이기종 단말간 수신신호세기의 차이값 모델을 생성하고(S220), 생성된 모델을 기초로 데이터베이스를 구축한다. 여기서 최소 신호 전파 오차를 가지는 환경이란 주변 간섭원인 및 설치 장애물이 없는 이상적인 신호 전파 환경을 의미할 수 있다.
일 예로, 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값 모델은 각각의 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 특성 분석을 기초로 생성될 수 있다.
그리고, 구축된 데이터베이스에는 상기 무선네트워크 요소 별로 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 평균, 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 분산 및 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 표준편차 중 적어도 하나가 저장될 수 있다.
다음으로 도 3을 참조하면, 무선네트워크 요소 측위 서버는 먼저 각각의 이기종 단말이 무선네트워크 요소들로부터 측정한 수신신호세기에 대한 정보와 계산된 상기 이기종 단말의 위치 정보를 수신한다(S310). 여기서 계산된 단말위치는 측정정보 수집 위치를 의미하며, 사전에 실측을 통해 알고 있는 위치이거나 지도 또는 기타 측위센서 등을 활용하여 실시간으로 계산된 위치일 수 있다.
그리고, 무선네트워크 요소의 위치를 보다 정확하게 추정하기 위하여 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 기 생성된 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값 모델을 이용하여 기 선정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정한다(S320).
일 예로, 무선네트워크 요소 측위 서버는 이기종 단말로부터의 수신신호세기에서 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 평균을 차분함으로써 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정할 수 있다.
이와 같은 과정을 통해 무선네트워크 요소의 수신신호세기에 대한 정보가 보정되면, 무선네트워크 요소 측위 서버는 보정된 기준단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보와 계산된 단말의 위치 정보를 이용하여 해당 무선네트워크 요소의 위치를 추정할 수 있다(S330).
이 때, 상기 무선네트워크 요소의 위치 추정은 초기 추정과 정밀 추정으로 구분될 수 있다. 초기 추정은 보정된 수신신호세기 정보를 활용한 가중치 최소 자승법(weighted least square)을 이용하여 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 방법이고, 정밀 추정은 초기 추정된 문선네트워크 요소의 위치를 기준으로 보정된 수신신호세기 정보를 활용한 삼변측량(trilateration) 방식을 이용하여 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 방법이다.
무선네트워크 요소 측위 서버는 무선네트워크 요소의 위치 추정 시 초기 추정 방식만을 이용하거나 정밀 추정 방식만을 이용하여 무선네트워크 요소의 위치를 추정할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선네트워크 요소별 이기종 단말 간 수신신호세기의 차이값에 대한 정보가 저장되는 데이터베이스의 구조를 나타내는 예시도이다.
데이터베이스는 이기종 단말에 탑재된 무선 네트워크 인터페이스 카드(또는 칩)에 따라 상이한 전파수신 특성을 가지는 이기종 단말에 대한 무선네트워크 요소의 수신신호세기 정보를 기준단말에 대한 무선네트워크 요소의 수신신호세기 정보 형태로 보정하는데 사용될 수 있으며, 이를 위해 데이터베이스에는 수신신호세기에 대한 정보가 도 4에 도시된 것과 같은 테이블(410) 형태로 존재할 수 있다.
테이블(410)에서 열은 대상 무선네트워크 요소, 이기종 단말간 수신신호세기 차이값 평균, 이기종 단말간 수신신호세기 차이값 분산(또는 표준편차) 등으로 구성될 수 있다.
각각의 무선네트워크 요소는 해당 무선네트워크 요소를 구별할 수 있는 식별자(identification) 정보를 포함한다. 예를 들어, 와이파이 AP의 경우에는 식별자로서 맥 어드레스(MAC address) 또는 SSID(SubSystem IDentification) 등이 사용될 수 있으며, 기지국의 경우에는 MCC(Mobile Country Code), MNC(Mobile Network Code), LAC(Location Area Code), CI(Cell identifiers) 등의 조합이 사용될 수 있다.
