KR101849542B1 - 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템 및 이의 측위 방법 - Google Patents

핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템 및 이의 측위 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템은 라디오 맵과 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 구축하는 무선 측량 장치; 무선 통신 가능한 사용자 단말기; 및 상기 라디오 맵과 상기 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 저장하는 데이터 베이스를 포함하고, 상기 무선 측량 장치, 상기 사용자 단말기 및 상기 데이터 베이스는 상기 복수의 액세스 포인트가 포함된 통신망과 다른 통신망을 통해 통신할 수 있고, 상기 무선 측량 장치는, 상기 라디오 맵을 이용하여 상기 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 구축하고, 상기 사용자 단말기는, 상기 복수의 액세스 포인트 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하여 신호를 전송한 액세스 포인트 각각의 아이디와 측량된 수신 신호 세기를 매칭시키고, 상기 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블에서 신호를 전송한 액세스 포인트에 해당하는 참조 위치의 아이디를 선별하고, 상기 라디오 맵, 선별된 상기 참조 위치의 아이디 및 상기 사용자 단말기가 측량한 수신 신호 세기를 이용하여, 선별된 상기 참조 위치의 아이디의 유사도를 산출하고, 선별된 상기 참조 위치의 아이디의 유사도를 이용하여 측위 위치 좌표를 결정하고, 선별된 상기 참조 위치의 유사도들의 최고 유사도가 유사도 임계치보다 큰지를 판단하고, 선별된 상기 참조 위치의 유사도들의 최고 유사도가 유사도 임계치보다 크면 동선을 이용하여 상기 참조 위치의 아이디를 선별하고, 상기 라디오 맵, 선별된 상기 참조 위치의 아이디 및 상기 복수의 액세스 포인트 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하여, 선별된 상기 참조 위치의 아이디의 유사도를 다시 산출한다.

Description

핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템 및 이의 측위 방법{System for location determination using fingerprinting and location determination method of the same}
본 발명은 실내 무선 측위 시스템 및 이의 측위 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연산량이 감소되는 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템 및 이의 실내 측위 방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰의 사용이 증가함에 따라 위치 정보를 이용한 다양한 서비스를 제공하는 위치 기반 서비스(Location Based Service) 시장이 활성화되고 있다. 위치 기반 서비스란 스마트폰이나 개인용 휴대 정보 단말기(Personal digital Assistants)와 같은 휴대용 단말기, 이동 통신망 및 위치 기반 정보 제공 시스템을 이용하여 제공하는 서비스로서, 고객의 위치 정보를 기반으로 상품 정보, 교통 정보, 위치 추적 정보 등과 같은 다양한 정보를 제공하는 서비스이다.
이러한 위치 기반 서비스는 측위 기술(Location Determination Technology), 위치 처리 플랫폼(Location Enabled Platform), 위치 응용 프로그램(Location Application Program, LAP) 등과 같은 기술이 요구된다.
위치 기반 서비스에 요구되는 기술들 중 측위 기술은 위치 기반 서비스를 제공 받는 휴대용 단말기의 위치를 파악하는 기술로서, 위치 기반 서비스에 필수적으로 요구되는 기술이다. 이러한 측위 기술에는 GPS(Global Positioning System) 방식이나 휴대용 단말기의 기지국을 이용하는 방식이 있다.
GPS 방식은 터널, 실내와 같은 음영 지역에서는 측위가 불가능하고, 수 미터 이상의 측위 오차를 갖는 문제점이 있다. 휴대용 단말기의 기지국을 이용하는 방식은 GPS 방식과는 다르게 실내외 모두에서 측위가 가능한 장점이 있으나, 측위의 정확도가 높지 않은 문제점이 있다.
따라서 위와 같은 GPS 방식의 측위 기술과 기지국을 이용한 방식의 측위 기술의 측위 부정확성을 극복하기 위해, RFID(radio frequency identification), UWB(ultra wide band)를 이용한 방식이 개발되었다. 이들 중 UWB를 이용하는 방식은 측위의 정확도가 높은 장점이 있어, 측위의 정확도가 중요한 실시간 위치 추적 정보를 제공하는 서비스에 주로 이용된다.
그런데 RFID, UWB를 이용하는 방식은 높은 측위의 정확도를 가지나, 별도의 기지국을 설치해야 하므로 별도의 기지국을 설치해야 하는 비용이 요구되는 문제점이 있다. 이에 따라 비교적 측위의 정확도가 높으면서도 별도의 기지국을 설치해야 하는 비용이 적게 요구되는 기술에 대한 필요성이 대두되고 있다.
