KR101749332B1 - 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법 - Google Patents

전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법 Download PDF

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Abstract

전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치는 전파지문지도 생성시 기준이 된 기준 단말과 위치인식을 요청한 사용자 단말간 수신감도 차이를 이용하여 사용자 단말이 수신한 전파패턴을 보정하고, 보정된 사용자 단말의 전파패턴과 전파지문지도의 전파패턴을 비교하여 사용자 단말의 위치를 추정한다.

Description

전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법{METHOD FOR RECOGNIZING LOCATION OF TERMINAL BASED RADIO FINGERPRINT}
본 발명은 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 자세히 말하면 동적 수집을 활용하는 전파지문지도 기반 위치 인식에서 이기종 단말간의 수신감도 차이로 인한 패턴 왜곡을 보정하여 위치인식을 요청하는 사용자 단말의 기종에 관계없이 정확한 위치정보를 제공할 수 있는 위치 인식 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 수많은 태블릿, 스마트 폰 등 스마트 기기가 개발되고 사용자가 폭증하면서 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth) 등과 같은 공통적으로 사용되는 무선통신 인프라 역시 다양해지고 있다. 또한 스마트 기기들을 이용한 대표적인 서비스로 이러한 인프라를 활용한 다양한 위치기반서비스(LBS, Location Based Services)가 개발되고 있다.
사용자에게 더욱 폭 넓은 환경에서 다양한 위치기반서비스 및 어플리케이션을 제공하기 위해서는 정확한 사용자의 위치 인식이 우선적으로 이루어져야 하는데, 이를 위해 대표적으로 사용되고 있는 기술은 GPS(Global Positioning System)이다. GPS는 고층빌딩이 밀집해있는 도심지와 같은 일부 특정지역을 제외한 거의 모든 실외 환경에서 언제 어디서나 정확한 위치 측정값을 제공하지만 위성신호를 수신할 수 없는 실내에서는 동작하지 않는 문제점이 있다.
이러한 문제의 해결을 위해 여러 무선통신 인프라를 활용하는 기법들이 개발되고 있는데 이 중 실내 환경에서 별도의 추가장비 없이 비교적 가장 정확한 위치인식 성능을 보이는 기술은 전파지문지도(fingerprinting) 기반 위치인식 기술이다. 전파지문지도 기반 위치인식은 실내공간을 특정 구역으로 나눈 뒤, 각 구역에서 수신되는 특정 혹은 여러 인프라의 전파패턴, 즉 전파지문을 저장하고 있는 전파지문지도(Radio fingerprint map)를 구축하고, 이를 이용하여 추후에 위치인식서비스의 사용자가 위치인식을 요청할 경우 사용자가 수신한 전파패턴을 이용하여 전파지문지도의 전파패턴들과 비교함으로써 가장 근접한 전파패턴의 위치를 사용자의 위치로 인식하는 기술이다.
이를 위해 전파지문지도 기반의 위치인식은 수집 및 전파지문지도 생성단계와 위치인식단계로 이루어진다. 수집 및 전파지문지도 생성단계는 실내 공간에서 신호를 수집하여 특정 구역별 전파패턴을 획득하고 전파지문지도를 구축하는 단계이다. 위치인식단계는 사용자가 수신한 전파패턴을 이용한 패턴 매칭을 통해 위치를 인식하는 단계이다. 따라서 사용자의 위치를 정확하게 파악하기 위해서는 전파지문지도가 해당 구역의 전파패턴을 정확하게 나타내고 있어야 한다. 수집 및 전파지문지도 생성단계는 정적 수집과 동적 수집을 활용하는 방식이 있고, 위치인식단계는 위치인식을 수행하는 주체에 따라 서버기반 측위와 단말기반 측위로 나뉠 수 있다.
수집 및 전파지문지도 생성 단계에서 전파지문지도 구축을 위해 일반적으로 사용되는 방식은 정적인 수집을 활용하는 것이다. 정적 수집은 실내공간을 나눈 구역(수집 구역)의 특정 지점(예를 들면, 수집구역의 한가운데 지점)을 선정하여 해당 지점에서 수분 정도 대기하며 수신되는 전파를 수집하는 방식이다. 이렇게 수집된 전파패턴에 평균을 취하여 전파지문지도를 구축한다. 하지만 이러한 정적 수집방식은 실내공간 내의 수많은 수집지점들에서 각각 수분 정도의 수집시간을 필요로 하기 때문에 수집을 위해 너무 많은 인력과 시간이 필요하다는 문제점이 있으며, 이 때문에 광역의 서비스 지역을 목표로 하는 위치기반서비스에서는 정적 수집방식을 이용한 전파지문지도 기반 위치인식이 사실상 불가능하다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 스마트 폰과 같이 내장되어 있는 센서, 혹은 GPS를 활용해 실시간 위치를 알 수 있고 동시에 와이파이 혹은 블루투스와 같은 무선 신호 정보를 수집할 수 있는 장치(수집장치)를 사용하여 실내공간 전체를 이동하며 전파패턴을 수집하는 동적 수집방식이 제안되었다.