이기종 단말간 수신신호세기 차이값의 평균은 무선네트워크에 대해 최소 신호 전파(signal propagation) 오차를 가지는 환경에서 수집된 이기종 단말간 수신신호세기 차이값 샘플들의 평균값을 의미할 수 있다.
이기종 단말간 수신신호세기 차이값의 분산(또는 표준편차)은 상기 대상 무선네트워크에 대해 최소 신호 전파 오차를 가지는 환경에서 수집된 이기종 단말간 수신신호세기 차이값 샘플들의 분산(또는 표준편차)값을 의미할 수 있다.
데이터베이스에는 무선네트워크 요소 별로 측정에 사용되는 이기종 단말 2개의 모든 조합에 대해 측정된 샘플들의 차이값, 이의 평균 및 분산(또는 표준편차)이 계산되어 저장될 수 있다.
구체적으로, 이기종 단말간 수신신호세기 차이값 모델은 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112012032734040-pat00003
여기서, RSSI는 수신신호세기, DevN 은 기준 단말, M 은 측정값 샘플 수 및 k 는 시각을 각각 나타낸다.
이기종 단말의 수신신호세기 정보를 정규화하는 기준 단말이 선정되면, 무선네트워크 요소 측위 서버는 데이터베이스를 검색하여 수학식 1과 같은 이기종 단말간 수신신호세기 차이값 모델을 수신하고, 이를 이용하여 N 개의 이기종 단말 각각에 대한 수신신호세기를 수학식 2와 같은 기준 단말(단말 N)에 대한 수신신호세기로 보정할 수 있다.
Figure 112012032734040-pat00004
이때, 기준 단말로는 복수개의 이기종 단말 중 대부분의 측정 정보를 수집하는 단말이 선정되거나 가장 안정적인 무선네트워크 수신 특성을 가지는 단말이 선정될 수 있으며, 측정 시나리오에 따라 선정될 수도 있다.
즉, 무선네트워크 요소 측위 서버는 데이터베이스로부터 이기종 단말간 수신신호세기 차이값 모델을 수신하면, 무선네트워크 요소의 위치추정에 사용되는 어떤 이기종 단말의 수신신호세기에서 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 평균을 차분함으로써, 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정할 수 있다.
데이터베이스 내의 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 분산 또는 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 표준편차는 무선네트워크 요소 측위 서버가 보정한 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보의 신뢰도 추정에 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 이기종 단말에서 측정된 수신신호세기의 분포 특성을 나타내는 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 이기종 단말간 수신신호세기 차이값의 분포 특성을 나타내는 그래프이다.
데이터베이스 내의 이기종 단말별 수신신호세기의 분포는 도 5에 도시된 것과 같이 편차를 가진 정규분포를 가진다. 도 5에는 일 예로, 와이파이 AP에 대한 4개의 이기종 단말에서 각각 측정된 수신신호세기의 분포 특성이 도시되어 있다.
편차의 크기는 단말간 최대 20dbm 이상을 가지므로, 이를 보정하지 않으면 무선네트워크 요소의 위치 추정 시 정확도가 감소함을 알 수 있다.
또한 이기종 단말간 차이값들의 평균값은 도 6에 도시된 것과 같이, 일반적으로 정규분포 특성을 가진다.
따라서, 공통된 무선네트워크 요소 l 에 대해 p 개 종류의 이기종 단말에 대해 기준 단말로 보정된 총 m 개의 수신신호세기에 대한 정보 및 상기 이기종 단말의 위치 정보가 주어진다면, 무선네트워크 요소 측위 서버는 다음의 수학식 3을 이용하여 무선네트워크 요소의 위치를 측정할 수 있다.
Figure 112012032734040-pat00005
여기서, α 는 신호감쇄계수, s 는 조정 계수(scale factor)를 각각 나타낸다.
일 실시예로서, 무선네트워크 요소 측위 서버는 수학식 3과 같은 보정된 수신신호세기에 대한 정보를 활용한 가중치 최소 자승법(weighted least square)을 이용하여 무선네트워크 요소의 위치를 초기 추정하고, 초기 추정값을 기준으로 보정된 수신신호세기에 대한 정보를 활용한 삼변측량(trilateration) 방식을 이용하여 무선네트워크 요소의 위치를 정밀 추정함으로써 보다 정밀하게 무선네트워크요소의 위치를 추정할 수 있다.