위와 같은 필요성에 따라 액세스 포인트(Wireless Access Point)를 이용한 측위 기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이는 무선랜(Wireless LAN) 의 액세스 포인트들이 이미 수많은 장소에 설치되어 있어, 별도의 기지국을 설치해야 하는 비용이 요구되지 않기 때문이다.
위와 같은 액세스 포인트를 이용한 측위 기술에는 삼각측량 방식(Centroid Method)과 한국등록특허공보 제10-1516769호에 개시된 바와 같은 핑거프린팅(Fingerprinting) 방식이 있다.
삼각측량 방식은 3개 이상의 액세스 포인트(AP)가 송신한 신호의 수신 신호 세기(Received Signal Strength Indicator)(RSSI)를 이용하여 휴대용 단말기를 사용하는 사용자의 위치를 추정하는 방법이다.
핑거프린팅(Fingerprinting) 방식은 복수의 참조 위치를 미리 정하고, 복수의 참조 위치 각각에서 사용자 단말기가 측량한 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기를 저장하고, 사용자 단말기가 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기를 측량하는 경우 저장된 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기들 중 측량된 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기와 유사한 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기를 가진 참조 위치를 검색하여 검색된 참조 위치를 사용자 단말기를 사용하는 사용자의 위치로 추정하는 방법이다.
그런데 종래의 핑거프틴팅 방식은 서비스 영역이 넓은 경우 저장된 복수의 참조 위치 각각에서 사용자 단말기가 측량한 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기에 대한 데이터 용량이 방대해진다.
이에 따라 저장된 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기들 중 측량된 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기와 유사한 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기를 가진 참조 위치의 검색을 위한 연산량이 많아지는 문제점이 있다.
다시 말하면, 기준 참조 위치의 개수가 많을 경우 측량된 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기와 저장된 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기의 유사도의 계산량이 많아진다. 예를 들면, 100개의 참조 위치가 있을 경우에는 100개의 참조 위치의 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기와 측량된 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기의 유사도를 계산해야 하고, 10000개의 참조 위치가 있을 경우에는 10000개의 참조 위치의 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기와 측량된 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기의 유사도를 계산해야 한다.
한국등록특허공보 제10-1516769호(공고일: 2015.05.04.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 측량된 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기와 저장된 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기의 유사도의 계산량이 감소된 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템 및 이의 측위 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템은 라디오 맵과 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 구축하는 무선 측량 장치; 무선 통신 가능한 사용자 단말기; 및 상기 라디오 맵과 상기 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 저장하는 데이터 베이스를 포함하고, 상기 무선 측량 장치, 상기 사용자 단말기 및 상기 데이터 베이스는 상기 복수의 액세스 포인트가 포함된 통신망과 다른 통신망을 통해 통신할 수 있고, 상기 무선 측량 장치는, 상기 라디오 맵을 이용하여 상기 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 구축하고, 상기 사용자 단말기는, 상기 복수의 액세스 포인트 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하여 신호를 전송한 액세스 포인트 각각의 아이디와 측량된 수신 신호 세기를 매칭시키고, 상기 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블에서 신호를 전송한 액세스 포인트에 해당하는 참조 위치의 아이디를 선별하고, 상기 라디오 맵, 선별된 상기 참조 위치의 아이디 및 상기 사용자 단말기가 측량한 수신 신호 세기를 이용하여, 선별된 상기 참조 위치의 아이디의 유사도를 산출하고, 선별된 상기 참조 위치의 아이디의 유사도를 이용하여 측위 위치 좌표를 결정하고, 선별된 상기 참조 위치의 유사도들의 최고 유사도가 유사도 임계치보다 큰지를 판단하고, 선별된 상기 참조 위치의 유사도들의 최고 유사도가 유사도 임계치보다 크면 동선을 이용하여 상기 참조 위치의 아이디를 선별하고, 상기 라디오 맵, 선별된 상기 참조 위치의 아이디 및 상기 복수의 액세스 포인트 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하여, 선별된 상기 참조 위치의 아이디의 유사도를 다시 산출한다.
