KR101744191B1 - 경주마 위치 추적 시스템 - Google Patents

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KR101744191B1
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Abstract

경주마 위치 추적 시스템이 개시된다. 이 경주마 위치 추적 시스템은 경주마별로 부착된 태그, 및 경주 트랙을 따라 배치되어 경주마에 부착된 태그로부터 위치 신호를 수신하면 해당 태그에 대한 타임스탬프를 생성하는 복수의 리더기를 포함하되, 태그와 리더기 간의 위치 신호 송수신은 초광대역(Ultra Wide Band) 채널을 통해 이루어지며, 그 외의 신호 송수신은 협대역(Narrow Band) 채널을 통해 이루어진다.

Description

경주마 위치 추적 시스템{Race horse tracking system}
본 발명은 경마 관련 기술에 관한 것으로, 특히 경주마의 위치를 추적하는 시스템에 관한 것이다.
국내공개특허공보 제10-2014-0073055호에는 경마 모니터링 시스템에 대해 개시되어 있다. 이 시스템은 마권 발행기와 위치 송신기와 위치 수신기 및 서버를 포함한다. 마권 발행기는 마권을 발행할 때 배팅 정보와 더불어 배팅 정보를 포함하는 식별패턴을 마권에 함께 인쇄한다. 위치 송신기는 경주마에 부착된다. 위치 수신기는 위치 송신기로부터 경주마의 위치 신호를 수신한다. 그리고 서버는 위치 수신기로부터 경주마의 위치 신호를 수신하며, 스마트폰에 의해 마권의 식별패턴이 스캔되되 스마트폰이 웹페이지에 연결되면 경주마의 위치를 스마트폰으로 전송한다.
국내공개특허공보 제10-2014-0073055호 (2014년 6월 16일)
본 발명은 개선된 무선 통신 방식을 적용한 경주마 위치 추적 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 경주마의 위치 추적을 위한 측위 성능을 더욱 높일 수 있는 경주마 위치 추적 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
일 양상에 따른 경주마 위치 추적 시스템은 경주마별로 부착된 태그, 및 경주 트랙을 따라 배치되어 경주마에 부착된 태그로부터 위치 신호를 수신하면 해당 태그에 대한 타임스탬프를 생성하는 복수의 리더기를 포함하되, 태그와 리더기 간의 위치 신호 송수신은 초광대역(Ultra Wide Band) 채널을 통해 이루어지며, 그 외의 신호 송수신은 협대역(Narrow Band) 채널을 통해 이루어진다.
일 양상에 따르면, 태그는 리더기로부터 협대역 RF 통신 채널을 통해 비컨 신호를 수신하여 타임 슬롯을 할당받고, 할당된 타임 슬롯에 초광대역 RF 통신 채널을 통해 위치 신호를 송신하며, 제어기는 태그 간 메시지 충돌 회피를 위해 주기적으로 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access) 스케줄링에 따른 비컨 신호를 협대역 RF 통신 채널을 통해 송신하며, 태그별 할당된 타임 슬롯에 초광대역 RF 통신 채널을 통해 위치 신호를 수신할 수 있다.
일 양상에 따르면, 태그의 초광대역 RF 통신 안테나는 무지향성 안테나일 수 있다.
일 양상에 따르면, 태그는 할당된 타임 슬롯에 제 1 통신 모듈을 통해 태그의 상태 정보를 송신할 수 있다.
일 양상에 따르면, 복수의 리더기는 경주 트랙의 내주와 외주를 따라 지그재그 설치될 수 있다.
한편, 일 양상에 따른 경주마 위치 추적 시스템용 태그는 협대역(Narrow Band) RF 통신 칩, 초광대역(Ultra Wide Band) RF 통신 칩, 및 초광대역 RF 통신 칩을 통해 위치 신호를 리더기로 송신하며, 그 외의 신호는 협대역 RF 통신 칩을 통해 송수신하는 제어 유닛을 포함한다.
