KR101876251B1 - 위치 측정 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태그로부터 발생되는 무선신호를 수신하여 태그 위치를 측정하는 위치 측정 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, TDoA(Time Difference of Arrival) 방식의 고정밀 측위 시스템에서 고속 통신을 이용한 기준 클럭 동기 방법과 이를 이용한 측위 기술에 관한 것이다. 일 실시예는 기준 클럭을 생성하는 기준 클럭 생성부와 기준 클럭 및 하나 이상의 리더기를 제어하기 위한 제어 정보를 포함하는 송신 패킷을 전송하고, 하나 이상의 리더기 각각의 상태정보 및 태그 별 타임 스탬프 정보 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 수신 패킷을 수신하는 송수신 채널부와 기준 클럭이 하나 이상의 리더기 각각에 수신되는 시각 지연을 보상하기 위한 클럭지연 보상값을 산출하는 보상값 산출부 및 클럭지연 보상값 및 수신 패킷을 이용하여 태그의 위치 정보를 획득하는 위치 측정부를 포함하는 위치 측정 제어 장치 및 제어 방법을 제공한다.

Description

위치 측정 제어 방법 및 장치{Method and Apparatus for controlling location measurement}
본 발명은 태그로부터 발생되는 무선신호를 수신하여 태그 위치를 측정하는 위치 측정 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, TDoA(Time Difference of Arrival) 방식의 고정밀 측위 시스템에서 고속 통신을 이용한 기준 클럭 동기 방법과 이를 이용한 측위 기술에 관한 것이다.
개인용 무선 기기의 증가와 위치 정보를 이용한 서비스 증가 추세에 따라서 디바이스의 위치를 정확하게 측정하는 필요성이 높아지고 있다. 이를 위해서 GPS를 이용한 측위 또는 무선신호를 이용한 측위 등 다양한 방식의 측위 기술이 사용되고 있다. 다만, GPS와 같은 위성 신호를 이용한 측위 기술은 위성신호가 정상적으로 수신되지 못하는 실내 환경 또는 지하, 터널과 같은 제한된 환경에서는 그 정확성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 무선신호를 이용한 측위 방식은 무선신호의 수신 시각 차이를 이용하는 TDoA 방식이 널리 사용되고 있다. TDoA 방식은 디바이스가 신호를 전송하고, 이를 복수의 리더기가 수신하여 다면 측량을 수행함으로써 위치를 예측하는 UTDoA 방식과 특정 기지국이 디바이스로 신호를 전송하고, 기지국 신호가 단말에 도착할 때까지의 지연시각을 토대로 단말의 위치를 예측하는 OTDoA 방식 등이 사용되고 있다.
한편, 복수의 리더기가 디바이스가 전송하는 신호를 수신하여 디바이스의 위치를 추정하는 방식에서 복수의 리더기는 타임 스탬프 정보를 생성하기 위한 기준 클럭의 주파수와 시각 오프셋 등이 동일하게 설정되어 있어야 한다. 특히, 고정밀 측위를 위해서는 기준 클럭의 동기화가 매우 중요하다. 이를 위해서 종래에는 각 리더기의 기준 클럭 동기를 맞추기 위한 기준 클럭 공급라인과 타임 스탬프 정보를 수신하기 위한 데이터 통신용 라인을 별도로 구성하였다. 또한, 넓은 환경에 배치되는 리더기까지 기준 클럭을 공급하기 위한 공급라인이 유선으로 전개되는 경우에 유선 케이블의 길이 및 전개 경로에 따라서 동일한 위치의 리더기 간에도 기준 클럭의 오프셋이 달라지는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해서, 공급라인의 유선 길이를 미리 확인하고, 유선 길이에 따른 시각 오프셋 값을 확인하여 설정하고 있으나, 공급 라인은 노후화 등의 이유로 교체가 잦게 발생되며, 동일한 위치의 리더기라도 공급 라인의 배치 경로가 바뀌는 경우에 변경된 시각 오프셋 값을 재차 확인하여 설정하는 어려움이 발생되고 있다.
전술한 배경에서 안출된 일 실시예는 단일 라인을 통해서 고정밀 측위를 위한 기준 클럭과 리더기에서 수신된 타임 스탬프 정보를 송수신하도록 위치 측정 제어 장치와 리더기를 직렬로 구성하는 방법 및 시스템을 제안하고자 한다.
또한, 일 실시예는 위치 측정 제어 장치와 리더기 간에 연결되는 유선 라인에 따른 기준 클럭 지연을 보정하기 위한 구체적인 클럭지연 보상 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
전술한 과제를 해결하기 위한 일 실시예는 기준 클럭을 생성하는 기준 클럭 생성부와 기준 클럭 및 하나 이상의 리더기를 제어하기 위한 제어 정보를 포함하는 송신 패킷을 전송하고, 하나 이상의 리더기 각각의 상태정보 및 태그 별 타임 스탬프 정보 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 수신 패킷을 수신하는 송수신 채널부와 기준 클럭이 하나 이상의 리더기 각각에 수신되는 시각 지연을 보상하기 위한 클럭지연 보상값을 산출하는 보상값 산출부 및 클럭지연 보상값 및 수신 패킷을 이용하여 태그의 위치 정보를 획득하는 위치 측정부를 포함하는 위치 측정 제어 장치를 제공한다.
또한, 다른 실시예는기준 클럭을 생성하는 기준 클럭 생성단계와 기준 클럭 및 하나 이상의 리더기를 제어하기 위한 제어 정보를 포함하는 송신 패킷을 전송하는 단계와 기준 클럭이 하나 이상의 리더기 각각에 수신되는 시각 지연을 보상하기 위한 클럭지연 보상값을 산출하는 보상값 산출단계와 하나 이상의 리더기 각각의 상태정보 및 태그 별 타임 스탬프 정보 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 수신 패킷을 수신하는 단계와 클럭지연 보상값 및 수신 패킷을 이용하여 태그의 위치 정보를 획득하는 위치 측정 단계를 포함하는 위치 측정 제어 방법을 제공한다.
전술한 본 실시예들에 따르면, 복수의 리더기에 단일 라인을 이용하여 기준 클럭을 공급하고 타임 스탬프 정보를 수신함으로써 복수의 라인을 구축하는 데에 따른 비용 및 시각 상의 문제점을 해결하는 효과가 있다.
또한, 본 실시예들에 따르면 기준 클럭 공급라인의 길이에 따른 클럭지연 보상값을 일정 주기로 자동으로 찾아서 보상함으로써, 공급라인의 자유로운 변경 및 공급라인 전개 상황의 변화(예를 들어, 온도 등)에 따른 기준 클럭 오류를 예방하는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 위치 측정 제어 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 위치 측정 제어 장치를 포함하는 위치 측정 시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 위치 측정 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 리더기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 태그의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 클럭지연 보상값을 산출하기 위한 리더기 그룹을 설정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보의 차이값을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 클럭지연 보상값을 산출하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 클럭지연 보상값을 산출하기 위한 보다 구체적인 내용을 도시한 흐름도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 리더기 그룹을 설정하는 다양한 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 수신 패킷의 리더기 데이터 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 송신 패킷의 제어정보 및 리더기 상태정보 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 수신 패킷의 리더기 상태정보 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 위치 측정 제어 방법의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 태그의 신호를 수신하여 태그의 위치를 측정하는 위치 측정 제어 장치 및 위치 측정 제어 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 위치 측정 제어 장치, 리더기 및 태그를 포함하는 위치 측정 시스템에 관한 것이다.