다른 측면에서 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 측위 방법은 무선 측량 장치가 라디오 맵을 구축하는 제1 단계; 상기 무선 측량 장치가 상기 라디오 맵을 이용하여 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 구축하는 제2 단계; 사용자 단말기가 복수의 액세스 포인트 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하여 신호를 전송한 액세스 포인트 각각의 아이디와 측량된 수신 신호 세기를 매칭시키는 제3 단계; 상기 사용자 단말기가 상기 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블에서 신호를 전송한 액세스 포인트에 해당하는 참조 위치의 아이디를 선별하는 제4 단계; 상기 사용자 단말기가 상기 라디오 맵, 선별된 상기 참조 위치의 아이디 및 상기 사용자 단말기가 측량한 수신 신호 세기를 이용하여, 선별된 상기 참조 위치의 아이디의 유사도를 산출하는 제5 단계; 및 상기 사용자 단말기가 선별된 상기 참조 위치의 아이디의 유사도를 이용하여 측위 위치 좌표를 결정하는 제6 단계; 상기 사용자 단말기가 선별된 상기 참조 위치의 유사도들 중 최고 유사도가 유사도 임계치보다 큰지를 판단하는 제7 단계; 상기 제7 단계에서 상기 최고 유사도가 상기 유사도 임계치보다 크면 상기 사용자 단말기가 동선을 이용하여 상기 참조 위치의 아이디를 선별하는 제8 단계; 상기 사용자 단말기가 상기 복수의 액세스 포인트 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하는 제9 단계; 상기 사용자 단말기가 종료 조건인지 판단하는 제10 단계; 및 상기 제10 단계에서 종료 조건이 아니면 상기 제5 단계로 회귀하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 제1 단계는, 상기 무선 측량 장치가 상기 복수의 액세스 포인트 각각에 아이디를 부여하고, 상기 복수의 참조 위치 각각에 아이디를 부여하는 단계; 상기 무선 측량 장치가 상기 복수의 참조 위치 각각에 순차적으로 위치하여, 상기 복수의 액세스 포인트 각각이 전송하는 신호의 수신 신호 세기를 측량하는 단계; 상기 무선 측량 장치가 상기 복수의 액세스 포인트 각각의 신호 전송 가능 영역에 위치한 참조 위치를 선별하는 단계; 및 상기 무선 측량 장치가 상기 복수의 액세스 포인트 각각의 아이디, 선별된 상기 복수의 참조 위치 각각의 아이디 및 상기 무선 측량 장치에 의해 측량된 수신 신호 세기를 이용하여 상기 라디오 맵을 생성하여 상기 데이터 베이스에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제5 단계는, 상기 사용자 단말기가 상기 데이터 베이스에서 선별된 참조 위치의 아이디들 각각에 대응되는 수신 신호 세기를 읽어들여 기준 수신 신호 세기로 하고, 상기 사용자 단말기가 측량한 수신 신호 세기를 측량 수신 신호 세기로 하여, 아래의 식 1 내지 식 3 중 어느 하나에 대입하여 상기 선별된 참조 위치의 아이디들의 유사도를 산출하는 단계일 수 있다.
[식 1]
Figure 112016090058799-pat00001
(
Figure 112016090058799-pat00002
는 코사인 유사도(Cosine Similarity)이고,
Figure 112016090058799-pat00003
는 측량 수신 신호 세기 벡터이고,
Figure 112016090058799-pat00004
는 기준 수신 신호 세기이다. 이때 측량 수신 신호 세기 벡터는
Figure 112016090058799-pat00005
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00006
는 i번째 측량 수신 신호 세기이다. 그리고 기준 수신 신호 세기 벡터는
Figure 112016090058799-pat00007
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00008
는 i번째 기준 수신 신호 세기이다.)
[식 2]
Figure 112016090058799-pat00009
(
Figure 112016090058799-pat00010
는 유클리디언 유사도(Euclidean Similarity)이고,
Figure 112016090058799-pat00011
는 측량 수신 신호 세기 벡터이고,
Figure 112016090058799-pat00012
는 기준 수신 신호 세기이다. 이때 측량 수신 신호 세기 벡터는
Figure 112016090058799-pat00013
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00014
는 i번째 측량 수신 신호 세기이다. 그리고 기준 수신 신호 세기 벡터는
Figure 112016090058799-pat00015
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00016
는 i번째 기준 수신 신호 세기이다.)
[식 3]
Figure 112016090058799-pat00017
(
Figure 112016090058799-pat00018
는 가우시안 유사도(Gaussian Similarity)이고,
Figure 112016090058799-pat00019
는 i번째 측량 수신 신호 세기이고,
Figure 112016090058799-pat00020
는 i번째 기준 수신 신호 세기이고,
Figure 112016090058799-pat00021
는 측량 수신의 노이즈 편차이다.)
또한, 상기 제6 단계는, 상기 사용자 단말기가 상기 선별된 참조 위치의 아이디의 유사도들 중 유사도가 높은 2개 이상을 선택하여 이들의 유사도를 가진 아이디의 참조 위치를 선택하고, 선택된 참조 위치, 상기 선택된 참조 위치의 유사도 및 아래의 식 4를 이용하여 측위 위치 좌표를 결정하는 것일 수 있다.