한편, 일 양상에 따른 경주마 위치 추적 시스템용 리더기는 협대역(Narrow Band) RF 통신 칩, 초광대역(Ultra Wide Band) RF 통신 칩, 및 태그에서 송신하는 위치 신호를 초광대역 RF 통신 칩을 통해 수신하여 해당 태그에 대한 타임스탬프를 생성한 후 측위 서버로 전달하며, 위치 신호를 제외한 나머지 신호는 협대역 RF 통신 칩을 통해 태그와 송수신하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 리더기와 태그 간에 초광대역 채널과 협대역 채널을 함께 이용하여 통신토록 함으로써, 경주마 위치 추적 시스템의 성능을 향상시킨다.
또한 본 발명은 리더기들을 경주 트랙의 내주와 외주를 따라 지그재그 배치함으로써, 측위 성능을 더욱 높일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 경주마 위치 추적 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 태그 동기화를 위한 비컨 신호 및 타임 슬롯을 예시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 동기 모드 동작 절차를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 학습 모드 동작 절차를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 운영 모드 동작 절차를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 리더기들의 설치 위치를 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 리더기들의 설치 위치를 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 리더기 설치 위치에 따른 RMSE 성능 비교 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 태그의 블록도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 리더기의 블록도이다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 경주마 위치 추적 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 경주마 위치 추적 시스템은 태그(Tag)(100)들과, 리더기((Locating Access Point, LAP))(200)들과, 제어기(Locating Controller, LCT)(300), 및 측위 서버(Locating Server, LSV)(400)를 포함한다. 태그(100)들은 경주마별로 부착되며, 리더기(200)들은 경주 트랙을 따라 고정되게 배치된다. 태그(100)와 리더기(200) 간에는 무선망을 통해 신호를 송수신하는데, 초광대역(Ultra Wide Band, UWB) 채널과 협대역(Narrow Band, NB) 채널을 통해 신호를 송수신할 수 있다. 초광대역의 경우 저전력을 넓은 대역에 걸쳐서 신호를 송수신하기 때문에, 협대역과의 주파수 공유가 가능하다. 그리고 위치 추적을 위한 UWB의 사용주파수는 3.2GHz ~ 4.8GHz일 수 있다.
일 양상에 따르면, 태그(100)와 리더기(200)는 초광대역 채널을 통해 위치 신호인 블링킹(Blinking) 메시지를 송수신하며, 협대역 채널을 통해 그 외의 신호를 송수신한다. 좀 더 정확히 설명하면, 태그(100)는 초광대역 채널을 통해 위치 신호를 송신하고 리더기(200)를 이를 수신하며, 태그(100)와 리더기(200) 각각은 협대역 채널을 통해 위치 신호 이외의 신호를 송신도 하고 수신도 한다. 따라서, 하드웨어적으로 태그(100)는 UWB TX 칩과 NB TX 칩 및 NB RX 칩을 포함하며, 리더기(200)는 UWB RX 칩과 NB TX 칩 및 NB RX 칩을 포함한다. 태그(100)는 UWB RX 칩을 포함하지 않을 수 있고, 리더기(200)는 UWB TX 칩을 포함하지 않을 수 있다.
일 양상에 따르면, 태그(100)는 리더기(200)로부터 협대역 채널을 통해 비컨(Beacon) 신호를 수신하여 타임 슬롯(Time Slot, TS)을 할당받는다. 그리고 할당된 타임 슬롯에 위치 신호를 초광대역 채널을 통해 송신한다. 그리고 리더기(200)는 태그 간 송신 메시지의 충돌 회피를 위해 주기적으로 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access) 기반의 스케줄링에 따른 비컨 신호를 협대역 채널을 통해 송신하며, 태그별 할당된 타임 슬롯에 해당 태그로부터 초광대역 채널을 통해 위치 신호를 수신한다.