이하에서의 리더기는 태그가 발신하는 신호를 수신하는 디바이스를 의미하고, 태그는 위치 측정의 대상이 되는 디바이스로 일정 주기 또는 특정 시각에 위치 측정을 위한 신호를 송신하는 장치를 의미한다. 또한, 위치 측정 제어 장치는 다수의 리더기로부터 정보를 수신하여 태그의 위치를 추정하고, 위치 측정 시스템의 동작을 제어하는 장치를 의미한다. 위치 측정 제어 장치는 리더기로부터 수신되는 정보를 이용하여 태그의 위치를 직접 측정할 수 있다. 또는 필요에 따라 위치 측정 제어 장치는 외부 서버로 리더기로부터 수신한 정보를 전송하고, 외부 서버에서 측정된 태그의 위치를 수신할 수도 있다. 이하에서는 위치 측정 제어 장치가 위치를 측정하는 것을 기준으로 설명하나, 이는 이해의 편의를 위한 것으로 외부 서버에 의해서 위치 측정 동작이 이루어지는 것도 본 실시예의 범주에 포함된다.
한편, 본 명세서에서의 위치 측정 제어 장치, 리더기, 태그는 설명의 편의를 위한 명칭으로 전술한 동작을 수행하는 기능적 관점으로 이해되어야 할 것이며, 그 명칭에 제한은 없다. 이하에서는 위치 측정 제어 장치를 필요에 따라 위치 측정 제어 장치 또는 마스터로 기재하여 설명하도록 한다. 또한, 리더기는 리더기 또는 수신기로 기재하여 설명하며, 태그는 태그 또는 발신기로 기재하여 설명한다.
종래에는 수신기(리더기) 동기를 위해 기준 클럭 공급라인과 데이터 통신용 회선을 별도로 구성하여 케이블 작업이 매우 까다로웠으며 유선 케이블의 길이에 따라 발생하는 시각 지연 값을 찾아 시스템에 사전에 입력해야 하는 번거로움이 있었다. 또한, 입력해 놓은 시각 지연 보정 값이 케이블 교체 또는 온도 변화 등의 환경 변경 사유로 변경되면 그 지연 값을 다시 찾아 재입력해야 하는 어려움이 발생한다. 본 실시예들은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로 복수의 리더기를 단일 라인으로 구성하여 직렬 연결하고, 하나의 통신 라인으로 기준 클럭 공급 및 데이터 송수신이 가능하도록 구성한다. 또한, 환경 변화에 동적으로 대처할 수 있는 클럭지연 보상값을 산출하여 고정밀 위치 측정이 가능하도록 하는 위치 측정 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 자세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 위치 측정 제어 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 위치 측정 제어 장치(100)는 기준 클럭을 생성하는 기준 클럭 생성부(110)와 기준 클럭 및 하나 이상의 리더기를 제어하기 위한 제어 정보를 포함하는 송신 패킷을 전송하고, 하나 이상의 리더기 각각의 상태정보 및 태그 별 타임 스탬프 정보 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 수신 패킷을 수신하는 송수신 채널부(120)와 기준 클럭이 하나 이상의 리더기 각각에 수신되는 시각 지연을 보상하기 위한 클럭지연 보상값을 산출하는 보상값 산출부(130) 및 클럭지연 보상값 및 수신 패킷을 이용하여 태그의 위치 정보를 획득하는 위치 측정부(140)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 기준 클럭 생성부(110)는 각 리더기들의 클럭 동기를 맞추기 위한 기준 클럭을 생성하고, 생성된 기준 클럭은 송수신 채널부(120)를 통해서 송신 패킷에 포함되어 리더기들로 전송될 수 있다.
여기서, 하나 이상의 리더기는 위치 측정 제어 장치(100)와 직렬로 연결되어 환형 형태로 연결될 수 있다. 예를 들어, 위치 측정 제어 장치(100)가 제1 리더기와 연결되고, 제1 리더기는 제2 리더기로 연결되고, ... , 제N-1 리더기는 제N 리더기와 연결되며, 제N 리더기는 위치 측정 제어 장치(100)와 연결될 수 있다. 즉, 하나 이상의 리더기 각각은 송신 패킷 및 수신 패킷을 송수신 하기 위한 하나의 입력 포트와 하나의 출력 포트를 포함하되, 하나의 입력 포트는 다른 리더기 출력 포트 또는 위치 측정 제어 장치(100)의 송신 포트와 연결되고, 하나의 출력 포트는 다른 리더기의 입력 포트 또는 위치 측정 제어 장치(100)의 수신 포트와 연결될 수 있다.
이와 같이, 위치 측정 제어 장치(100)는 복수의 리더기와 환형의 직렬 구조로 연결될 수 있으며, 하나의 환형 직렬 구조를 하나의 채널로 표현하여 설명한다. 위치 측정 제어 장치(100)는 복수의 채널을 구성할 수 있다.
한편, 송신 패킷은 하나 이상의 리더기 별로 상태정보 및 타임 스탬프 정보를 저장하기 위한 하나 이상의 슬롯을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 송신 패킷은 기준 클럭을 포함할 수 있다. 위치 측정 제어 장치(100)와 복수의 리더기가 환형의 직렬 구조로 연결됨으로써, 송신 패킷과 수신 패킷의 구조는 동일하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 위치 측정 제어 장치(100)가 제1 리더기로 송신 패킷을 전송하는 경우, 해당 송신 패킷에는 기준 클럭, 복수의 리더기를 제어하기 위한 공통 제어정보, 리더기 별 제어정보가 포함될 수 있으며, 송신 패킷은 각 리더기가 데이터를 추가하여 다음 리더기 또는 위치 측정 제어 장치(100)로 전송할 수 있도록 각 리더기의 데이터 슬롯이 구성되어 있을 수 있다. 따라서, 위치 측정 제어 장치(100)가 수신하는 수신 패킷은 모든 리더기를 거쳐서 수신되므로, 각 리더기 데이터 슬롯에 각 리더기의 정보가 저장될 수 있으며, 타임 스탬프 정보가 포함될 수 있다.