이런 동적 수집방식의 전파지문지도 생성은 수집에 투입되는 시간과 비용을 최소화할 수 있다는 장점이 있지만 이동 중에 신호정보를 수집한다는 측면에서 한 지점에서 안정적으로 충분한 데이터를 확보할 수 있는 정적 수집방식에 비해 데이터의 신뢰도가 떨어지고, 별도의 스캔장비를 개발하지 않을 경우 충분한 데이터 역시 확보되기 어려워 전반적으로 수집 데이터의 질이 떨어지는 문제점이 있다.
한편 최근 무선통신 인프라를 사용하는 장치들이 계속해서 다양해지면서 그들이 사용하는 통신 칩셋(Chipset)도 다양해지고 있는데, 이때 각각의 통신 칩셋마다 고유의 특성이 있어 같은 환경에서 같은 신호를 수신하더라도 수신한 신호의 감도가 다르게 측정되며 통신 칩셋에 따라 그 평균차이가 십여 dBm에 이르기도 한다. 따라서 같은 수집지역을 서로 다른 단말을 사용하여 신호를 수집하는 경우나, 한가지 단말로 수집한 정상적인 전파지문지도를 사용하더라도 사용자가 사용하는 단말이 어떤 통신 칩셋을 사용하고 있는 단말인지에 따라 위치인식결과가 다르게 나타날 수 있으며 이는 결국 사용자들의 서비스 만족도를 크게 떨어뜨린다.
특히 동적 수집방식의 경우 전파지문지도 생성의 기초가 되는 수집 데이터의 질이 상대적으로 떨어지기 때문에 정적 수집방식에 비해 생성된 전파지문지도의 정확도가 떨어질 수 밖에 없으며 여기에 전파패턴의 수신감도에도 오차가 발생할 경우 사용자 위치인식 성능은 더욱 나빠진다. 따라서 이러한 오차를 효과적으로 보정함으로써 어떠한 단말을 사용하는 사용자에게도 비슷한 정확도의 위치 추정 값을 제공할 수 있는 시스템이 필요하다.
본 발명이 해결하려는 과제는 단말의 기종에 따른 위치 인식 성능의 저하를 방지할 수 있는 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치가 제공된다. 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치는 전파지문지도 DB(database), 수신감도 차이 DB, 그리고 위치 인식부를 포함한다. 상기 전파지문지도 DB는 기준단말을 기준으로 각 위치에 따른 전파패턴을 가지는 전파지문지도를 저장한다. 상기 수신감도 차이 DB는 상기 기준단말과 상기 기준단말과 다른 기종의 단말간 수신감도 차이를 저장한다. 그리고 상기 위치 인식부는 상기 수신감도 차이 DB를 참조하여 상기 기준 단말과 위치인식을 요청한 사용자 단말간 수신감도 차이에 따른 전파패턴의 오차를 보정하고, 보정한 상기 전파패턴을 이용하여 상기 사용자 단말의 위치를 인식한다.
상기 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치는 수집부를 더 포함할 수 있다. 상기 수집부는 상기 수신감도 차이 DB를 참조하여 수집 단말에 의해 각 위치에서 수집된 무선 신호의 전파 패턴을 상기 기준단말의 전파패턴으로 보정하여 상기 전파지문지도를 생성한다.
상기 수집부는 상기 수집 단말에 의해 수집된 각 위치의 전파 패턴에서 상기 기준 단말과 상기 수집 단말간 수신감도 차이만큼을 빼어 상기 수집 단말에 의해 수집된 각 위치의 전파 패턴을 보정할 수 있다.
상기 위치 인식부는 전파패턴 보정부, 그리고 위치 추정부를 포함할 수 있따. 상기 전파패턴 보정부는 상기 수신감도 차이 DB를 참조하여 상기 사용자 단말의 전파패턴을 상기 기준단말의 전파패턴으로 보정한다. 그리고 상기 위치 추정부는 보정된 상기 사용자 단말의 전파패턴을 상기 전파지문지도의 전파패턴과 비교하여 상기 보정된 사용자 단말의 전파패턴과 가장 근접한 전파지문지도의 전파패턴의 위치를 이용하여 상기 사용자 단말의 위치로 추정한다.
상기 전파패턴 보정부는 상기 기준 단말과 상기 사용자 단말간 수신감도 차이를 이용하여 상기 사용자 단말의 전파패턴을 보정할 수 있다.
상기 위치 인식부는 전파패턴 보정부, 그리고 위치 추정부를 포함할 수 있다. 상기 전파패턴 보정부는 상기 수신감도 차이 DB를 참조하여 상기 전파지문지도의 전파패턴을 상기 사용자 단말의 전파패턴으로 보정한다. 그리고 상기 위치 추정부는 보정된 상기 전파지문지도의 전파패턴과 상기 사용자 단말의 전파패턴을 비교하여 상기 사용자 단말의 전파패턴과 가장 근접한 전파지문지도의 전파패턴의 위치를 이용하여 상기 사용자 단말의 위치로 추정한다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 측위 서버에서의 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법이 제공된다. 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법은 위치인식을 요청한 사용자 단말로부터 상기 사용자 단말이 수신한 전파패턴을 수신하는 단계, 전파지문지도 생성 시 기준이 된 기준단말과 상기 사용자 단말간 수신감도 차이를 이용하여 상기 사용자 단말의 전파패턴을 보정하는 단계, 그리고 보정된 상기 사용자 단말의 전파패턴과 가장 근접한 전파지문지도의 전파패턴의 위치를 이용하여 상기 사용자 단말의 위치로 추정하는 단계를 포함한다.