또한, 태그(100)는 할당된 타임 슬롯에 태그의 상태 정보를 협대역 채널을 통해 리더기(200)로 송신할 수 있다. 즉, 태그(100)는 초광대역 채널과 협대역 채널을 모두 이용하여 동일한 타임 슬롯에 위치 신호를 전송함은 물론 태그의 상태 정보도 전송할 수 있다. 여기서, 태그의 상태 정보는 태그에 포함된 센서의 감지 데이터, 태그의 배터리 잔량 데이터, 태그의 통신 상태 데이터 등일 수 있다. 리더기(200)는 협대역 채널을 통해 태그의 상태 정보를 수신한다. 또한, 리더기(200) 역시 협대역 채널을 통해 태그(100)로 신호를 송신할 수 있는데, 협대역 채널을 통해 태그(100)의 동작 모드를 변경하거나 태그(100)의 펌웨어를 업그레이드할 수 있다.
태그 동기화를 위한 비컨 신호 및 타임 슬롯이 도 2에 예시되어 있다. 리더기(200)는 도 2에 도시된 바와 같은 비컨 신호를 협대역 채널을 통해 송신(NB Tx)하여 각각의 태그 어드레스에 대응하는 타임 슬롯(GTSx)을 할당함으로써 충돌 회피를 보장한다. 리더기(200)는 태그(100)별 할당된 타임 슬롯에 초광대역 채널과 협대역 채널을 통해 위치 신호와 그 외의 신호를 수신(UWB Rx, NB Rx)하며, 협대역 채널을 통해 위치 추적용 이외의 신호를 태그로 송신(NB Tx)한다.
한편, 리더기(200)들은 제어기(300)와 광케이블로 광 네트워크를 이룬다. 또한 리더기(200)들은 원격 전원 스위치(Remote Power Switch)(600)와 전원 케이블로 연결되어 원격 전원 스위치(600)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 일 실시예에 있어서, 리더기(200)들은 일부씩 그룹화된다. 그리고 제어기(300)는 복수의 입출력 포트를 구비하며, 하나의 입출력 포트에 하나의 그룹에 속하는 리더기(200)들이 광케이블로 직렬 연결된다. 따라서, 리더기의 출력은 다음 리더기의 입력으로 이어지며, 직렬 연결된 마지막 리더기의 출력은 제어기의 입출력 포트로 입력된다. 이 같이 멀티 채널(CH_1, CH_2, CH_3, ..., CH_n)을 구성하는 것이다. 그리고 제어기(300)는 클록을 발생시켜 입출력 포트별, 즉 채널별로 출력하여 리더기(200)들을 동기화할 수 있다. 이 같이 하면 클록 지터(jitter)가 최소화된다.
제어기(300)와 측위 서버(400) 및 위치 정보 데이터베이스(500)는 네트워크 연결되는데, 이 네트워크는 TCP/IP 기반의 네트워크일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제어기(300)는 측위 서버(400) 및 위치 정보 데이터베이스(500)와 네트워크 스위치(700)를 통해 연결될 수 있다. 측위 서버(400)는 위치 측정 알고리즘을 이용하여 경주마들의 위치를 측정하는 역할을 수행한다. 일 실시예에 있어서, 측위 서버(400)는 TDOA(Time differences of Arrival) 기법을 이용하여 측위를 수행한다. 그리고 측정된 경주마들의 실시간 위치 정보는 위치 정보 데이터베이스(500)에 저장되어 관리된다.
위치 추적 과정은 다음과 같다. 태그(100)는 주기적으로 위치 신호인 블링킹(blinking) 메시지를 송신하며, 리더기(200)는 블링킹 메시지를 수신한다. 블링킹 메시지에는 태그의 식별정보와 메시지 송신 시각 정보가 포함될 수 있다. 상술한 바와 같이, 태그(100)와 리더기(200)는 UWB 채널을 통해 블링킹 메시지를 송수신하는데, 태그(100)가 리더기(200)로부터 타임 슬롯을 할당받은 경우에는 할당된 타임 슬롯에 UWB 채널을 통해 블링킹 메시지를 송신한다. 경마장 환경에서 경주마의 실시간 위치를 30cm 이내의 오차로 추적하기 위해, 스펙트럼에 비해 매우 넓은 대역에 걸쳐 낮은 전력밀도로 대용량의 정보전송 또는 경로 고분해능이 가능한 무선전송기술인 UWB를 사용하는 것이다.