한편, 보상값 산출부(130)는 위치 측정 제어 장치(100)가 송신한 기준 클럭을 직렬로 연결된 리더기 각각이 수신하는 데에 소요되는 유선지연 시각을 산출하여 해당 유선지연 시각을 포함한 클럭지연 보상값을 계산한다. 예를 들어, 클럭지연 보상값은 직렬로 연결된 하나 이상의 리더기 각각에 설정되는 기준 클럭이 송신 패킷의 기준 클럭과 동일한 시각 오프셋 값을 가지도록 보상하기 위한 값으로, 송신 패킷이 송신 라인을 통해서 하나 이상의 리더기 각각으로 전달되는 전달 시각에 대응되어 산출되는 유선지연 보상값을 포함할 수 있다. 이를 통해서, 각각의 리더기는 기준 클럭의 주파수와 주파수 동기를 수행할 수 있고, 위치 측정 제어 장치(100)는 각 리더기가 송신하는 태그 별 타임 스탬프 값에 리더기 별 클럭지연 보상값을 적용하여 기준 클럭 시각 오프셋 동기를 맞출 수 있다. 따라서, 정확한 태그의 위치 측정이 가능하다. 또는, 위치 측정 제어 장치(100)는 클럭지연 보상값을 각 리더기로 전송할 수도 있다. 이 경우, 각 리더기는 클럭지연 보상값을 이용하여 시각 오프셋을 맞출 수 있다. 이 경우, 모든 리더기가 동일한 기준 클럭의 주파수 및 시각 오프셋을 이용하여 타임 스탬프를 생성하므로, 위치 측정 제어 장치(100)는 수신된 타임 스탬프 값을 이용하여 태그의 위치를 획득할 수 있다. 아래에서는 위치 측정 제어 장치(100)가 수신된 타임 스탬프 값에 클럭지연 보상값을 적용하는 내용을 중심으로 설명하나, 위에서 설명한 바와 같이 클럭지연 보상값을 각 리더기가 수신하여 기준 시각 동기를 맞추는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 보상값 산출부(130)는 기준 리더기, 보상대상 리더기 및 송신 리더기를 포함하는 리더기 그룹을 설정하고, 리더기 그룹에 포함되는 각각의 리더기에 대한 동작 파라미터를 설정하는 리더기 그룹 설정부와 기준 리더기 및 보상대상 리더기 각각이 수신하는 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보를 수집하는 정보 수집부 및 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보를 이용하여 보상대상 리더기에 대한 클럭지연 보상값을 계산하는 계산부를 포함할 수 있다. 여기서, 송신 리더기는 동작 파라미터에 의해서 설정된 시각 또는 횟수 동안 보상 기준 신호를 전송하며, 기준 리더기 및 보상대상 리더기와 구분되는 다른 채널에 연결되어 구성될 수 있다. 또한, 계산부는 기준 리더기가 수신하는 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보와 보상대상 리더기가 수신하는 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보 간의 수신 시각 차이값과 기준 리더기, 보상대상 리더기 및 송신 리더기의 위치정보를 이용하여 클럭지연 보상값을 계산할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 계산부는 복수의 수신 시각 차이값을 평균한 평균값을 이용하여 수신 시각 차이값의 유효성 여부를 확인하고, 수신 시각 차이값이 유효한 경우에 수신 시각 차이값과 상기 리더기들의 위치정보에 따른 무선지연 보상값을 이용하여 클럭지연 보상값을 계산할 수 있다. 무선지연 보상값은 송신 리더기와 기준 리더기 및 송신 리더기와 보상대상 리더기 간의 거리 차이에 따라 송신 리더기가 전송하는 보상 기준 신호가 기준 리더기 및 보상대상 리더기에 수신되는 시각 차이에 대한 보상값을 의미한다. 이 경우, 무선지연 보상값은 무선 채널을 통해서 송수신되는 보상 기준 신호에 따른 것으로 거리 별 고정값이 사용될 수 있다.
한편, 일 예로 위치 측정부(140)는 클럭지연 보상값 및 상기 수신 패킷에 포함되는 태그 별 타임 스탬프 정보를 측위 서버로 전송하고, 측위 서버로부터 태그의 위치 정보를 수신하여 획득할 수 있다. 다른 예로, 위치 측정부(140)는 하나 이상의 리더기 각각이 수신한 태그 별 타임 스탬프 정보에 하나 이상의 리더기 별 클럭지연 보상값을 적용하여 태그의 위치 정보를 산출할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 위치 측정 제어 장치와 복수의 리더기가 하나의 채널로 직렬 환형 구조로 연결되는 경우, 기준 클럭과 타임 스탬프를 포함하는 데이터를 하나의 송신 라인을 통해서 송수신될 수 있다. 또한, 리더기 간 또는 위치 측정 제어 장치와 리더기 간 연결 환경에 따라 클럭지연 보상값을 주기적으로 또는 이벤트 발생에 따라 계산하여 적용함으로써, 고정밀 측위 정보를 획득할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 각 실시예 및 각 구성들에 대해서 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하에서는 전술한 기준 클럭 및 데이터가 포함되는 송신 패킷과 수신 패킷을 이용한 데이터 송수신 방식을 SerDes(Serializer·Deserializer:직렬송신·병렬수신) 방식으로 기재하여 설명한다. 다만, 이는 일 예로 이러한 명칭에 제한되지는 않는다.
도 2는 일 실시예에 따른 위치 측정 제어 장치를 포함하는 위치 측정 시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 위치 측정 시스템은 위치 측정 제어 장치(100), 복수의 리더기(210), 태그(220) 장치로 구성된다. 위치 측정 제어 장치(100)는 위치 측정 시스템 전체 리더기(예를 들어, 리더기 1-1 내지 리더기 K-N)에 동일한 신호 특성을 갖는 기준 클럭을 분배할 수 있다. 동일한 신호특성의 기준 클럭이란 클럭의 오프셋(offset) 값과 스큐(skew) 현상이 동일하여 보정이 가능한 신호를 의미한다. 동일 신호 특성의 기준 클럭을 분배하기 위해서 위치 측정 제어 장치(100)는 기준 클럭을 전체 리더기에 SerDes 방식을 사용하여 전달한다. 위치 측정 제어 장치(100)는 채널 1(200)을 포함하는 다수의 채널(예를 들어, 채널 1 내지 채널 K)을 구성할 수 있다. 각각의 채널은 환형 구조(Ring topology, 200)로 리더기들이 연결되게 된다. 즉, 위치 측정 제어 장치(100)로부터 출력된 신호는 첫 번째 리더기(210)에 연결되고, 첫 번째 리더기(210)의 출력은 다음 두 번째 리더기(리더기 1-1)의 입력에 연결되는 구조이다. 이러한 방식으로 맨 마지막 리더기(리더기 1-L)까지 동일 구조로 연결되며 마지막 리더기(리더기 1-L)의 출력은 위치 측정 제어 장치(100)의 동일 채널의 입력으로 연결되어 루프가 형성된다. 각 리더기는 채널과 연결 순서에 따라 고유의 아이디를 할당받을 수 있다. 예를 들어, 위치 측정 제어 장치(100)와 가까운 순으로 각 리더기는 고유의 아이디를 할당받을 수 있다. 즉, 위치 측정 제어 장치(100)가 전송하는 송신 패킷을 수신하는 순서에 각 리더기의 고유 아이디가 할당될 수 있다. 또한, 전술한 SerDes 통신을 통해 기준 클럭 분배와 동시에 리더기와 위치 측정 제어 장치(100) 간 통신을 수행한다. SerDes 통신 패킷(예를 들어, 송신 패킷 및 수신 패킷)은 리더기 제어정보, 동작 파라미터 설정, 상태정보 및 타임스탬프 중 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 리더기(210)는 태그(220)가 발생한 신호를 수신하기 위한 장치로 신호의 수신 시각을 측정할 수 있는 타임스탬프 카운터 구성을 포함할 수 있다. 이를 위해서, 리더기(210)는 타임스탬프 카운터를 포함하는 RF 트랜시버를 포함할 수 있다. 예를 들어, RF 트랜시버는 고정밀 측위를 위해 UWB(Ultra-Wide band) 트랜시버(Transceiver) 또는 CSS(Chirp spread spectrum) 방식의 트랜시버가 될 수 있다. 리더기(210)는 위치 측정 제어 장치(100)가 송신한 송신 패킷에 포함되는 기준 클럭을 복구하여 PLL(Phase Lock Loop)를 사용하여 클럭 지터(Jitter) 성분을 제거한 후 트랜시버의 타임스탬프 카운터 기준 클럭으로 사용할 수 있다. 리더기(210)는 태그(220)와의 데이터 통신과 태그 동기신호 발생용으로 별도의 NB(Narrow band) RF 통신 방식의 트랜시버를 갖도록 하여 측위 신호 발생과 데이터 통신을 동시에 수행할 수도 있다. 즉, 리더기(210)는 태그(220)로부터 위치 측정을 위한 신호를 수신할 수 있고, 필요에 따라 태그(220)의 상태 정보 등을 포함하는 데이터를 태그(220)로부터 수신할 수도 있다. 리더기(210)는 태그(220)가 송신하는 신호를 수신하여 수신 시각(타임스탬프)을 위치 측정 제어 장치(100)가 수신할 수신 패킷을 통해서 위치 측정 제어 장치(100)로 전송한다.