한편 다른 실시예로서, 무선네트워크 요소 측위 서버는 무선네트워크 요소의 위치 추정 시 초기 추정 방식만을 이용하거나 정밀 추정만을 이용하여 무선네트워크 요소의 위치를 추정할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 이기종 단말에서 측정된 무선네트워크 요소의 수신신호세기를 기초로 이기종 단말 간 수신신호세기의 차이값에 대한 모델을 생성하고 무선네트워크 요소의 위치를 추정 시 생성된 모델을 이용하여 이기종 단말에서 측정된 무선네트워크 요소의 수신신호세기를 보정할 수 있기 때문에 보다 정확하게 무선네트워크 요소의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 이기종의 전용 수집장치들 또는 전용 수집원들이 광범위한 실내외 영역을 분할하여 수집한 무선네트워크 요소 측정정보를 정규화하여 이용할 수 있게 됨으로써 무선네트워크 요소의 위치 데이터베이스를 생성하고 확장하기 위한 시간 및 비용을 줄일 수 있다.
그리고, 이기종 단말을 가진 사용자들이 광범위한 실내외 영역에서 제공하는 실시간 무선네트워크 요소 측정정보를 정규화함으로써 사용자 참여형 방식으로 무선네트워크 요소의 위치 데이터베이스를 갱신하기 위한 시간 및 비용을 줄일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서, 무선 네트워크 요소의 성능 평가를 위한 테스트 베드 환경을 나타내는 도면이다.
본 발명에서 제안하는 방법을 검증하기 위해, 도 7과 같은 테스트 베드 환경에서 특정 무선네트워크 요소(예를 들어, 와이파이 AP)에 대한 복수 개의 수신신호세기 정보 및 단말 위치를 측정하고, 생성된 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값이 저장된 데이터베이스를 이용하여 보정 전후의 무선네트워크 요소의 위치 추정 성능을 비교하였다.
상기 테스트 베드 환경에서, 측정 지점은 크게 공공측정지점과 사적측정지점으로 구분될 수 있다.
공공측정지점은 쇼핑몰, 역사, 백화점의 복도, 홀, 로비 등의 일반인의 접근이 용이한 측정지점을 의미하며, 도 7에서 6번 내지 14번의 측정 지점이 이에 해당한다. 사적측정지점은 접근 권한이 제한된 방 또는 구역 등을 의미하며, 도 7 에서 1번 내지 5번, 15번 내지 19번의 측정 지점이 이에 해당한다.
이러한 시험 조건을 기반으로 구성한 시험 시나리오는 다음의 표 1과 같다.
시험 시나리오 구성 사용한 장치
시나리오1 공공측정 및 사적측정 모두 단말1(기준단말) 사용 단말1:노트북(기준단말)
시나리오2 공공측정: 단말1
사적측정: 단말2		 단말1:노트북(기준단말)
단말2:스마트폰1
시나리오3 공공측정: 단말1
사적측정: 임의단말(단말2 또는 단말3 또는 단말4)		 단말1: 노트북(기준단말)
단말2:스마트폰1
단말3:스마트폰2
단말4:스마트폰3
이러한 시험 시나리오 환경에서 측정한 수신신호세기 정보들을 이용하여 측정한 특정 무선네트워크 요소에 대한 위치 추정 성능은 다음의 표 2와 같다.