블링킹 메시지를 수신한 리더기(200)는 그 수신 시점의 타임스탬프를 생성하여 제어기(300)로 전달한다. 제어기(300)는 리더기(200)로부터 타임스탬프 메시지를 수신하고, 이를 측위 서버(400)로 전달한다. 이때, 제어기(300)는 타임스탬프 메시지를 측위 서버(400)로 전달하기 전에 유선 지연만큼의 오프셋을 타임스탬프에 반영한 후에 전달할 수 있다. 측위 서버(400)는 태그들의 타임스탬프 데이터에 근거하여 경주마들의 위치를 측정한다. 일 양상에 따르면, 측위 서버(400)는 TDOA 측위 기법을 이용하여 경주마들의 위치를 측정한다. 그리고 측정된 경주마들의 실시간 위치 정보는 위치 정보 데이터베이스에 저장되어 관리된다.
한편, 태그(100)는 할당된 타임 슬롯에 협대역 채널을 통해 상태 정보를 전송할 수 있다. 리더기(200)는 태그(100)들로부터 상태 정보를 수신하며, 제어기(300)는 리더기(200)들로부터 상태 정보를 수집한다. 수집된 상태 정보는 리더기(200)에서 관리될 수 있으며, 측위 서버(400)로 전달되어 동일 시점의 태그 위치 정보와 함께 관리될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제어기(300)는 동기 모드(synchronization mode), 학습 모드(Learning mode), 그리고 운영 모드(operational mode) 순으로 동작할 수 있다. 동기 모드는 상술한 바와 같이 리더기(200)들의 시각을 동기화하기 위한 단계로서, 각 리더기 내부의 UWB 수신 타임스탬프 카운터 값을 초기화하는 단계이다. 이 동기 모드는 리더기 신규 설치 및 교체, 전원 재투입, 주기적/선택적으로 수행될 수 있다. 학습 모드는 제어기(300)로부터 각각의 리더기(200)에 전송되는 클록의 유선 평균 지연 값을 찾는 과정이다. 즉, 제어기(300)는 리더기(200)들의 시각 동기 후에 리더기(200)들 각각의 클록 지연 시간을 측정하여 이를 지연 오프셋으로 관리한다. 리더기별 지연 오프셋은 운영 모드에서 타임스탬프 보정 값으로 사용된다. 그리고 운영 모드는 태그의 위치를 추적하는 정상 동작 단계이다. 운영 모드에서 제어기(300)는 태그의 위치를 추적하는 동작을 개시하고, 리더기(200)들로부터 수신되는 타임스탬프 값을 지연 오프셋으로 보정하여 측위 서버(400)로 전송한다.
도 3은 일 실시예에 따른 동기 모드 동작 절차를 나타낸 도면이다. 측위 서버(400)는 동기 모드 준비(prepare SYNC mode) 메시지를 송신하며, 제어기(300)는 동기 모드 준비 메시지를 수신하여 모든 리더기(200)들로 전달한다. 리더기(200)들은 준비 완료 메시지를 자신의 어드레스와 함께 송신하며, 제어기(300)는 이를 수신하여 측위 서버(400)로 전달한다. 측위 서버(400)는 리더기(200)들 모두가 준비 완료되었는지 판단하여 완료되었으면 동기 신호를 발생시키며, 제어기(300)는 동기 신호를 수신하여 모든 리더기(200)들로 전달한다. 리더기(200)들은 동기 신호에 따라 동기를 완료한 후에 동기 완료 메시지를 자신의 어드레스와 함께 송신하며, 제어기(300)는 이를 수신하여 측위 서버(400)로 전달한다. 측위 서버(400)는 리더기(200)들 모두가 동기 완료되었는지 판단하여 완료되었으면 동기 모드 종료 메시지를 송신하며, 제어기(300)는 동기 모드 종료 메시지를 수신하여 모든 리더기(200)들로 전달한다. 리더기(200)들은 동기 모드를 종료한 후에 종료 메시지를 자신의 어드레스와 함께 송신하며, 제어기(300)는 이를 수신하여 측위 서버(400)로 전달한다.