태그(220)는 측위를 대상으로 하는 사람·동물·사물 등에 부착되거나, 스마트 폰과 같은 디바이스의 일 구성요소로 구성될 수도 있다. 태그(220)는 리더기(210)와의 통신을 위해 UWB(또는 CSS)와 NB 트랜시버를 포함할 수 있다.
위치 측정 제어 장치(100)는 수신 패킷을 수신하여 해당 채널에 구성되는 각 리더기의 태그 별 타임 스탬프 정보를 획득할 수 있다. 이후, 위치 측정 제어 장치(100)는 태그 별 타임 스탬프 정보와 클럭지연 보상값을 이용하여 측위계산 알고리즘(230)을 통해서 해당 태그의 위치를 획득할 수 있다. 한편, 측위계산 알고리즘(230)은 타임 스탬프 정보를 이용하여 태그(220)의 위치를 측정하기 위한 알고리즘으로 다변측량, 칼만필터(확장칼만필터) 등 다양한 알고리즘이 적용될 수 있으며, 본 명세서에서의 측위계산 알고리즘에 제한은 없다. 다른 예로, 위치 측정 제어 장치(100)는 타임 스탬프 정보와 클럭지연 보상값을 네트워크를 통해서 전송하여 외부 서버의 측위계산 알고리즘(240)을 통해서 계산된 위치 측정 정보를 획득할 수도 있다. 네트워크는 유/무선 네트워크를 모두 포함하며 이더넷, 무선통신 등 네트워크 종류에 대한 제한은 없다. 필요에 따라 위치 측정 제어 장치(100)는 네트워크를 통해서 획득된 위치 측정 정보를 서비스 제공(250) 장치로 전달할 수도 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 위치 측정 시스템의 위치 측정 제어 장치, 리더기 및 태그의 구성을 예시적으로 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 위치 측정 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 위치 측정 제어 장치(100)의 클럭(350)은 제어 로직(330)을 거쳐 SerDes 트랜시버(360)에 공급되는 동작 클럭을 생성한다. 또한, 클럭(350)은 SerDes 트랜시버(360)의 트랜스미터(Transmitter) 송신 클럭을 발생하기 위한 기준 클럭(reference clock)이 된다. 트랜스미터에서는 기준 클럭을 바탕으로 클럭을 체배하여 송신 클럭을 발생시킨다. 위치 측정 제어 장치(100)는 다수의 리더기를 연결할 수 있도록 여러 개의 채널(370, 371, 372)을 포함한다. 예를 들어, 채널(370, 371, 372)은 광통신 모듈 또는 동축 케이블 등을 연결하기 위한 포트를 의미할 수 있다. 각 채널(370, 371, 372)은 출력과 입력으로 구성되며 전술한 바와 같이, 출력은 첫 번째 리더기의 입력으로 연결되고, 입력은 마지막 리더기의 출력에 연결된다. 일 예로, 각 채널(370, 371, 372)은 광 통신 방식을 사용할 경우 송수신을 위해 2선(Wire)으로 구성될 수 있다. 제어 로직(330)은 멀티채널 SerDes 트랜시버(360)에 연결된 다수의 리더기가 생성한 데이터를 휘발성 메모리(320)에 저장하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 휘발성 메모리(320)에는 각 리더기 별로 할당된 영역이 이중 구조로 되어 있어 프로세서(310)는 충돌없이 읽기(Read) 동작을 수행할 수 있다. 프로세서(310)는 이전 프레임 또는 주기에 수집된 타임 스탬프 정보를 네트워크 인터페이스(300)를 통해 측위계산 알고리즘이 내장된 서버로 전송할 수 있다. 측위계산 알고리즘은 프로세서(310)의 구성에 따라 위치 측정 제어 장치(100)에서도 구현될 수 있다. 비휘발성 메모리(340)에는 위치 측정 제어 장치(100)가 동작하기 위한 동작 파라미터 정보와 프로그램이 저장된다. 위치 측정 제어 장치(100)의 동작 파라미터는 네트워크 인터페이스(300)를 통해 원격 서버의 제어프로그램으로 변경될 수도 있다. 한편, 제어 로직(330) 또는 프로세서(310)는 전술한 클럭지연 보상값을 산출할 수도 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 리더기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 리더기(210)는 위치 측정 제어 장치(100), 태그와 유무선 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 리더기(210)는 위치 측정 제어 장치(100)와 유선(일 예로, SerDes) 통신 방식을 통해 연결되며, 태그와는 무선 통신(예를 들어, NB, UWB 또는 CSS) 방식을 통해서 연결될 수 있다. 이를 위해서, 리더기(210)는 NB 무선통신 모듈(400)과 UWB 또는 CSS 통신 모듈(491, 492)를 포함할 수 있다. 또한, 리더기(210)는 위치 측정 제어 장치(100)와 같이 SerDes 트랜시버(430)를 포함할 수 있다. 위치 측정 제어 장치(100)의 출력 또는 이전의 리더기 출력이 리더기(210) 입력으로 연결되며, 리더기(210) 출력이 다음 리더기 입력 또는 위치 측정 제어 장치(100)의 입력으로 연결된다. 리더기(210)의 클럭(460)은 SerDes 트랜시버(430)의 초기 동작을 위한 것으로 제어 로직(405)을 거쳐 SerDes 트랜시버(430)의 동작 클럭이 된다. 또한, 동작 클럭은 SerDes 트랜시버(430)의 리시버(Receiver) 수신용 클럭을 발생하기 위한 기본 클럭이 된다. 이 기본 클럭을 사용하여 SerDes 트랜시버(430)가 위치 측정 제어 장치(100) 또는 이전의 리더기와 동기가 되어, SerDes 신호(송신 패킷)에 포함된 기준 클럭이 복구(Recovery) 되면, 복구된 기준 클럭을 지터 클리너(450) 을 거쳐 SerDes 트랜시버(430) 수신용 클럭으로 사용한다. 이때부터는 리더기(210)의 SerDes 트랜시버(430)는 위치 측정 제어 장치(100) 또는 이전의 리더기(210)와 동일 클럭을 사용하게 되며, 동일 클럭이 위치 측정 제어 장치(100)가 송신한 기준 클럭이다. 또한, 리더기(210)는 복구된 기준 클럭을 분주하여 UWB(또는 CSS) 트랜시버(491, 492)의 타임 스탬프 카운터의 클럭으로 사용한다. 이런 방식으로 모든 리더기들을 동기화하면 클럭의 드리프트(drift) 현상이 동일하게 되어 클럭 옵프셋(offset) 보정이 가능해 진다. 이렇게 동기된 후 리더기(210)의 SerDes 신호는 실시각으로 계속 송수신이 이루어진다.