상기 보정하는 단계는 상기 기준단말과 상기 기준단말과 다른 기종의 단말간 수신감도 차이를 저장하고 있는 수신감도 차이 DB를 참조하여 상기 기준단말과 상기 사용자 단말의 기종에 해당하는 단말간 수신감도 차이를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수신하는 단계는 상기 사용자 단말의 식별정보를 수신하는 단계를 포함하고, 상기 확인하는 단계는 상기 사용자 단말의 식별정보를 토대로 상기 사용자 단말의 기종을 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법은 수집 단말에 의해 각 위치에서 수집된 무선 신호의 전파패턴을 상기 기준 단말의 전파패턴으로 보정하는 단계, 그리고 보정된 상기 수집 단말의 전파패턴을 이용하여 상기 전파지문지도를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 수집 단말에 의해 각 위치에서 수집된 무선 신호의 전파패턴을 상기 기준 단말의 전파패턴으로 보정하는 단계는 상기 수집 단말과 상기 기준 단말간 수신감도 차이를 이용하여 상기 수집 단말에 의해 각 위치에서 수집된 무선 신호의 전파패턴을 상기 기준 단말의 전파패턴으로 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 실시 예에 따르면, 사용자 단말에서의 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법이 제공된다. 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법은 측위 서버로 전파지문지도를 요청하는 단계, 상기 측위 서버로부터 전파지문지도 생성 시 기준이 된 기준단말과 상기 사용자 단말간 수신감도 차이와 상기 전파지문지도를 수신하는 단계, 상기 수신감도 차이를 이용하여 상기 사용자 단말에서 수신한 무선 신호의 전파패턴을 보정하는 단계, 그리고 보정된 상기 사용자 단말의 전파패턴과 가장 근접한 전파지문지도의 전파패턴의 위치를 이용하여 상기 사용자 단말의 위치로 추정하는 단계를 포함한다.
상기 보정하는 단계는 상기 사용자 단말의 전파패턴에서 상기 기준 단말과 상기 사용자 단말간 수신감도 차이를 빼는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 실시 예에 따르면, 사용자 단말에서의 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법이 제공된다. 상기 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법은 측위 서버로 전파지문지도를 요청하는 단계, 전파지문지도 생성 시 기준이 된 기준단말과 상기 사용자 단말간 수신감도 차이를 이용하여 상기 측위 서버에 의해 보정된 전파지문지도를 상기 측위 서버로부터 수신하는 단계, 그리고 상기 사용자 단말에서 수신한 무선 신호의 전파패턴과 가장 근접한 전파지문지도의 전파패턴의 위치를 상기 사용자 단말의 위치로 추정하는 단계를 포함한다.
상기 수신하는 단계는 상기 측위 서버가 상기 기준단말과 상기 사용자 단말간 수신감도 차이를 이용하여 상기 전파지문지도의 전파패턴을 상기 사용자 단말의 전파패턴으로 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 동적 수집기반 전파지문 방식의 위치인식에서 단말의 기종 별 수신감도 차이로 인해 발생할 수 있는 전파패턴의 왜곡을 보정함으로써, 사용자가 사용하는 단말의 기종에 관계없이 정확한 위치 인식을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치의 구현 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 수신감도 차이 DB의 구축 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 서버기반 위치 인식 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 단말기반 위치 인식 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 단말기반 위치 인식 방법의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 각각 실제 같은 위치에서 서로 다른 두 개의 신호 송신기로부터 무선 신호를 수신하였을 때 기종별 수신신호 감도의 차이를 나타내는 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치를 나타낸 도면이고, 도 2 내지 도 4는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치의 구현 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치(100)는 수집부(110), 전파지문지도 데이터베이스(database, DB)(120), 수신감도 차이 DB(130) 및 위치 인식부(140)를 포함한다.
수집부(110)는 수집 단말(200)에 의해 수집된 전파 패턴을 수신한다. 수집 단말(200)은 센서 혹은 GPS를 활용해 위치 획득이 가능하며 동시에 와이파이(Wi-Fi) 혹은 블루투스(Bluetooth)와 같은 무선신호 정보를 수집할 수 있는 단말기로서, 실내공간 전체를 이동하며 무선신호의 전파패턴을 수집하고, 전파패턴과 전파 패턴을 수집한 위치 정보를 수집부(110)로 전달한다.