도 4는 일 실시예에 따른 학습 모드 동작 절차를 나타낸 도면이다. 측위 서버(400)는 학습 모드 메시지를 제어기(300)로 전송한다. 학습 모드 메시지를 수신한 제어기(300)는 표준 태그(Reference TAG)로 지정할 리더기(200)의 주소를 부가하여 입출력 포트를 통해 출력한다. 리더기(200)는 학습 모드 메시지를 수신하며, 메시지에 포함된 주소와 자신의 주소를 비교한다. 일치하지 않을 경우, 리더기(200)는 다음 리더기로 학습 모드 메시지를 전달한다. 일치할 경우, 리더기(200)는 자신을 표준 태그로 동작시킨다. 여기서, 리더기(200)가 표준 태그로 동작한다는 의미는 태그(100)처럼 블링킹 신호를 송신한다는 의미이다. 블링킹 신호는 일정 시간 주기적으로 송신될 수 있다. 이에 통신 가능 범위 내에 있는 다른 리더기들은 표준 태그로부터 블링킹 신호를 수신하게 되며, 평균 TOA(Time of Average) 정보를 제어기(300)로 전달한다. 제어기(300)는 모든 리더기(200)들로부터 지연 오프셋인 TOA 정보를 수신하였는지 확인한다. 모든 리더기(200)들로부터 TOA 정보를 수신하지 못하였을 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 상술한 과정이 반복된다. 과정을 반복할 경우, 제어기(300)는 다른 리더기를 표준 태그로 지정한다. 즉, 표준 태그로 지정할 다른 리더기의 주소를 학습 모드 메시지에 부가하여 리더기들로 전달하는 것이다. 모든 리더기(200)들로부터 TOA 정보를 수신하면, 리더기(200)는 도 4에 도시된 바와 같은 TOA 테이블을 저장 및/또는 측위 서버(400)로 전달한다.
도 5는 일 실시예에 따른 운영 모드 동작 절차를 나타낸 도면이다. 측위 서버(400)는 운영 모드 메시지를 제어기(300)로 전송한다. 제어기(300)는 운영 모드 메시지를 수신하고, 이를 비컨 구조의 메시지로 모든 리더기(200)들로 전달한다. 비컨 메시지를 수신한 리더기(200)들은 운영 모드로 동작할 준비가 되었음을 알리는 레디(Ready) 메시지에 자신의 주소 정보를 포함시켜 제어기(300)로 회신하며, 또한 태그(100)들로 타임 슬롯 할당을 위한 비컨 구조의 메시지를 송신한다. 제어기(300)는 리더기(200)들로부터 수신된 레디 메시지를 측위 서버(400)로 전달한다. 측위 서버(400)는 모든 리더기(200)들이 준비 완료되었는지 판단하여 준비 완료되었을 경우 동작 개시를 위한 스타트 메시지를 제어기(300)로 전송한다. 제어기(300)는 스타트 메시지를 수신하여 리더기(200)들로 전달하고, 리더기(200)들은 태그(100)들로 전달하며, 태그(100)들은 할당된 타임 슬롯마다 블링킹 메시지를 송신한다. 이에 리더기(200)들은 블링킹 메시지를 수신하여 타임스탬프를 생성하며, 생성한 타임스탬프를 제어기(300)로 전달한다. 타임스탬프 전달은 주기적으로 이루어지는데, 예를 들어 33.3ms(30Hz) 단위로 이루어질 수 있다. 제어기(300)는 리더기(200)들로부터 타임스탬프를 수신하고 측위 서버(400)로 전달한다. 이때, 제어기(300)는 타임스탬프에 지연 오프셋을 반영한 후 측위 서버(400)로 전달할 수 있다. 혹은 측위 서버(400)에서 지연 오프셋이 반영될 수도 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 리더기들의 설치 위치(Reader position)를 나타낸 도면이며, 도 7은 다른 실시예에 따른 리더기들의 설치 위치를 나타낸 도면이다. 도 6은 리더기들이 경주 트랙의 내주와 외주를 따라 지그재그로 배치된 예를 보이며, 도 7은 리더기(200)들이 경주 트랙의 외주를 따라 배치된 예를 보인다. 참고로, 화살표는 경주마의 경주 궤적을 의미한다. 리더기들은 도 6 또는 도 7과 같이 배치될 수 있는데, 일 양상에 따르면 도 7과 같이 배치된다. TDOA 데이터를 이용한 위치 추적은 가관측성(observability)에 따라 그 성능이 크게 영향을 받기 때문에 리더기 위치 선정이 매우 중요한데, 도 7과 같이 리더기 위치를 선정하였을 경우에 측위 성능이 뛰어나기 때문이다.