시나리오1 시나리오2
(보정전)		 시나리오2
(보정후)		 시나리오3
(보정전)		 시나리오3
(보정후)
WiFi AP 위치 추정 거리 오차(m) 0.98 2.94 0.33 2.63 1.78
정확도 향상 정도 보정 전 대비 89% 오차 감소 보정 전 대비 32% 오차 감소
결론적으로 본 발명에서 제안한 보정 방법을 통해 이기종 단말들을 활용한 무선네트워크 요소의 위치 추정 시 시나리오에 따라 최대 89%의 오차 감소 효과가 나타남을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 무선네트워크 요소
120: 이기종 단말
130: 데이터베이스
140: 무선네트워크 요소 측위 서버

Claims (20)

  1. 컴퓨터로 구현되는 방법으로서,
    무선네트워크 요소 측위 서버가 이기종 단말로부터 무선네트워크 요소의 수신신호세기에 대한 정보 및 상기 이기종 단말의 위치 정보를 수신하는 단계;
    상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 기 생성된 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값 모델을 이용하여 기 선정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보와 상기 수신한 위치 정보를 이용하여 상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 단계
    를 포함하는 무선네트워크 요소의 위치 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보는,
    상기 무선네트워크 요소와 통신하는 상기 이기종 단말에서 측정된 정보인 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소의 위치 추정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보는,
    상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에서 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 평균을 차분함으로써 상기 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정되는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소의 위치 추정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 단계는,
    상기 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 활용한 가중치 최소 자승법(weighted least square)을 이용하여 상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 단계인 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소의 위치 추정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 단계 이후에,
    상기 추정된 무선네트워크 요소의 위치를 기준으로 상기 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 활용한 삼변측량(trilateration) 방식을 이용하여 상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소의 위치 추정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값 모델은,
    각각의 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 특성 분석을 기초로 생성되는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소의 위치 추정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이기종 단말간 수신신호세기 차이값 모델을 이용하여 데이터베이스를 구축하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소의 위치 추정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 데이터베이스에는,
    상기 무선네트워크 요소 별로 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 평균, 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 분산 및 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 표준편차 중 적어도 하나가 저장되는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소의 위치 추정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 분산 및 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 표준편차 중 적어도 하나를 이용하여 상기 보정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보의 신뢰도를 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소의 위치 추정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    복수개의 이기종 단말 중 상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 정규화하는 이기종 단말을 상기 기준 단말로서 선정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소의 위치 추정 방법.
  11. 이기종 단말로부터 무선네트워크 요소의 수신신호세기에 대한 정보 및 상기 이기종 단말의 위치 정보를 수신하는 정보 수신부;
    상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 기 생성된 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값 모델을 이용하여 기 선정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정하는 수신신호세기 보정부; 및
    상기 보정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보와 상기 수신한 위치 정보를 이용하여 상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 무선네트워크 요소 위치 추정부
    를 포함하는 무선네트워크 요소 측위 서버.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보는,
    상기 무선네트워크 요소와 통신하는 상기 이기종 단말에서 측정된 정보인 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소 측위 서버.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 수신신호세기 보정부는,
    상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에서 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 평균을 차분함으로써 상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 상기 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보로 보정하는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소 측위 서버.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 무선네트워크 요소 위치 추정부는,
    상기 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 활용한 가중치 최소 자승법(weighted least square)을 이용하여 상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소 측위 서버.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 무선네트워크 요소 위치 추정부는,
    상기 추정된 무선네트워크 요소의 위치를 기준으로 상기 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 활용한 삼변측량(trilateration) 방식을 이용하여 상기 무선네트워크 요소의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소 측위 서버.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값 모델은,
    각각의 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 특성 분석을 기초로 생성되는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소 측위 서버.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 이기종 단말간 수신신호세기 차이값 모델이 저장되는 데이터베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소 측위 서버.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 데이터베이스에는,
    상기 무선네트워크 요소 별로 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 평균, 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 분산 및 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 표준편차 중 적어도 하나가 저장되는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소 측위 서버.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 분산 및 상기 이기종 단말간 무선네트워크 요소의 수신신호세기 차이값의 표준편차 중 적어도 하나를 이용하여 상기 보정된 기준 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보의 신뢰도를 추정하는 신뢰도 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소 측위 서버.
  20. 제11항에 있어서,
    복수개의 이기종 단말 중 상기 이기종 단말로부터의 수신신호세기에 대한 정보를 정규화하는 이기종 단말을 상기 기준 단말로서 선정하는 기준 단말 선정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선네트워크 요소 측위 서버.
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