수집부(110)는 수집 단말(200)로부터 수집된 각 위치의 전파패턴에 평균을 취하여 위치인식에 사용할 전파지문지도를 생성하고, 전파지문지도를 전파지문지도 DB(120)에 저장한다. 전파지문지도는 실내공간의 위치에 따른 전파패턴을 저장한다. 수집부(110)는 수집 단말(200)로부터 수집된 전파패턴을 기준 단말의 전파패턴으로 보정하고, 보정된 전파패턴과 해당 전파패턴을 수집한 위치 정보를 이용하여 전파지문지도를 생성한다. 기준 단말은 전파지문지도 생성 시 기준이 되는 단말을 의미하며, 수집 단말(200)과 동일한 기종일 수 있고, 다른 기종일 수도 있다. 수집부(110)는 기준 단말이 수집 단말(200)과 동일한 기종인 경우에 수집 단말(200)로부터 수집된 전파패턴을 그대로 이용하여 전파지문지도를 생성한다. 한편, 수집부(110)는 수집 단말(200)과 다른 기종일 경우에 수신감도 차이 DB(130)를 참조하여 수집 단말(200)에서 수집된 전파패턴을 기준 단말의 전파패턴으로 보정한 후에 전파지문지도를 생성할 수 있다. 일반적으로 위치 정보를 받는 대상은 결국 위치기반서비스를 제공받는 사용자이기 때문에 기준 단말은 사용자들이 가장 많이 사용할 것이라 예상되는 단말 (예를 들면, 서비스 대상 국가에서 가장 점유율이 높은 단말)로 지정될 수 있다.
전파지문지도 DB(120)는 각 실내공간의 전자지문지도를 저장한다.
수신감도 차이 DB(130)는 단말간 기종 차이에 따른 수신감도 차이를 저장한다. 수신감도 차이 DB(130)는 기준 단말을 기준으로 이기종 단말간의 수신감도 차이를 저장한다. 이러한 수신감도 차이 DB(130)는 이기종 단말간의 전파 수신감도 차이를 보정하기 위해서 다양한 수집 단말들의 수신감도 차이를 여러 환경에서 전파 신호를 측정한 뒤 통계적 특성을 분석하여 전파패턴 보정에 사용될 수 있도록 DB화 한 것이다. 일반적으로 전파지문지도 기반의 위치인식을 활용한 위치기반서비스는 GPS가 가용하지 않은 실내지역을 서비스 영역으로 하는 경우가 많으므로 오피스 환경에서 신호를 측정하는 것이 일반적이나 다양한 서비스의 시나리오에 맞추어 적절한 환경에서 다양하게 구축될 수 있다.
위치 인식부(140)는 전파패턴 보정부(142) 및 위치 추정부(144)를 포함한다.
전파패턴 보정부(142)는 위치인식을 요청한 사용자 단말(300)의 기종을 확인하고, 사용자 단말(300)과 기준 단말의 기종이 다른 경우에 수신감도 차이 DB(130)를 이용하여 사용자 단말(300)에서 수신한 전파패턴을 기준단말의 전파패턴으로 보정하고, 보정된 사용자 단말(300)의 전파패턴을 위치 추정부(144)로 전달한다. 한편, 전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)과 기준 단말의 기종이 다른 경우에 수신감도 차이 DB(130)를 이용하여 전파지문지도의 전파패턴을 사용자 단말(300)의 전파패턴으로 보정하고, 보정한 전파지문지도를 위치 추정부(144)로 전달할 수도 있다.
전파지문지도 생성 시 기준이 되는 기준 단말과 사용자 단말(300)간 기종이 다른 경우, 수신감도 차이가 발생할 수 있고, 이로 인해 동일한 위치에서 기준 단말의 전파패턴과 사용자 단말(300)의 전파패턴이 달라 위치 인식에 오차가 발생할 수 있다. 따라서 전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)에서 수신한 전파패턴을 기준 단말의 전파패턴으로 보정함으로써, 사용자 단말(300)의 기종에 상관없이 정확한 위치인식이 가능하도록 한다.
위치 추정부(144)는 사용자 단말(300)로부터 위치 인식 요청을 수신하면, 사용자 단말(300)에서 수신한 전파패턴과 전파지문지도의 전파패턴과 비교하여 가장 근접한 전파지문지도의 전파패턴의 위치를 사용자 단말(300)의 위치로 추정한다.
이와 같이, 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치(100)는 기준 단말의 전파패턴을 기준으로 전파지문지도를 생성하고, 위치인식을 요청한 사용자 단말(300)과 기준 단말간 수신감도 차이에 따른 전파패턴의 오차를 보정하여 사용자 단말(300)의 위치를 인식함으로써, 사용자 단말(300)의 기종에 관계없이 안정적이고 정확한 위치 서비스를 제공할 수 있다.
이러한 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치(100)에서 위치 인식을 수행하는 주체에 따라서 서버기반 위치인식과 단말기반 위치인식으로 나뉠 수 있다.
서버기반 위치인식의 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 수집부(110), 전파지문지도 DB(120), 수신감도 차이 DB(130) 및 위치 인식부(140)가 측위 서버(400)에 형성될 수 있다.