도 6과 도 7에 대해 각각 측위를 수행하여 성능을 비교하기 위해, 아래 표 1과 같이 시뮬레이션 시나리오를 설정한다.
시나리오 #1 - 도 6
- 경주마는 초기 2초 동안 가속 후 내주로를 따라 65km/h로 질주
- 직선주로 리더기 개수: 18개
- 곡선주로 리더기 개수: 12개
- 신호의 수신범위는 태그를 중심으로 200m
- 최대 6개의 TDOA 측정치를 이용
- 총 500회의 몬테칼로 시뮬레이션 수행
- 30Hz(33.3ms) 주기로 TDOA 측정치 생성
시나리오 #2 - 도 7
- 경주마는 초기 2초 동안 가속 후 내주로를 따라 65km/h로 질주
- 직선주로 리더기 개수: 17개
- 곡선주로 리더기 개수: 10개
- 신호의 수신범위는 태그를 중심으로 200m
- 직선 코스에서 리더기는 지그재그 형태로 y축에 10m 차이를 둠(직선 코스를 중심으로 리더기가 지그재그로 설치되는 경우 아님)
- 최대 6개의 TDOA 측정치를 이용
- 총 500회의 몬테칼로 시뮬레이션 수행
- 30Hz 주기로 TDOA 측정치 생성
도 8은 리더기 설치 위치에 따른 RMSE 성능 비교 그래프로서, 확장칼만필터(Extended Kalman Filter, EKF)를 적용하였을 때의 RMSE(Root Mean Square Error)를 나타낸다. 시뮬레이션 시나리오 #2에서는 외주로를 따라 리더기가 위치하고 있으며, 이때 추정된 경주마의 위치 오차를 파란색 그래프로 표현하였다. 도 8의 그래프를 통해 리더기의 위치 설정에 따라 측위 정확도가 달라질 수 있음을 알 수 있는데, 성능을 비교해보면 경주 트랙의 곡선 구간에서는 시나리오 #1과 시나리오 #2가 유사하나 직선 구간에서는 시나리오 #1이 시나리오 #2에 비해 뛰어나다.
도 9는 일 실시예에 따른 태그의 블록도이다. 제 1 통신 칩(110)은 협대역 RF 통신 칩으로서 제 1 클록(111)의 펄스 신호에 맞춰 동작할 수 있으며, 제 2 통신 칩(120)은 초광대역 RF 통신 칩으로서 제 2 클록(121)의 펄스 신호에 맞춰 동작할 수 있다. 제 1 통신 칩(110)은 제 1 매칭부(112) 및 NB 안테나를 통해 신호를 송수신하며, 제 2 통신 칩(120)은 제 2 매칭부(122) 및 UWB 안테나를 통해 신호를 송신한다. 일 실시예에 있어서, UWB 안테나는 무지향성 안테나이다. UWB 안테나가 방향성을 갖게 되면 전파의 방향이 편중되어 리더기와의 통신 거리가 방향에 따라 달라져 특정 리더기만 태그 정보를 수신하게 되는바, 정보를 수신할 수 있는 리더기의 수가 줄어들게 되어 위치 측정 정확도의 확률이 낮아질 수밖에 없다. 즉, 위치 신호는 되도록 많은 리더기(200)에서 수신할 수 있어야 하므로, 태그용 UWB 안테나는 방향성을 갖지 않도록 설계하는 것이다.