한편, 송신 패킷에는 리더기(210) 마다 할당된 슬롯이 구성된다. 리더기(210)는 실시각 연속하여 전송되는 송신 패킷에 자신의 주소에 맞는 슬롯에 데이터를 삽입한다. 환형 구조(Ring topology)로 연결된 리더기들이 각각 이런 방식으로 자신의 슬롯에 데이터를 삽입하게 되면 최종 목적지인 위치 측정 제어 장치(100)는 모든 리더기들의 데이터(예를 들어, 타임 스탬프 정보)를 수집할 수 있다. 리더기(210)의 동작 파라미터와 프로그램은 위치 측정 제어 장치(100)와 동일하게 비휘발성 메모리(470)에 저장된다. 리더기(210)가 위치 측정 제어 장치(100)로 데이터를 전송하기 위해 기본으로 SerDes 채널을 사용하지만, 선택적으로 표준 네트워크(480)를 사용할 수도 있다. 아울러, 리더기(210)는 리더기 각 구성을 제어하기 위한 프로세서(410)와 일시적으로 데이터를 저장할 수 있는 휘발성 메모리(420)를 포함할 수 있다. 한편, 리더기(210)는 위치 측정 제어 장치(100) 또는 타 리더기와 연결되기 위한 채널(440, 441)을 포함할 수 있으며, 채널(440, 441)은 하나 또는 둘 이상일 수도 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 태그의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 태그(220)는 위치 측정의 대상이 되는 장치를 의미한다. 예를 들어, 태그(220)는 스마트 폰과 같은 디바이스의 일 구성요소일 수도 있고, 위치 측정 기능이 있는 별도의 장치일 수도 있다. 태그(220)가 타 디바이스의 모듈일 경우에 태그(220)는 타 디바이스의 프로세서, 메모리, 배터리 등을 공유할 수 있다. 도 5에서는 태그(220)가 별도의 장치일 경우를 가정하여 설명하며, 위에서 설명한 바와 같이 이에 한정되는 것은 아니다.
태그(220)는 움직임을 감지하기 위한 가속도 센서 또는 기울기 센서와 같은 센서(510) 구성을 포함할 수 있다. 또한, 태그(220)는 태그(220)의 상태를 표시하기 위한 LED(560) 구성을 포함할 수 있다. 또한, 태그(220)는 상태와 동작관련 파라미터를 저장하기 위한 메모리(550), 광대역 무선통신 모듈(예를 들어, UWB/CSS, 520), 협대역 무선통신 모듈(예를 들어, NB RF, 530), 배터리 충전부(570)와 배터리(580) 구성을 포함할 수 있다. 필요에 따라, USB 포트(540)와 같은 물리적 외부 장치 연결 포트를 포함할 수 있다. 물리적 외부 장치 연결 포트를 통해서 펌웨어 업데이트, 장치의 점검, 충전 등을 수행할 수도 있다.
한편, 태그(220)는 광대역 무선통신 모듈(520)을 통해서 UWB 또는 CSS 신호를 주기적으로 송신할 수 있으며, 태그(220)가 송신하는 신호는 위치 신호로 사용될 수 있다. 또한, 태그(220)는 리더기가 송신하는 NB RF 신호를 수신하여 리더기와 동기를 수행할 수 있다. 예를 들어, 리더기가 발생하는 NB RF 신호에는 태그(220)의 UWB 또는 CSS 신호 발생 주기 또는 신호 발생 조건 등이 포함될 수 있다. 태그(220)의 UWB 또는 CSS 신호 발생 주기는 배터리(580) 수명과 관계가 있을 수 있으므로, 태그(220)의 이동 속도, 측위 결과의 사용용도에 따라 동적으로 설정될 수 있다. 한편, NB RF 신호 대신에 UWB 또는 CSS 신호가 동일한 기능을 수행하도록 사용될 수도 있다.
한편, 위치 측정 제어 장치(100)는 전술한 바와 같이 측위 정밀도를 높이기 위하여 하나 이상의 리더기에 대한 클럭지연 보상값을 산출한다. 이를 위해서, 위치 측정 제어 장치(100)는 기준 리더기, 보상대상 리더기 및 송신 리더기를 포함하는 리더기 그룹을 설정하고, 리더기 그룹에 포함되는 각각의 리더기에 대한 동작 파라미터를 설정할 수 있다. 또한, 위치 측정 제어 장치(100)는 기준 리더기 및 보상대상 리더기 각각이 수신하는 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보를 수집하고, 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보를 이용하여 보상대상 리더기에 대한 클럭지연 보상값을 계산할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 클럭지연 보상값을 산출하기 위한 리더기 그룹을 설정하는 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 일 실시예에 따른 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보의 차이값을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 위치 측정 제어 장치(100)는 태그가 발신하는 위치 신호를 수신한 리더기의 타임 스탬프 정보를 이용하여 태그의 위치를 획득할 수 있다. 이를 위해서는 동일 채널에 연결된 복수의 리더기 간의 기준 클럭의 동기가 일치해야 한다. 예를 들어, 복수의 리더기는 모두 동일한 클럭 주파수와 시각 오프셋을 가지는 기준 클럭이 설정되어 있고, 태그로부터 송신되는 위치 신호를 수신하는 수신 시각을 기준 클럭을 기준으로 측정하여 위치 측정 제어 장치(100)로 전송해야 한다. 위치 측정 제어 장치(100)는 각 리더기가 동일한 태그가 동일한 시점에 전송한 위치 신호를 수신한 타임 스탬프 정보의 차이를 이용하여 태그의 위치를 획득하기 때문이다. 따라서, 전술한 바와 같이, 위치 측정 제어 장치(100)는 송신 패킷을 이용하여 기준 클럭을 동일 채널에 연결된 복수의 리더기에 모두 전송한다. 이 경우, 클럭 주파수는 각 리더기가 수신함에 있어서 변경되지 않으므로, 송신 패킷의 기준 클럭을 수신한 각 리더기의 클럭 주파수는 동일하게 동기화 된다. 다만, 송신 패킷이 각 리더기를 거치면서 전달됨으로써, 리더기 간 또는 위치 측정 제어 장치(100)와 리더기 간 유선 라인의 길이 또는 온도와 같은 주변 환경에 따라서 시각 오프셋 값은 개별 리더기마다 다르게 설정될 수 있다. 즉, 송신 패킷의 지연 시각 차에 따라 기준 클럭의 시각 오프셋이 각 리더기 별로 다르게 설정될 수 있다. 이러한 문제는 고정밀 측위의 성능을 하락시키는 문제를 야기한다. 따라서, 이런 송신 패킷 전송 지연 차이를 계산하여 보정할 필요가 있다.
클럭지연 보상값은 기준 클럭이 유선채널을 통해서 전달되는 경우에 유선지연 보상값으로 나타날 수 있고, 무선채널을 통해서 전달되는 경우에 무선지연 보상값으로 나타날 수 있다. 다만, 무선채널의 경우에 각 리더기의 위치를 위치 측정 제어 장치(100)가 이미 알고 있으므로, 무선지연 보상값은 위치를 기준으로 산출할 수가 있다. 다만, 기준 클럭이 유선채널을 통해서 전달되는 경우에는 리더기 간의 거리가 동일하더라도 유선채널을 위한 통신 라인의 실제 길이는 경로에 따라서 달라질 수가 있다. 따라서, 위치 측정 제어 장치(100)는 리더기의 위치 정보만을 기준으로는 정확한 유선지연 보상값을 산출하는 데에 한계가 있다.
따라서, 본 실시예에서는 위치 측정 제어 장치(100)가 유선지연 보상값을 찾는 방법을 중심으로 설명한다. 즉, 클럭지연 보상값은 무선지연 보상값 또는 유선지연 보상값일 수 있으나, 이하에서는 유선지연 보상값의 경우를 중심으로 설명한다.
도 6을 참조하면, 위치 측정 제어 장치(100)는 유선지연 보상값을 찾기 위해서 복수의 리더기를 포함하는 리더기 그룹(600, 610)을 설정할 수 있다. 리더기 그룹에는 기준 리더기(620), 송신 리더기(640) 및 보정대상 리더기(630)가 포함될 수 있다. 보정대상 리더기(630)는 보상대상 리더기와 동일한 의미로 사용된다. 한편, 송신 리더기(640)는 동작 파라미터에 의해서 설정된 시각 또는 횟수 동안 보상 기준 신호를 전송하며, 기준 리더기(620) 및 보상대상 리더기(630)와 구분되는 다른 채널에 연결되어 구성될 수 있다.