[식 4]
Figure 112016090058799-pat00022
(
Figure 112016090058799-pat00023
는 선택된 참조 위치이고,
Figure 112016090058799-pat00024
는 선택된 참조 위치 그룹이고,
Figure 112016090058799-pat00025
는 결정된 측위 위치 좌표로서
Figure 112016090058799-pat00026
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00027
는 i번째 참조 위치의 x,y 좌표로서
Figure 112016090058799-pat00028
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00029
는 i번째 참조 위치의 가중치로서
Figure 112016090058799-pat00030
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00031
는 가중치 합의 역수로서
Figure 112016090058799-pat00032
로 표현된다. 그리고
Figure 112016090058799-pat00033
는 i번째 참조 위치의 유사도이다.)
또한, 상기 제8 단계는, 상기 사용자 단말기가 상기 결정된 측위 위치 좌표에서 아래의 식 5에 의해 구해진 선별 기준 거리 이내에 위치한 참조 위치를 선별하고, 상기 선별된 참조 위치의 아이디를 선별하는 것일 수 있다.
[식 5]
Figure 112016090058799-pat00034
(
Figure 112016090058799-pat00035
는 선별 기준 거리이고,
Figure 112016090058799-pat00036
는 실험에 의해 얻어진 측위 오차 편차이고,
Figure 112016090058799-pat00037
는 실험에 의해 얻어진 사용자 단말기의 이동 범위의 표준편차이다.
본 발명에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템 및 이의 측위 방법에 의하면, 측량된 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기와 저장된 액세스 포인트들이 송신한 신호의 수신 신호 세기의 유사도의 계산량이 감소하게 된다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 라디오 맵을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 측위 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 측위 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 라디오 맵을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템(10)은 라디오 맵과 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 무선 측량 장치(200), 무선 통신 가능한 사용자 단말기(100) 및 라디오 맵과 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 저장하는 데이터 베이스(300)를 포함할 수 있다.
복수의 액세스 포인트(101-109) 각각은 무선 통신망을 위한 기지국으로서, 건물의 내부, 건물의 지하, 터널 등과 같은 실내에 설치되며, 식별정보에 의해 구분될 수 있다. 복수의 액세스 포인트(101-109) 각각은 식별정보를 포함하는 신호를 송출할 수 있다. 여기서, 식별정보는 MAC 주소(media access control address)를 포함하고, 신호는 Wi-Fi 신호일 수 있다.
사용자 단말기(100), 무선 측량 장치(200) 및 데이터 베이스(300)는 복수의 액세스 포인트(101-109)가 포함된 무선 통신망(20)과 다른 통신망을 통해 통신할 수 있다. 예를 들면, 사용자 단말기(100), 무선 측량 장치(200) 및 데이터 베이스(300)들은 도 1에서 도시되는 바와 같은 인터넷(I)을 통해 통신할 수 있다. 구체적으로, 사용자 단말기(100)와 데이터 베이스(300)는 인터넷을 통해 통신할 수 있고, 무선 측량 장치(200)와 데이터 베이스(300)도 인터넷을 통해 통신할 수 있다.
무선 측량 장치(200)는 라디오 맵을 구축할 수 있다. 그리고 무선 측량 장치(200)는 라디오 맵을 이용하여 복수의 액세스 포인트(101-109)의 아이디(AP1-AP9)와 복수의 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)의 테이블을 구축할 수 있다.
데이터 베이스(300)는 도 2에 도시된 바와 같은 라디오 맵(Radio Map)과 도 3에 도시된 바와 같은 복수의 액세스 포인트(101-109)의 아이디(AP1-AP9)와 복수의 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)의 테이블을 저장한다.
사용자 단말기(100)는 복수의 액세스 포인트(101-109) 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하여 신호를 전송한 액세스 포인트(101-109) 각각의 아이디(AP1-AP9)와 측량된 수신 신호 세기를 매칭시킬 수 있다. 그리고 복수의 액세스 포인트(101-109)의 아이디(AP1-AP9)와 복수의 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)의 테이블에서 신호를 전송한 액세스 포인트(101-109)에 해당하는 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)를 선별할 수 있다. 그리고 라디오 맵, 선별된 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16) 및 사용자 단말기(100)가 측량한 수신 신호 세기를 이용하여, 선별된 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)의 유사도를 산출할 수 있다. 그리고 선별된 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)의 유사도를 이용하여 측위 위치 좌표를 결정할 수 있다. 그리고 선별된 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)의 유사도들의 최고 유사도가 유사도 임계치보다 큰지를 판단할 수 있다. 그리고 선별된 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)의 유사도들의 최고 유사도가 유사도 임계치보다 크면 동선을 이용하여 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)를 선별할 수 있다. 그리고 라디오 맵, 선별된 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16) 및 복수의 액세스 포인트(101-109) 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하여, 선별된 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)의 유사도를 다시 산출할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 측위 방법을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 측위 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 측위 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 우선, 무선 측량 장치(200)는 라디오 맵 데이터(Radio Map)을 구축하는 제1 단계를 수행한다(S10).