단말기반 위치인식의 경우, 전파패턴 보정의 주체에 따라서 전파패턴 보정부(142)의 보정 방식이 달라질 수 있다. 단말기반 위치인식에서 전파패턴 보정의 주체가 측위 서버(400)인 경우, 도 3에 도시한 바와 같이, 수집부(110), 전파지문지도 DB(120), 수신감도 차이 DB(130) 및 전파패턴 보정부(142)는 측위 서버에 형성되고, 위치 추정부(144)는 사용자 단말(300)에 형성될 수 있다. 이 경우, 전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)과 기준 단말의 기종이 다른 경우에 수신감도 차이 DB(130)를 이용하여 전파지문지도의 전파패턴을 사용자 단말(300)의 전파패턴으로 보정하고, 보정한 전파지문지도를 사용자 단말(300)의 위치 추정부(144)로 전달할 수 있다.
단말기반 위치인식에서 전파패턴 보정의 주체가 사용자 단말(300)인 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 수집부(110), 전파지문지도 DB(120) 및 수신감도 차이 DB(130)는 측위 서버(400)에 형성되고, 위치 인식부(140)는 사용자 단말(300)에 형성될 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 수신감도 차이 DB의 구축 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면으로, 오피스 환경에서 수신감도 차이 DB(130)를 생성하기 위한 신호 측정 방식의 예를 나타내고 있다. 오피스가 아닌 환경에서도 같은 방식으로 수신감도 차이 DB(130)를 생성할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 기종간의 수신감도 차이를 정확하게 측정하기 위해 무선 신호 송신기(예를 들면, Wi-Fi Access Point)(500)로부터 특정 간격(예를 들면, 5m 간격)으로 떨어져 있는 지점들을 설정하고, 해당 지점에서 여러 기종 단말들로부터 수신되는 무선 신호들을 수십여 차례 수집한다. 이때 여러 지점에 걸쳐 무선 신호를 수신하는 이유는 수신 신호의 감도 레벨에 따라 기종간 차이가 다를 수 있기 때문이다. 예를 들어, 서로 다른 기종의 A 단말, B 단말이 있다고 할 때, A 단말이 평균 -40dBm으로 신호를 수신하는 환경에서 B 단말은 평균 -55dBm의 수신감도로 신호를 수신하지만, 신호가 약한 지역에서는 그 차이가 작아져서 A 단말이 평균 -80dBm으로 신호를 수신하는 환경에서 B 단말이 평균 -85dBm으로 신호를 수신하는 경우가 발생할 수 있다. 또한 한 지점에서 수 차례 신호를 수집하는 이유는 잡음, 다중경로 현상 등 여러 요인으로 인해 수신감도가 계속해서 변화하는 무선 신호의 특성 때문에 한 차례의 신호감도 측정으로는 신뢰도 있는 수신감도 차이 DB(130)를 구축하기 어려우며 여러 차례 신호를 수신하여 통계적인 특성을 활용하는 것이 적절하기 때문이다.
이렇게 수집된 무선 신호는 각 거리에서 신호 수신마다 기종 간 수신감도 차이를 계산하여 이들의 통계 치를 DB화하여 수신감도 차이 DB(130)가 생성된다. DB화 하는 통계 수치는 전파패턴 보정 방식에 따라 다양하게 사용될 수 있다.
표 1은 거리와 같은 외부환경 요인을 고려하여 기종 간 수신감도 차이의 평균과 표준편차를 DB화하여 생성한 수신감도 차이 DB(130)의 일 예이다.
Figure 112013102103263-pat00001
표 1에서, 기준 단말은 전파지문지도를 생성하는 데 사용되는 기준단말을 나타낸다. 즉, 전파지문지도를 생성하는 데 사용되는 기준 단말을 수신감도 차이 DB(130) 생성 시에도 기준으로 활용한다.
표 1을 보면, 기준단말의 경우 평균과 표준편차에서의 차이가 없기 때문에 기준단말에는 해당 거리에서의 수신감도의 평균 및 표준편차가 설정될 수 있다. 즉, 1m 거리에서 기준단말은 평균 -24dBm, 표준편차 0.7의 수신감도로 신호를 수신한다. 기종2 단말은 1m 거리에서 평균 -32.5dBm의 크기로 신호를 수신하고, 이때 기준단말과의 수신감도 차이의 평균은 -8.5dBm가 되고, 표준편차는 0.8이 된다. 마찬가지로 기종3 단말은 1m 거리에서 평균 -20.8dBm의 크기로 신호를 수신하고, 기준단말과의 수신감도 차이의 평균은 +3.2dBm이 되고, 표준편차는 0.3이 된다.
이때 1m 거리에서의 DB를 구축한 이유는 신호 감쇠 모델(Path loss model)에서 1m 거리에서의 신호감도를 Po로 사용하는 등 다양한 신호 보정 알고리즘에서 사용하고 있기 때문이다. 즉, 1m 거리에서의 DB는 데이터 확보를 위한 것으로, 이러한 수신감도 차이 DB(130)는 실내 전파 환경 분석을 위한 신호 감쇠 모델 추정에도 활용이 가능하다.
한편, 기종 차이에 따른 수신감도 차이는 주로 단말 안테나 설계 및 통신 칩셋의 수신신호세기 계산방법 등 단말 내부 원인에 기인하기 때문에 수신감도 차이 DB(130) 생성 시 외부 환경에 영향을 받는 거리 인자를 제거할 수도 있다.