태그 제어 유닛(130)은 마이크로 제어 유닛(Micro Control Unit, MCU)일 수 있으며, 제 1 통신 칩(110)과 일체로 이루어져 제 1 클록(111)의 펄스 신호에 맞춰 동작할 수 있다. 태그 제어 유닛(130)은 제 2 통신 칩(120)을 통해 위치 신호를 송신 제어하며, 그 외의 신호에 대해서는 제 1 통신 칩(110)을 통해 송수신 제어할 수 있다. 태그 제어 유닛(130)은 제 1 통신 칩(110)을 통해 비컨 신호를 수신하여 타임 슬롯을 할당받고, 할당된 타임 슬롯에 제 2 통신 칩(120)을 통해 위치 신호를 송신 제어할 수 있다. 또한, 태그 제어 유닛(130)은 할당된 타임 슬롯에 제 1 통신 칩(110)을 통해 태그의 상태 정보를 송신 제어할 수 있다.
전원 공급부(140)는 배터리(150)로부터 인가되는 전원을 태그를 구성하는 부품들에 공급하는 역할을 한다. 배터리(150)는 충전용 배터리일 수도 있고, 교체 가능한 교체형 배터리일 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 태그(100)는 경주용 태그와 조교용 태그로 나뉠 수 있다. 경주용 태그에는 충전용 배터리가 적용되고, 조교용 태그에는 교체형 배터리가 적용될 수 있다. 또한 태그(100)는 사용자 입력을 위한 버튼(160)과 센서(170) 및 태그의 상태를 외부에 표시하는 LED(180) 등을 포함할 수 있다. 센서(170)는 경주마의 움직임을 감지하는 것으로서, 가속도 센서이거나 자이로 센서 또는 가속도 + 자이로 센서일 수 있다. 그리고 상술한 태그의 상태 정보에는 센서(170)에 의해 감지된 데이터가 포함될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 리더기의 블록도이다. 리더기(200)는 유선 통신부(210)와 무선 통신부(220) 및 리더기 제어부(230)를 포함한다. 유선 통신부(210)는 제 1 광 통신부(211)와 제 2 광 통신부(212)를 포함한다. 제 1 광 통신부(211)는 광케이블로 직렬 연결된 이전 리더기(200) 또는 제어기(300)로부터 광신호를 수신하며, 제 2 광 통신부(212)는 광케이블로 직렬 연결된 다음 리더기(200) 또는 제어기(300)로 광신호를 송신한다. 무선 통신부(220)는 협대역 통신부(221)와 초광대역 통신부(222)를 포함한다. 협대역 통신부(221)는 협대역 채널을 통해 신호를 송수신하는 협대역 통신 칩이다. 그리고 초광대역 통신부(222)는 초광대역 채널을 통해 신호를 송수신하는 초광대역 통신 칩이다. 초광대역 통신 칩은 둘 이상일 수 있으며, 이 경우 안테나 역시 마찬가지이다.