예를 들어, R1,1, R1,2, RK,2가 하나의 그룹(600)으로 설정되어 R1,2의 유선지연 보상값을 산출할 수 있다. 설명의 편의를 위해 R1,1은 R_a(620), R1,2는 R_b(630), RK,2는 R_tx(640)으로 일반화하여 설명할 수 있다. R_a(620)와 R_b(630)는 보상 기준 신호를 수신하는 리더기로 설정되며 R_tx(640)는 보상 기준 신호를 전송하는 송신기로 설정될 수 있다. 위치 측정 제어 장치(100)는 채널로 연결되는 복수의 리더기 중에 사전에 유선지연 보상값을 알고 있는 리더기를 기준 리더기(620)로 설정하고, 보상의 대상이 되는 리더기를 보정대상 리더기(630)로 설정할 수 있다. 또한, 기준 리더기(620)와 보정대상 리더기(630)와 다른 채널에 연결된 리더기 중 하나를 송신 리더기(640)로 설정하여 하나의 그룹을 구성할 수 있다.
그룹이 구성되면, 위치 측정 제어 장치(100)는 R_a(620)을 기준으로 R_b(630)의 유선지연 보상값을 찾아 보정을 수행할 수 있다. R_a(620)와 R_b(630)의 기준 클럭은 하나의 위치 측정 제어 장치(100)로부터 수신한다. 따라서, 두 장치(620, 630)의 타임 스탬프 카운터 값은 도 7(A)와 같이 동일한 증가율을 가진다. 따라서, R_a(620)와 R_b(630)의 기준 클럭의 카운터 초기값이 같다면, 위치 측정 제어 장치(100)로부터 멀리 떨어져 있는(유선 길이가 긴) R_b(630)는 유선채널에서 발생한 지연으로 인해 카운터 시작 값이 R_a(620)의 카운터 시작 값보다 작게된다. 이 차이 값을 찾아 보정하기 위해 R_tx(640)는 태그와 유사하게 일정 주기로 보상 기준 신호를 송신한다. R_tx(640)가 송신한 첫 번째 신호 샘플시각 t(1)에서 각 리더기 R_a(620), R_b(630)가 수신한 시각은 R_a_ts(1), R_b_ts(1)과 같이 기록될 수 있다. 여기에 송신 리더기 R_tx(640)와 수신 리더기 R_a(620), R_b(630) 간의 이격거리(da 및 db)에 따라 발생하는 무선지연 보상값이 가산된다. 그러나, 보상 기준 신호는 무선채널을 통해서 송수신되고, 각 리더기(620, 630, 640)의 위치를 위치 측정 제어 장치(100)는 이미 알고 있으므로, 무선지연 보상값은 쉽게 계산되어 적용될 수 있다. 예를 들어, 무선지연 보상값은 도 7(B)와 같이 계산되어 적용될 수 있다. 위치 측정 제어 장치(100)는 일정한 주기로 다수 회 보상 기준 신호를 전송하고, 위의 동작을 매 보상 기준 신호 샘플 타임마다 반복하여 유선지연 보상값을 계산할 수 있다. 유선지연 보상값을 계산하여 적용하게 되면 R_a(620), R_b(630) 리더기의 타임스탬프 카운터 값은 동일하게 보정된다. 목표로 한 그룹(600)의 보정이 완료된 후, 위치 측정 제어 장치(100)는 다음 리더기 그룹(610)에서 동일한 방법으로 유선지연 보상값을 계산하는 동작을 반복한다. 이러한, 반복 동작을 통해서, 채널에 연결된 모든 리더기는 동일한 시각 오프셋으로 설정되어 기준 클럭의 동기가 완전히 맞춰질 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 클럭지연 보상값을 산출하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 9는 일 실시예에 따른 클럭지연 보상값을 산출하기 위한 보다 구체적인 내용을 도시한 흐름도이다.
먼저 도 8을 참조하면, 위치 측정 제어 장치(100)는 리더기 그룹을 설정하고, 리더기 그룹의 리더기 각각의 동작 파라미터를 설정하여 동작 파라미터를 각 리더기로 전달한다(S800). 동작 파라미터를 수신한 각 리더기는 동작 파라미터에 설정된 정보에 기초하여 자신의 역할이 기준 리더기인지, 보정대상 리더기인지 또는 송신 리더기인지를 확인한다. 동작 파라미터는 각 리더기의 역할을 설정하는 정보, 송신 리더기의 보상 기준 신호 전송 주기 또는 전송 횟수 정보, 각 리더기 간의 거리 차이 정보와 같은 무선지연 보상값 관련 정보 및 임계값 중 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다.
위치 측정 제어 장치(100)는 동작 파라미터에 따라서 리더기 그룹에 포함된 각 리더기가 동작하면, 기준 리더기가 획득한 샘플 타임 별 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보와 보상대상 리더기가 획득한 샘플 타임 별 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보를 수신한다(S802). 위치 측정 제어 장치(100)는 수신된 샘플 타임 별 타임 스탬프 정보에 전술한 각 리더기 간의 거리 차이로 인한 무선지연 보상값을 적용한 후 타임 스탬프 차이값을 계산하고, 일정 개수의 차이값에 대한 평균값을 산출한다(S804). 평균값은 전체 샘플 타임에 대해서 하나만 산출될 수도 있고, 전체 샘플 타임을 몇 개의 구간으로 나누어 다수 산출될 수도 있다. 필요에 따라서는 보다 정밀도를 높이기 위해서 전체 샘플 타임을 몇 개의 구간으로 나누어 평균값을 다수 산출할 수 있다. 만약, 평균값이 다수 산출된 경우에 위치 측정 제어 장치(100)는 복수의 평균값 간의 차이가 미리 설정된 기준값 미만인지 판단한다(S806). 만약, 평균값 간의 차이가 기준값을 이상인 경우에 S802 단계부터 반복 수행하여 클럭지연 보상값을 다시 계산할 수 있다. 이와 달리, 평균값 간의 차이가 기준값 미만인 경우에는 해당 평균값에 대한 평균을 산출하여 산출된 평균을 클럭지연 보상값으로 산출할 수 있다(S808).
도 9를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 위치 측정 제어 장치(100)는 리더기 그룹을 설정하고 리더기 그룹의 각 리더기에 동작 파라미터를 전송하여 기능을 설정할 수 있다(S900). 송신 리더기는 일정 주기로 보상 기준 신호를 전송하고, 기준 리더기 및 보상대상 리더기는 보상 기준 신호의 수신 시각에 따른 타임 스탬프를 생성하여 위치 측정 제어 장치(100)로 전송한다. 이 경우, 각 리더기 간의 거리 차이로 인해서 발생되는 무선지연 보상값은 위치 측정 제어 장치(100)가 계산하여 타임 스탬프 차이값 계산시 사용할 수도 있고, 기준 리더기와 보상대상 리더기로 전송되어 타임 스탬프를 생성할 때 무선지연 보상값이 적용되도록 제어될 수도 있다. 또한, 동작 파라미터는 무선지연 보상값(dab)을 포함할 수 있다.