표 2는 거리와 같은 외부환경요인 인자를 제외한 단순화된 수신감도 차이의 평균과 표준편차를 DB화하여 생성한 수신감도 차이 DB(130)의 일 예이다. 거리에 따른 수신감도 차이를 제거하는 방법은 수신감도 차이 DB(130) 생성 시 다양한 거리에 대한 수신신호세기를 측정 후 이를 평균하는 방법 등이 사용될 수 있다.
Figure 112013102103263-pat00002
표 1 및 표 2에서, 기종을 구별할 수 있는 식별정보로는 단말의 제조사 및 모델명 혹은 시리얼 넘버 등이 활용될 수 있으며, 수신감도의 차이는 무선 신호를 수신하는 칩셋의 차이에 기인하는 바가 크기 때문에 단말 기종 대신 무선통신 칩셋별로 수신감도 차이 DB(130)를 구성하는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 서버기반 위치 인식 방법을 나타낸 도면으로, 도 2에 도시한 바와 같이 위치 인식부(140)의 전파패턴 보정부(142) 및 위치 추정부(144)는 측위 서버(400)에 형성될 수 있다.
도 6을 참고하면, 사용자 단말(300)은 사용자로부터 위치인식 요청을 수신하면, 주변의 무선 신호를 수신하고(S602), 수신한 무선 신호의 전파패턴을 생성하며(S604), 전파패턴 및 사용자 단말(300)의 식별 정보를 측위 서버(400)로 전송하면서 위치인식을 요청한다(S606). 사용자 단말(300)의 식별 정보는 사용자 단말(300)의 기종을 확인할 수 있는 정보 또는 무선통신 칩셋의 정보일 수 있다.
전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)의 식별 정보를 토대로 기준 단말과 동일한 기종인지 확인한다(S608). 전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)이 기준 단말과 이기종인 경우(S610), 수신감도 차이 DB(130)로부터 사용자 단말(300)의 기종에 해당하는 수신감도 차이를 검색하여 로딩하고(S612), 사용자 단말(300)의 기종에 해당하는 수신감도 차이를 토대로 사용자 단말(300)의 전파패턴을 기준 단말의 전파패턴으로 보정하고(S614), 사용자 단말(300)의 전파패턴을 위치 추정부(144)로 전달한다(S616).
한편, 전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)이 기준 단말과 동일한 기종인 경우, 사용자 단말(300)로부터 수신한 사용자 단말(300)의 전파패턴을 그대로 위치 추정부(144)로 전달한다(S616).
다음, 위치 인식부(140)는 전파지문지도 DB(120) 내 전파지문지도를 로딩하고(S618), 보정된 사용자 단말(300)의 전파패턴을 패턴 매칭을 통해 전파지문지도의 전파패턴과 비교하여 보정된 사용자 단말(300)의 전파패턴과 가장 근접한 전파지문지도의 전파패턴의 위치를 사용자 단말(300)의 위치로 추정한다(S620).
위치 인식부(140)는 추정된 사용자 단말(300)의 위치를 사용자 단말(300)로 전송한다(S622).
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 단말기반 위치 인식 방법의 일 예를 나타낸 도면으로, 전파패턴의 보정이 측위 서버(400)에서 이루어지는 경우에 해당된다. 이 경우, 도 3에 도시한 바와 같이 위치 인식부(140)의 전파패턴 보정부(142)는 측위 서버(400)에 형성되고, 위치 추정부(144)는 사용자 단말(300)에 형성될 수 있다.
도 7을 참고하면, 사용자 단말(300)의 위치 추정부(144)는 사용자로부터 위치인식 요청을 수신하면, 주변의 무선 신호를 수신하고(S702), 수신한 무선 신호의 전파패턴을 생성한다(S704).
위치 추정부(144)는 위치인식을 위해 사용자 단말(300)의 식별 정보를 측위 서버(400)로 전송하면서 전파지문지도를 요청한다(S706).
측위 서버(400)의 전파패턴 보정부(142)는 전파지문지도 요청을 수신하면, 전파지문지도 DB(120) 내 전파지문지도를 로딩한다(S708).
또한 전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)의 식별 정보를 토대로 기준 단말과 동일한 기종인지 확인한다(S710). 전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)이 기준 단말과 이기종인 경우(S712), 수신감도 차이 DB(130)로부터 사용자 단말(300)의 기종에 해당하는 수신감도 차이를 검색하여 로딩한다(S714).
전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)의 기종에 해당하는 수신감도 차이를 토대로 로딩한 전파지문지도를 보정하고(S716), 보정된 전파지문지로를 사용자 단말(300)로 전송한다(S718). 이때 전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)의 기종에 해당하는 수신감도 차이를 토대로 로딩한 전파지문지도의 전파패턴을 사용자 단말(300)의 기종에 해당하는 전파패턴으로 보정할 수 있다. 이때 좀 더 빠른 서비스를 위해 측위 서버(400)는 서비스를 할 예정인 모든 단말들의 기종에 따라서 전파지문지도를 보정하여 단말 기종별 보정된 전파지문지도를 전파지문지도 DB(120)에 저장해 두고, 사용자 단말(300)로부터의 전파지문지도 요청이 있을 경우에 사용자 단말(300)의 기종에 맞게 보정되어 있는 전파지문지도를 사용자 단말(300)에 전송할 수도 있다.