예를 들면, 무선 측량 장치(200)는 도 5에서 도시된 바와 같이, 복수의 액세스 포인트(101-109) 각각에 아이디(AP1-AP9)를 부여하고, 복수의 참조 위치(121-136) 각각에 아이디(R1-R16)를 부여한다. 그 다음, 무선 측량 장치(200)는 복수의 참조 위치(121-136) 각각에 순차적으로 위치하여, 복수의 액세스 포인트(101-109) 각각이 전송하는 신호의 수신 신호 세기를 측량한다. 그 다음, 무선 측량 장치(200)는 도 6에서 도시되는 바와 같이, 복수의 액세스 포인트(101-109) 각각의 신호 전송 가능 영역에 위치한 참조 위치(121-136)를 선별한다. 그 다음, 무선 측량 장치(200)는 복수의 액세스 포인트(101-109) 각각의 아이디(AP1-AP9), 복수의 참조 위치(121-136) 각각의 아이디(R1-R16) 및 무선 측량 장치(200)에 의해 측량된 수신 신호 세기를 이용하여 도 2에서 도시된 바와 같은 라디오 맵을 생성하여 데이터 베이스(300)에 저장한다.
그 다음, 무선 측량 장치(200)는 라디오 맵을 이용하여 복수의 액세스 포인트(101-109)의 아이디(AP1-AP9)에 해당하는 복수의 참조 위치(121-136)의 아이디((R1-R16)를 선별하여, 도 3에서 도시되는 바와 같은 복수의 액세스 포인트(101-109)의 아이디(AP1-AP9)와 복수의 참조 위치(121-136)의 아이디((R1-R16)의 테이블을 구축하는 제2 단계를 수행한다(S20). 즉, 무선 측량 장치(200)는 복수의 액세스 포인트(101-109)의 아이디(AP1-AP9)와 복수의 참조 위치(121-136)의 아이디((R1-R16)의 테이블을 생성하여 데이터 베이스(300)에 저장한다(S20).
그 다음, 사용자 단말기(100)는 복수의 액세스 포인트(101-109) 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하여 신호를 전송한 액세스 포인트(101-109) 각각의 아이디(AP1-AP9)와 측량된 수신 신호 세기를 매칭시키는 제3 단계를 수행한다(S30).
그 다음, 사용자 단말기(100)는 복수의 액세스 포인트(101-109)의 아이디(AP1-AP9)와 복수의 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)의 테이블에서 신호를 전송한 액세스 포인트(101-109)의 아이디(AP1-AP9)에 해당되는 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)를 선별하는 제4 단계를 수행한다(S40).
그 다음, 사용자 단말기(100)는 라디오 맵, 선별된 참조 위치(121-126)의 아이디(R1-R16) 및 사용자 단말기(100)가 측량한 수신 신호 세기를 이용하여 신호를 전송한 액세스 포인트(101-109)의 아이디(AP1-AP9)에 해당하는 참조 위치(121-126)의 아이디(R1-R16)의 유사도를 산출하는 제5 단계를 수행한다(S50).
예를 들면, 사용자 단말기(100)는 데이터 베이스(300)에서 선별된 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)들 각각에 대응되는 수신 신호 세기를 읽어들여 기준 수신 신호 세기(
Figure 112016090058799-pat00038
)로 하고, 사용자 단말기(100)가 측량한 수신 신호 세기들을 측량 수신 신호 세기(
Figure 112016090058799-pat00039
)로 하여, 아래의 식 1 내지 식 3 중 어느 하나에 대입하여 S40 단계에서 선별된 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)들 각각의 유사도를 산출한다.
[식 1]
Figure 112016090058799-pat00040
여기서,
Figure 112016090058799-pat00041
는 코사인 유사도(Cosine Similarity)이고,
Figure 112016090058799-pat00042
는 측량 수신 신호 세기 벡터이고,
Figure 112016090058799-pat00043
는 기준 수신 신호 세기이다. 이때 측량 수신 신호 세기 벡터는
Figure 112016090058799-pat00044
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00045
는 i번째 측량 수신 신호 세기이다. 그리고 기준 수신 신호 세기 벡터는
Figure 112016090058799-pat00046
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00047
는 i번째 기준 수신 신호 세기이다.