위치 측정 제어 장치(100)는 각 리더기로부터 수신한 보상 기준 신호에 대한 타임 스탬프 값의 평균을 구할 수 있다(S910). 전술한 바와 같이, 평균값은 일정 샘플 구간에 대해서 두 개 이상으로 구해질 수 있다. 도 9에서는 평균값이 두 개로 구해지는 경우를 예로들어 설명한다. S910 단계를 보다 구체적으로 살펴보면, 동작 파라미터에 포함된 보상 기준 신호 송신 횟수가 N으로 설정되면, N=0에서(S911), 송신 리더기(R_tx)는 첫 번째 UWB 메시지를 전송할 수 있다(S912). 그리고, 송신 리더기는 보상 기준 신호 전송 횟수 카운트를 1 늘린다. 기준 리더기(R_a)와 보상대상 리더기(R_b)는 보상 기준 전송 횟수 카운트 n에서 전송된 보상 기준 신호의 타임 스탬프를 수집한다(S913). 위치 측정 제어 장치(100)는 수집된 타임 스탬프 값과의 차이와 무선지연 보상값을 이용하여 기준 리더기(R_a)와 보상대상 리더기(R_b)의 무선지연 보상값을 제외한 타임 스탬프 차이값을 산출한다(S914). 송신 리더기는 보상 기준 전송 횟수 카운트 값 n이 동작 파라미터에 의해서 설정된 N 이상인지를 판단하고(S915), n이 N 이상인 경우에 보상 기준 신호 전송을 중단한다. 만약, n이 N 미만이라면, UWB 메시지 전송을 반복한다.
위치 측정 제어 장치(100)는 보상 기준 신호 전송이 완료되면(S915 단계의 YES), 기준 리더기의 타임 스탬프와 보상대상 리더기의 타임 스탬프의 차이값(Δtab)을 N으로 나누어 평균값을 계산한다(S916). 위에서 가정한 바와 같이, 평균값이 2개 구해지면, 해당 평균값 간의 차이를 구할 수 있다(S920). 평균값 간의 차이는 절대치로 계산될 수 있다. 이는 오차 범위 내의 값을 이용하여 클럭지연 보상값의 정확성을 높이기 위함이다. 위치 측정 제어 장치(100)는 평균값 간의 차이가 미리 설정된 기준값 이하인지를 판단하여(S930), 기준값 이하라면 두 개의 평균값의 평균을 구하여 보상대상 리더기의 클럭지연 보상값으로 사용한다(S940). 필요에 따라, 위치 측정 제어 장치(100)는 특정 채널의 리더기에 대한 보정이 모두 완료되었는지 확인하여, 모두 완료되었으면 보상값 산출을 완료하고, 보상대상 리더기가 남아있으면, S900 단계의 동작을 반복한다.
도 10은 일 실시예에 따른 리더기 그룹을 설정하는 다양한 실시예를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 리더기 그룹은 다양한 방법으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 1000과 같이 채널 K의 리더기 하나가 송신 리더기로 설정되고, 채널 1의 리더기 두 개가 기준 리더기 및 보상대상 리더기로 설정될 수 있다. 예를 들어, R1,2 리더기에 대한 클럭지연 보상값을 확인하기 위해서 R1,2를 보상대상 리더기로 설정하고, R1,1을 기준 리더기로, Rk,1을 송신 리더기로 설정하여 리더기 그룹(1005)를 설정할 수 있다. R1,2 리더기에 대한 클럭지연 보상값을 산출하면, R1,3의 클럭지연 보상값을 산출하기 위해서 R1,2 리더기를 기준 리더기로 설정하고, Rk,2를 송신 리더기로 설정하고, R1,3을 보상대상 리더기로 설정하여 하나의 리더기 그룹(1010)을 설정할 수 있다. 이러한 방법으로 채널 1에 연결된 모든 리더기에 대한 클럭지연 보상값을 산출할 수 있다.
또는 다른 예로, 1050과 같이 채널 K에 대한 클럭지연 보상값을 산출하기 위해서, Rk,1을 보상대상 리더기로 설정하고, Rk,2를 송신 리더기로 설정하고, 이미 계산된 R1,1을 기준 리더기로 설정하여 하나의 리더기 그룹(1055)을 구성할 수 있다. 1055 리더기 그룹에서 Rk,1리더기에 대한 클럭지연 보상값을 산출하면, Rk,1 리더기를 기준 리더기로 설정하고, R1,2 리더기를 송신 리더기로, Rk,2를 보상대상 리더기로 설정하여 하나의 리더기 그룹(1060)을 구성할 수 있다. 이러한 방법으로 채널 K의 리더기들에 대한 클럭지연 보상값을 모두 산출할 수 있다.
이 외에도 리더기 그룹을 구성하는 방법은 다양하게 설정될 수 있으며, 기준 리더기, 보상대상 리더기 및 송신 리더기를 포함하도록 구성하는 모든 실시예가 본 발명의 범주에 포함될 수 있다.
이하에서는, SerDes 통신 방식에 따른 송신 패킷과 수신 패킷의 구조를 도면을 참조하여 설명한다.
도 11은 일 실시예에 따른 수신 패킷의 리더기 데이터 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 위치 측정 제어 장치에서 전송된 송신 패킷은 리더기들을 거치면서 각 리더기의 타임 스탬프 정보 등을 포함하여 위치 측정 제어 장치의 수신 패킷으로 수신된다. 이와 같이, 본 실시예에서 데이터 패킷은 기준 클럭을 분배하는 것과 더불어 데이터 통신에도 사용된다. 송신 패킷은 위치 측정 제어 장치를 기준으로 전송하는 패킷을 의미하며, 수신 패킷은 위치 측정 제어 장치가 수신하는 패킷을 의미한다. 다만, 송신 패킷과 수신 패킷의 프레임 구조는 동일하게 설정될 수 있으므로, 송신 패킷과 수신 패킷은 프레임 구조 측면에서는 동일한 의미로 사용될 수 있다. 패킷 데이터의 구조는 모든 채널에 대해서 동일하게 구성될 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 위치 측정 제어 장치에 연결된 첫 번째 리더기는 0번 어드레스를 할당받고 다음 리더기는 자동으로 1번을 할당받을 수 있다. 이와 같이 순차적인 각 리더기는 어드레스를 할당받을 수 있다. 이런 방식으로 할당된 리더기 어드레스는 각 리더기가 사용할 패킷의 슬롯에 대응될 수 있다. 예를 들어, 0번 리더기에 할당된 패킷 슬롯은 0번 상태정보슬롯, 0번 데이터슬롯이면 마지막 N번 리더기 슬롯은 N번 상태정보슬롯, N번 데이터슬롯이다. 상태 정보 슬롯에는 각 리더기의 동작 상태 등의 정보가 삽입되며, 데이터슬롯에는 각 태그가 송신한 UWB(또는 CSS) 신호를 바탕으로 생성된 타임 스탬프 정보가 삽입되게 된다. 예를 들면, 0번 리더기가 삽입한 데이터 슬롯에는 각 태그들이 발생한 UWB(또는 CSS) 신호를 바탕으로 슬롯이 채워진다. 태그가 송신한 UWB(또는 CSS) 패킷에는 태그의 배터리 잔량과 태그에 실장되어 있는 센서값이 포함될 수 있으며, 리더기는 UWB(또는 CSS) 패킷을 수신한 시각(타임 스탬프)과 수신 신호 세기 및 품질 정보를 저장할 수 있다. 일 예로, 신호 품질은 채널 임펄스 응답(Channel Impulse Response, CIR) 값을 바탕으로 생성하는 데이터로 태그와 리더기간의 장애물 존재 여부를 판단하는 지표로 직접(Direct) 또는 반사(Multi-path, Reflect)된 신호인지를 판단하는데 사용할 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 송신 패킷의 제어정보 및 리더기 상태정보 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 송신 패킷에는 각 리더기에 공통적으로 적용되는 공통 제어정보와 각 리더기를 개별적으로 제어하기 위한 리더기 상태정보가 포함될 수 있다. 예를 들어, 송신 패킷 구조는 도 11에서 설명한 수신 패킷과 동일한 구조로 설정될 수 있다. 일 예로, 공통제어정보 슬롯은 위치 측정 제어 장치의 해당 채널에 연결된 모든 리더기에 공통으로 적용되는 제어 정보를 포함한다. 리더기 상태정보 슬롯은 각 리더기의 동작 상태를 확인하여 결과를 삽입하도록 할당된 슬롯이지만 위치 측정 제어 장치에서 각 리더기를 개별 제어하기 위한 정보가 포함되어 전송될 수도 있다. 각 리더기에서는 위치 측정 제어 장치가 상태정보 슬롯에 저장한 값을 먼저 읽고 자신의 동작 상태 값을 대체 또는 병렬 삽입할 수 있다. 공통 제어 정보의 프레임 종류는 현재 패킷을 통해 보내고 있는 정보의 종류을 구분하기 위한 필드로 실시 예에서는 제어정보와 펌웨어 업데이트 데이터를 구분한다.