리더기 제어부(230)는 리더기 전반을 제어하는 구성으로서, FPGA(Field-Programmable Gate Array)와 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 FPGA에 MCU가 포함될 수 있다. 리더기 제어부(230)는 시분할 다중 접속 스케줄링에 따라 비컨 신호를 생성하고 이를 협대역 통신부(221)를 통해 송신하여 태그와 리더기 간에 시간을 동기화할 수 있다. 또한, 협대역 통신부(221)를 통해 태그(100)로부터의 상태 정보를 수신하여 유선 통신부(210)를 통해 리더기(200) 또는 제어기(300)로 전달할 수 있으며, 초광대역 통신부(222)를 통해 태그(100)로부터의 위치 정보를 수신하여 유선 통신부(210)를 통해 리더기(200) 또는 제어기(300)로 전달할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 태그 200 : 리더기
300 : 제어기 400 : 측위 서버
500 : 위치 정보 데이터베이스 600 : 원격 전원 스위치
700 : 네트워크 스위치

Claims (12)

  1. 경주마별로 부착된 태그; 및
    경주 트랙을 따라 배치되어 경주마에 부착된 태그로부터 위치 신호를 수신하면 해당 태그에 대한 타임스탬프를 생성하는 복수의 리더기;를 포함하되,
    태그와 리더기 간의 위치 신호 송수신은 초광대역(Ultra Wide Band) 채널을 통해 이루어지며, 그 외의 신호 송수신은 협대역(Narrow Band) 채널을 통해 이루어지고,
    태그는 리더기로부터 협대역 RF 통신 채널을 통해 비컨 신호를 수신하여 타임 슬롯을 할당받고, 할당된 타임 슬롯에 초광대역 RF 통신 채널을 통해 위치 신호를 송신하며,
    제어기는 태그 간 메시지 충돌 회피를 위해 주기적으로 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access) 스케줄링에 따른 비컨 신호를 협대역 RF 통신 채널을 통해 송신하며, 태그별 할당된 타임 슬롯에 초광대역 RF 통신 채널을 통해 위치 신호를 수신하고,
    리더기는 협대역 RF 통신 채널을 통해 상기 태그의 동작 모드를 변경하는 신호를 상기 태그로 송신하는 경주마 위치 추적 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    태그의 초광대역 RF 통신 안테나는 무지향성 안테나인 경주마 위치 추적 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    태그는 할당된 타임 슬롯에 제 1 통신 칩을 통해 태그의 상태 정보를 송신하는 경주마 위치 추적 시스템.
  5. 제 1 항, 제 3 항, 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 리더기는 경주 트랙의 내주와 외주를 따라 지그재그 설치된 경주마 위치 추적 시스템.
  6. 경주마별로 부착되는 경주마 위치 추적 시스템용 태그에 있어서,
    협대역(Narrow Band) RF 통신 칩;
    초광대역(Ultra Wide Band) RF 통신 칩; 및
    초광대역 RF 통신 칩을 통해 위치 신호를 리더기로 송신하며, 그 외의 신호는 협대역 RF 통신 칩을 통해 송수신하는 제어 유닛;
    을 포함하고,
    제어 유닛은 태그 간 송신 메시지 충돌 회피를 위해 리더기가 주기적으로 송신하는 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access) 스케줄링에 따른 비컨 신호 및 태그의 동작 모드를 변경하는 신호를 협대역 RF 통신 모듈을 통해 수신하며, 비컨 신호에 의해 할당된 타임 슬롯에 초광대역 RF 통신 모듈을 통해 위치 신호를 송신하는 경주마 위치 추적 시스템용 태그.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    초광대역 안테나는 무지향성 안테나인 경주마 위치 추적 시스템용 태그.
  9. 제 6 항에 있어서,
    제어 유닛은 할당된 타임 슬롯에 협대역 RF 통신 칩을 통해 태그의 상태 정보를 송신하는 경주마 위치 추적 시스템용 태그.
  10. 경주 트랙을 따라 배치되어 경주마별로 부착된 태그와 통신하는 경주마 위치 추적 시스템용 리더기에 있어서,
    협대역(Narrow Band) RF 통신 칩;
    초광대역(Ultra Wide Band) RF 통신 칩; 및
    태그에서 송신하는 위치 신호를 초광대역 RF 통신 칩을 통해 수신하여 해당 태그에 대한 타임스탬프를 생성한 후 측위 서버로 전달하며, 위치 신호를 제외한 나머지 신호는 협대역 RF 통신 칩을 통해 태그와 송수신하는 제어부;
    를 포함하고,
    제어부는 태그 간 송신 메시지 충돌 회피를 위해 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access) 스케줄링에 따른 비컨 신호 및 태그의 동작 모드를 변경하는 신호를 협대역 RF 통신 칩을 통해 송신하여 태그별로 타임 슬롯을 할당하며, 태그별로 할당된 타임 슬롯에 초광대역 RF 통신 칩을 통해 위치 신호를 수신하는 경주마 위치 추적 시스템용 리더기.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    제어부는 태그별 할당된 타임 슬롯에 협대역 RF 통신 칩을 통해 태그의 상태 정보를 수신하는 경주마 위치 추적 시스템용 리더기.
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