[식 2]
Figure 112016090058799-pat00048
여기서,
Figure 112016090058799-pat00049
는 유클리디언 유사도(Euclidean Similarity)이고,
Figure 112016090058799-pat00050
는 측량 수신 신호 세기 벡터이고,
Figure 112016090058799-pat00051
는 기준 수신 신호 세기이다. 이때 측량 수신 신호 세기 벡터는
Figure 112016090058799-pat00052
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00053
는 i번째 측량 수신 신호 세기이다. 그리고 기준 수신 신호 세기 벡터는
Figure 112016090058799-pat00054
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00055
는 i번째 기준 수신 신호 세기이다.
[식 3]
Figure 112016090058799-pat00056
여기서,
Figure 112016090058799-pat00057
는 가우시안 유사도(Gaussian Similarity)이고,
Figure 112016090058799-pat00058
는 i번째 측량 수신 신호 세기이고,
Figure 112016090058799-pat00059
는 i번째 기준 수신 신호 세기이고,
Figure 112016090058799-pat00060
는 측량 수신의 노이즈 편차이다.
그 다음, 사용자 단말기(100)는 참조 위치의 아이디의 유사도를 이용하여 측위 위치 좌표를 결정하는 제6 단계를 수행한다(S60).
예를 들면, 사용자 단말기(100)는 선별된 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)의 유사도들 중 유사도가 높은 2개를 선택하여 이들의 유사도를 가진 아이디(R1-R16)의 참조 위치(121-136)를 선택하고, 선택된 참조 위치(121-136), 이들의 유사도 및 아래의 식 4를 이용하여 측위 위치 좌표를 결정한다.
[식 4]
Figure 112016090058799-pat00061
여기서,
Figure 112016090058799-pat00062
는 선택된 참조 위치이고,
Figure 112016090058799-pat00063
는 선택된 참조 위치 그룹이고,
Figure 112016090058799-pat00064
는 결정된 측위 위치 좌표로서
Figure 112016090058799-pat00065
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00066
는 i번째 참조 위치의 x,y좌표로서
Figure 112016090058799-pat00067
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00068
는 i번째 참조 위치의 가중치로서
Figure 112016090058799-pat00069
로 표현되고,
Figure 112016090058799-pat00070
는 가중치 합의 역수로서
Figure 112016090058799-pat00071
로 표현된다. 그리고
Figure 112016090058799-pat00072
는 i번째 참조 위치의 유사도이다.
그 다음, 사용자 단말기(100)는 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)들의 최고 유사도가 유사도 임계치보다 큰지를 판단하는 제7 단계를 수행한다(S70).
여기서, 유사도 임계치는 사용자에 의해 사용자 단말기(100)의 계산량과 산출되는 측위 위치 좌표의 정확성을 고려하여 설정될 수 있다. 즉, 유사도 임계치가 크면 S70 단계에서 선별되는 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)의 개수가 증가하여 사용자 단말기(200)의 계산량이 증가하나 산출되는 측위 위치 좌표의 정확성은 높아지게 되고, 유사도 임계치가 작으면 70 단계에서 선별되는 참조 위치(121-136)의 아이디(R1-R16)의 개수가 감소하여 사용자 단말기(100)의 계산량이 감소하나 산출되는 측위 위치 좌표의 정확성은 낮아지게 된다.
S70 단계에서 최고 유사도가 유사도 임계치보다 큰 경우에는 동선을 이용하여 참조 위치의 아이디를 선별하는 제8 단계를 수행하고(S80), 사용자 단말기(100)가 복수의 액세스 포인트(101-109) 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하는 제9 단계를 수행하고(S90), 종료 조건인지를 판단하는 제10 단계를 수행하여(S100), 제10 단계에서 종료 조건이 아니면 S50 단계로 회귀한다.
예를 들면, 사용자 단말기(100)는 도 7에서 도시되는 바와 같이, 결정된 측위 위치 좌표(C0)에서 아래의 식 5에 의해 구해진 선별 기준 거리(RS) 이내에 위치한 참조 위치(122, 123, 126, 127)를 선별하고, 선별된 참조 위치(123, 124, 126, 127)의 아이디(R2, R3, R6, R7)를 선별한다.
[식 5]
Figure 112016090058799-pat00073
여기서,
Figure 112016090058799-pat00074
는 선별 기준 거리이고,
Figure 112016090058799-pat00075
는 실험에 의해 얻어진 측위 오차 편차이고, 는 실험에 의해 얻어진 사용자 단말기의 이동 범위의 표준편차이다.