한편, 전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)이 기준 단말과 동일한 기종인 경우, 로딩한 전파지문지도를 그대로 사용자 단말(300)로 전송한다(S718).
사용자 단말(300)은 측위 서버(400)로부터 전파지문지도를 수신하면, 사용자 단말(300)의 전파패턴을 패턴 매칭을 통해 전파지문지도의 전파패턴과 비교하여 사용자 단말(300)의 전파패턴과 가장 근접한 전파지문지도의 전파패턴의 위치를 사용자 단말(300)의 위치로 추정한다(S720).
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 단말기반 위치 인식 방법의 다른 예를 나타낸 도면으로, 전파패턴의 보정이 사용자 단말(300)에서 이루어지는 경우에 해당된다. 이 경우, 도 4에 도시한 바와 같이 위치 인식부(140)의 전파패턴 보정부(142) 및 위치 추정부(144)는 사용자 단말(300)에 형성될 수 있다.
도 8을 참고하면, 사용자 단말(300)의 전파패턴 보정부(142)는 사용자로부터 위치인식 요청을 수신하면, 주변의 무선 신호를 수신하고(S802), 수신한 무선 신호의 전파패턴을 생성한다(S804).
전파패턴 보정부(142)는 위치인식을 위해 사용자 단말(300)의 식별 정보를 측위 서버(400)로 전송하면서 전파지문지도를 요청한다(S806).
측위 서버(400)는 전파지문지도 요청을 수신하면, 전파지문지도 DB(120) 내 전파지문지도를 로딩하고(S808), 사용자 단말(300)의 식별 정보를 토대로 수신감도 차이 DB(130)로부터 사용자 단말(300)의 기종에 해당하는 수신감도 차이를 검색하고, 수신감도 차이 DB(130)로부터 사용자 단말(300)의 기종에 해당하는 수신감도 차이를 로딩한다(S810).
측위 서버(400)는 로딩한 전파지문지도와 사용자 단말(300)의 기종에 해당하는 수신감도 차이를 사용자 단말(300)의 전파패턴 보정부(142)로 전송한다(S812).
사용자 단말(300)의 전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)의 식별 정보를 토대로 기준 단말과 동일한 기종인지 확인한다(S814). 전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)이 기준 단말과 이기종인 경우(S816), 사용자 단말(300)의 기종에 해당하는 수신감도 차이를 토대로 사용자 단말(300)의 전파패턴을 기준 단말의 전파패턴으로 보정하고(S818), 보정된 사용자 단말(300)의 전파패턴과 전파지문지도를 위치 추정부(144)로 전달한다(S820).
한편, 전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)이 기준 단말과 동일한 기종인 경우, 사용자 단말(300)로부터 수신한 사용자 단말(300)의 전파패턴을 그대로 전파지문지도와 함께 위치 추정부(144)로 전달한다(S820).
위치 추정부(144)는 사용자 단말(300)의 전파패턴을 패턴 매칭을 통해 전파지문지도의 전파패턴과 비교하여 사용자 단말(300)의 전파패턴과 가장 근접한 전파지문지도의 전파패턴의 위치를 사용자 단말(300)의 위치로 추정한다(S822).
도 6 내지 도 8에서, 전파패턴 보정부(142)의 전파패턴의 보정은 수신감도 차이 DB(130)에서 구축해 놓은 통계치 종류나 위치 추정부(144)의 패턴 매칭을 위해 사용하는 알고리즘이 어떤 것인지에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로 사용할 수 있는 전파패턴 보정 방식은 사용자 단말(300)의 전파패턴(혹은 전파지문지도 내에 저장되어 있는 전파패턴)에 대해 수신감도 차이 DB(130)에 저장되어 있는 단말간 평균 수신감도 차이만큼을 빼는 방식이다.
예를 들어, 도 8과 같이 단말기반 위치인식에서 K-NN을 이용해 위치인식을 수행한다고 가정하면, 수학식 1과 같은 수식이 사용될 수 있다.
Figure 112013102103263-pat00003
수학식 1은 전파지문지도 내 저장되어있는 전파패턴과 사용자 단말(300)에서 수신된 전파패턴간의 신호 공간(Signal space) 상에서의 거리를 계산하는 수식이다.
수학식 1에서, S i 는 사용자 단말(300)의 전파패턴에서 i번째 신호 송신기의 신호 감도이고, α는 사용자 단말(300)과 기준단말간 평균 수신감도 차이이며, s ij 는 전파지문지도 DB(120)내 저장되어있는 j번째 전파패턴의 i번째 신호송신기의 신호감도이다.
수학식 1에 나타나 있듯이, 사용자 단말(300)의 전파패턴 보정부(142)는 사용자 단말(300)의 전파패턴에 대해 사용자 단말(300)과 기준단말간 평균 수신감도 차이만큼을 빼줌으로써 사용자 단말(300)의 전파패턴을 보정할 수 있다.
또한 사용자 단말(300)의 위치 추정부(144)는 보정된 사용자 단말(300)의 전파패턴과 전파지문지도내 전파패턴간 거리(dj)를 측정하고, 두 전파패턴간 신호공간에서의 거리가 가까운 k개의 전파패턴의 기준 위치 k개를 전파지문지도에서 확인하고, 기준 위치 k개를 수학식 2와 같이 평균함으로써 사용자의 위치를 계산할 수 있다.
Figure 112013102103263-pat00004
도 9 및 도 10은 각각 실제 같은 위치에서 서로 다른 두 개의 신호 송신기로부터 무선 신호를 수신하였을 때 기종별 수신신호 감도의 차이를 나타내는 그래프이다. 도 9 및 도 10에서 단말(S2)는 Galaxy S2 단말이고, 단말(G)는 Optimus G 단말이다.
도 9의 그래프를 보면, 단말(S2)의 수신감도 평균은 -38.55dBm이고, 단말(G)의 수신감도 평균은 -48.41dBm이다. 또한 도 10의 그래프를 보면, 단말(S2)의 수신감도 평균은 -73.06dBm이고, 단말(G)의 수신감도 평균은 -83.22dBm으로, 각각 9.86, 10.16dBm의 수신감도 차이를 보이고 있다.
이와 같이 단말의 기종에 따른 수신감도 차이로 인해 단말의 무선 신호들을 보정 없이 위치인식에 사용하면, 정확한 전파지문지도가 생성되지 않거나, 전파패턴의 왜곡으로 인한 위치인식 오차가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 장치(100)는 단말의 기종에 따른 수신감도의 차이를 보정함으로써 위치인식을 요청하는 사용자 단말의 기종과 관계없이 정확한 위치 정보의 제공이 가능하다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

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  15. 사용자 단말에서 전파지문지도 기반으로 상기 사용자 단말의 위치를 인식하는 방법으로서,
    측위 서버로 상기 사용자 단말의 기종을 확인할 수 있는 식별 정보를 전송하면서 전파지문지도를 요청하는 단계,
    상기 측위 서버로부터, 상기 식별 정보를 토대로 상기 측위 서버에서 수신 감도 차이 DB로부터 검색한 상기 사용자 단말의 기종에 해당하는 수신 감도 차이와 상기 전파지문지도를 수신하는 단계,
    상기 식별 정보를 토대로 상기 사용자 단말이 전파지문지도 생성 시 기준이 된 기준 단말과 다른 기종인지 확인하는 단계,
    상기 사용자 단말이 상기 기준 단말과 기종이 다른 경우, 상기 사용자 단말의 기종에 해당하는 수신 감도 차이를 이용하여 상기 사용자 단말에서 측정한 무선 신호의 전파패턴을 보정하는 단계, 그리고
    수신한 상기 전파지문지도에서 보정된 상기 사용자 단말의 전파패턴과 가장 근접한 전파패턴의 위치를 상기 사용자 단말의 위치로 추정하는 단계
    를 포함하며,
    상기 수신 감도 차이 DB는 상기 기준 단말과 상기 기준 단말과 다른 기종의 단말간 수신 감도 차이를 해당 단말의 기종에 대응하여 저장하고 있는 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법.
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  17. 제15항에서,
    상기 사용자 단말이 상기 기준 단말과 기종이 동일한 경우, 상기 수신한 전파지문지도에서 상기 사용자 단말에서 측정한 전파 패턴과 가장 근접한 전파패턴의 위치를 상기 사용자 단말의 위치로 추정하는 단계
    를 더 포함하는 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법.
  18. 사용자 단말에서 전파지문지도 기반으로 상기 사용자 단말의 위치를 인식하는 방법으로서,
    측위 서버로 상기 사용자 단말의 기종을 확인할 수 있는 식별 정보를 전송하면서 전파지문지도를 요청하는 단계,
    상기 사용자 단말이 기준 단말과 기종이 다른 경우, 상기 측위 서버로부터, 상기 식별 정보를 토대로 상기 측위 서버에서 수신 감도 차이 DB에서 검색한 상기 사용자 단말의 기종에 해당하는 수신 감도 차이를 이용하여 보정된 전파지문지도를, 수신하는 단계, 그리고
    상기 보정된 전파지문지도에서 상기 사용자 단말에서 측정한 무선 신호의 전파패턴과 가장 근접한 전파패턴의 위치를 상기 사용자 단말의 위치로 추정하는 단계
    를 포함하며,
    상기 수신 감도 차이 DB는 상기 기준 단말과 상기 기준 단말과 다른 기종의 단말간 수신감도 차이를 해당 단말의 기종에 대응하여 저장하고 있는 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 사용자 단말이 상기 기준 단말과 기종이 동일한 경우, 상기 측위 서버로부터 전파지문지도 DB 내에서 로딩한 전파지문지도를 그대로 수신하는 단계
    를 더 포함하는 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법.
  20. 제18항에서,
    상기 수신하는 단계는 상기 측위 서버가 상기 식별정보를 이용하여 상기 사용자 단말이 상기 기준단말과 다른 기종인지 확인하는 단계를 포함하는 전파지문지도 기반 단말의 위치 인식 방법.
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