S70 단계에서 최고 유사도가 유사도 임계치보다 크지 않은 경우에는 무선 측량 장치(200)는 종료 조건인지를 판단하여(S100-1), 종료 조건이 아니면 S30 단계로 회귀한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템
100: 사용자 단말기
200: 무선 측량 장치
300: 데이터 베이스

Claims (6)

  1. 라디오 맵과 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 구축하는 무선 측량 장치;
    무선 통신 가능한 사용자 단말기; 및
    상기 라디오 맵과 상기 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 저장하는 데이터 베이스를 포함하고,
    상기 무선 측량 장치, 상기 사용자 단말기 및 상기 데이터 베이스는 상기 복수의 액세스 포인트가 포함된 통신망과 다른 통신망을 통해 통신할 수 있고,
    상기 무선 측량 장치는,
    상기 라디오 맵을 이용하여 상기 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 구축하고,
    상기 사용자 단말기는,
    상기 복수의 액세스 포인트 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하여 신호를 전송한 액세스 포인트 각각의 아이디와 측량된 수신 신호 세기를 매칭시키고,
    상기 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블에서 신호를 전송한 액세스 포인트에 해당하는 참조 위치의 아이디를 선별하고,
    상기 라디오 맵, 선별된 상기 참조 위치의 아이디 및 상기 사용자 단말기가 측량한 수신 신호 세기를 이용하여, 선별된 상기 참조 위치의 아이디의 유사도를 산출하고,
    선별된 상기 참조 위치의 아이디의 유사도를 이용하여 측위 위치 좌표를 결정하고,
    선별된 상기 참조 위치의 유사도들의 최고 유사도가 유사도 임계치보다 큰지를 판단하고,
    선별된 상기 참조 위치의 유사도들의 최고 유사도가 유사도 임계치보다 크면 동선을 이용하여 상기 참조 위치의 아이디를 선별하고,
    상기 라디오 맵, 선별된 상기 참조 위치의 아이디 및 상기 복수의 액세스 포인트 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하여, 선별된 상기 참조 위치의 아이디의 유사도를 다시 산출하는 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템.
  2. 무선 측량 장치가 라디오 맵을 구축하는 제1 단계;
    상기 무선 측량 장치가 상기 라디오 맵을 이용하여 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블을 구축하는 제2 단계;
    사용자 단말기가 복수의 액세스 포인트 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하여 신호를 전송한 액세스 포인트 각각의 아이디와 측량된 수신 신호 세기를 매칭시키는 제3 단계;
    상기 사용자 단말기가 상기 복수의 액세스 포인트의 아이디와 복수의 참조 위치의 아이디의 테이블에서 신호를 전송한 액세스 포인트에 해당하는 참조 위치의 아이디를 선별하는 제4 단계;
    상기 사용자 단말기가 상기 라디오 맵, 선별된 상기 참조 위치의 아이디 및 상기 사용자 단말기가 측량한 수신 신호 세기를 이용하여, 선별된 상기 참조 위치의 아이디의 유사도를 산출하는 제5 단계; 및
    상기 사용자 단말기가 선별된 상기 참조 위치의 아이디의 유사도를 이용하여 측위 위치 좌표를 결정하는 제6 단계;
    상기 사용자 단말기가 선별된 상기 참조 위치의 유사도들 중 최고 유사도가 유사도 임계치보다 큰지를 판단하는 제7 단계;
    상기 제7 단계에서 상기 최고 유사도가 상기 유사도 임계치보다 크면 상기 사용자 단말기가 동선을 이용하여 상기 참조 위치의 아이디를 선별하는 제8 단계;
    상기 사용자 단말기가 상기 복수의 액세스 포인트 각각이 전송한 신호의 수신 신호 세기를 측량하는 제9 단계;
    상기 사용자 단말기가 종료 조건인지 판단하는 제10 단계; 및
    상기 제10 단계에서 종료 조건이 아니면 상기 제5 단계로 회귀하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 측위 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 단계는,
    상기 무선 측량 장치가 상기 복수의 액세스 포인트 각각에 아이디를 부여하고, 상기 복수의 참조 위치 각각에 아이디를 부여하는 단계;
    상기 무선 측량 장치가 상기 복수의 참조 위치 각각에 순차적으로 위치하여, 상기 복수의 액세스 포인트 각각이 전송하는 신호의 수신 신호 세기를 측량하는 단계;
    상기 무선 측량 장치가 상기 복수의 액세스 포인트 각각의 신호 전송 가능 영역에 위치한 참조 위치를 선별하는 단계; 및
    상기 무선 측량 장치가 상기 복수의 액세스 포인트 각각의 아이디, 선별된 상기 복수의 참조 위치 각각의 아이디 및 상기 무선 측량 장치에 의해 측량된 수신 신호 세기를 이용하여 상기 라디오 맵을 생성하여 데이터 베이스에 저장하는 단계를 포함하는 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 측위 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제5 단계는,
    상기 사용자 단말기가 데이터 베이스에서 선별된 참조 위치의 아이디들 각각에 대응되는 수신 신호 세기를 읽어들여 기준 수신 신호 세기로 하고, 상기 사용자 단말기가 측량한 수신 신호 세기를 측량 수신 신호 세기로 하여, 아래의 식 1 내지 식 3 중 어느 하나에 대입하여 상기 선별된 참조 위치의 아이디들의 유사도를 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 측위 방법.
    [식 1]
    Figure 112017107335315-pat00077

    (
    Figure 112017107335315-pat00078
    는 코사인 유사도(Cosine Similarity)이고,
    Figure 112017107335315-pat00079
    는 측량 수신 신호 세기 벡터이고,
    Figure 112017107335315-pat00080
    는 기준 수신 신호 세기이다. 이때 측량 수신 신호 세기 벡터는
    Figure 112017107335315-pat00081
    로 표현되고,
    Figure 112017107335315-pat00082
    는 i번째 측량 수신 신호 세기이다. 그리고 기준 수신 신호 세기 벡터는
    Figure 112017107335315-pat00083
    로 표현되고,
    Figure 112017107335315-pat00084
    는 i번째 기준 수신 신호 세기이다.)
    [식 2]
    Figure 112017107335315-pat00085

    (
    Figure 112017107335315-pat00086
    는 유클리디언 유사도(Euclidean Similarity)이고,
    Figure 112017107335315-pat00087
    는 측량 수신 신호 세기 벡터이고,
    Figure 112017107335315-pat00088
    는 기준 수신 신호 세기이다. 이때 측량 수신 신호 세기 벡터는
    Figure 112017107335315-pat00089
    로 표현되고,
    Figure 112017107335315-pat00090
    는 i번째 측량 수신 신호 세기이다. 그리고 기준 수신 신호 세기 벡터는
    Figure 112017107335315-pat00091
    로 표현되고,
    Figure 112017107335315-pat00092
    는 i번째 기준 수신 신호 세기이다.)
    [식 3]
    Figure 112017107335315-pat00093

    (
    Figure 112017107335315-pat00094
    는 가우시안 유사도(Gaussian Similarity)이고,
    Figure 112017107335315-pat00095
    는 i번째 측량 수신 신호 세기이고,
    Figure 112017107335315-pat00096
    는 i번째 기준 수신 신호 세기이고,
    Figure 112017107335315-pat00097
    는 측량 수신의 노이즈 편차이다.)
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제6 단계는,
    상기 사용자 단말기가 상기 선별된 참조 위치의 아이디의 유사도들 중 유사도가 높은 2개 이상을 선택하여 이들의 유사도를 가진 아이디의 참조 위치를 선택하고, 선택된 참조 위치, 상기 선택된 참조 위치의 유사도 및 아래의 식 4를 이용하여 측위 위치 좌표를 결정하는 것을 특징으로 하는 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 측위 방법.
    [식 4]
    Figure 112016090058799-pat00098

    (
    Figure 112016090058799-pat00099
    는 선택된 참조 위치이고,
    Figure 112016090058799-pat00100
    는 선택된 참조 위치 그룹이고,
    Figure 112016090058799-pat00101
    는 결정된 측위 위치 좌표로서
    Figure 112016090058799-pat00102
    로 표현되고,
    Figure 112016090058799-pat00103
    는 i번째 참조 위치의 x,y 좌표로서
    Figure 112016090058799-pat00104
    로 표현되고,
    Figure 112016090058799-pat00105
    는 i번째 참조 위치의 가중치로서
    Figure 112016090058799-pat00106
    로 표현되고,
    Figure 112016090058799-pat00107
    는 가중치 합의 역수로서
    Figure 112016090058799-pat00108
    로 표현된다. 그리고
    Figure 112016090058799-pat00109
    는 i번째 참조 위치의 유사도이다.)
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제8 단계는,
    상기 사용자 단말기가 상기 결정된 측위 위치 좌표에서 아래의 식 5에 의해 구해진 선별 기준 거리 이내에 위치한 참조 위치를 선별하고, 상기 선별된 참조 위치의 아이디를 선별하는 것인 것을 특징으로 하는 핑거프린팅 방식을 이용한 실내 무선 측위 시스템의 측위 방법.
    [식 5]
    Figure 112016090058799-pat00110

    (
    Figure 112016090058799-pat00111
    는 선별 기준 거리이고,
    Figure 112016090058799-pat00112
    는 실험에 의해 얻어진 측위 오차 편차이고,
    Figure 112016090058799-pat00113
    는 실험에 의해 얻어진 사용자 단말기의 이동 범위의 표준편차이다.
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