이 외에도 도 12의 송신 패킷 공통 제어 정보의 각 필드 또는 슬롯에 저장되는 정보는 아래 표 1과 같이 설정될 수 있다.
Figure 112016112275368-pat00001
도 13은 일 실시예에 따른 수신 패킷의 리더기 상태정보 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 전술한 바와 같이 각 리더기는 송신 패킷의 자신의 상태정보 슬롯을 확인하고, 자신의 상태정보를 해당 슬롯에 대체하여 저장함으로써 위치 측정 제어 장치로 전달할 수 있다. 상태정보 슬롯에 대체되어 저장되는 정보는 아래 표 2와 같이 설정될 수 있다.
Figure 112016112275368-pat00002
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예는 TDoA 방식의 측위 시스템에서 기준 클럭을 생성하는 위치 측정 제어 장치와 리더기간의 기준 클럭을 동기화하고, 기준 클럭과 데이터를 동시에 송수신할 수 있다. 기준 클럭 정보가 포함된(Embedded) SerDes 방식은 수신측에서 기준 클럭을 복구하면 송신측의 기준 클럭을 그대로 전달받을 수 있다. 또한, 일 실시예에서는 SerDes 통신에 광 통신 방식을 사용하여 광 통신 케이블 1코어(Core) 만 연결하면 기준 클럭과 데이터 통신을 동시에 수행 할 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 광케이블을 사용하므로 장거리 통신이 가능하고 외부 노이즈에 의한 영향을 받지 않는 장점을 갖는다.
또한, 본 실시예는 리더기 간의 클럭지연 보상값(예를 들어, 유선지연 보상값)을 UWB(또는 CSS) 신호를 사용하여 주기적으로 찾아 보정하므로 클럭지연 보상값을 찾기 위한 별도의 하드웨어어가 필요 없으며 온도에 의한 케이블 지연 값 변화에도 영향을 받지 않는다. 이를 통해서, 고정밀 측위 동작이 가능하다. 또한, 리더기는 연결된 순서로 자동으로 장치 어드레스가 할당되므로 시스템 설치자는 별도의 설정 없이 동일한 하드웨어를 순서에 따라 연결하기만 하면 되며, 하나의 채널에 여러 개의 리더기가 직렬 환형 구조로 연결되어 케이블의 코어 수를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 또한 기준 클럭 제공장치의 채널을 줄이는 효과도 있다.
도 1 내지 도 13에서 설명한 본 발명의 동작이 모두 또는 선별적으로 수행될 수 있는 위치 측정 제어 방법에 대해서 도면을 참조하여 다시 한 번 설명한다.
도 14는 일 실시예에 따른 위치 측정 제어 방법의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 위치 측정 제어 방법은 기준 클럭을 생성하는 기준 클럭 생성단계를 포함한다(S1400). 위에서 설명한 바와 같이 기준 클럭은 태그의 위치를 측정하는 데에 사용되는 타임 스탬프 정보를 획득하기 위한 것으로, 모든 리더기에 동기화되어 적용되어야 한다.
또한, 위치 측정 제어 방법은 기준 클럭 및 하나 이상의 리더기를 제어하기 위한 제어 정보를 포함하는 송신 패킷을 전송하는 단계를 포함한다(S1402). 위치 측정 제어 장치는 기준 클럭 및 송신 패킷을 채널로 전송하여 해당 채널에 직렬 환형 구조로 연결되어 있는 다수의 리더기에 기준 클럭과 데이터를 전달할 수 있다.
또한, 위치 측정 제어 방법은 기준 클럭이 하나 이상의 리더기 각각에 수신되는 시각 지연을 보상하기 위한 클럭지연 보상값을 산출하는 보상값 산출단계를 포함한다(S1404). 또한, 보상값 산출단계에서는 기준 리더기, 보상대상 리더기 및 송신 리더기를 포함하는 리더기 그룹을 설정하고, 리더기 그룹에 포함되는 각각의 리더기에 대한 동작 파라미터를 설정하는 리더기 그룹 설정단계와 기준 리더기 및 보상대상 리더기 각각이 수신하는 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보를 수집하는 정보 수집단계 및 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보를 이용하여 보상대상 리더기에 대한 클럭지연 보상값을 계산하는 계산단계를 세부 단계로 포함할 수 있다. 또한, 계산단계는 기준 리더기가 수신하는 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보와 보상대상 리더기가 수신하는 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보 간의 수신 시각 차이값과 기준 리더기, 보상대상 리더기 및 송신 리더기의 위치정보를 이용하여 클럭지연 보상값을 계산할 수 있다. 이를 통해서, 보상값 산출단계에서는 리더기 간의 연결 거리로 인한 유선지연 보상값을 주기적으로 또는 특정 이벤트 발생에 따라 자동으로 보정할 수 있다.
또한, 위치 측정 제어 방법은 하나 이상의 리더기 각각의 상태정보 및 태그 별 타임 스탬프 정보 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 수신 패킷을 수신하는 단계를 포함한다(S1406). 수신 패킷은 각 리더기에서 발생된 타임 스탬프 정보와 각 리더기에서 저장한 상태정보 등을 포함할 수 있다. 위치 측정 제어 장치는 수신 패킷의 정보를 이용하여 시스템 동작 상태를 실시간으로 점검할 수 있다.
위치 측정 제어 방법은 클럭지연 보상값 및 수신 패킷을 이용하여 태그의 위치 정보를 획득하는 위치 측정 단계를 포함한다(S1408). 위치 측정 단계에서는 클럭지연 보상값과 수신 패킷의 타임 스탬프 정보를 외부 서버에 송신하여 위치 정보를 획득할 수도 있고, 자체적으로 위치 정보를 계산하여 획득할 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 기준 클럭을 생성하는 기준 클럭 생성부;
    상기 기준 클럭 및 직렬로 연결된 복수의 리더기를 제어하기 위한 제어 정보를 포함하는 송신 패킷을 전송하고, 상기 복수의 리더기 각각의 상태정보 및 태그 별 타임 스탬프 정보 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 수신 패킷을 수신하는 송수신 채널부;
    상기 기준 클럭이 상기 복수의 리더기 각각에 수신되는 시각 지연을 보상하기 위한 클럭지연 보상값을 산출하는 보상값 산출부; 및
    상기 클럭지연 보상값 및 상기 수신 패킷을 이용하여 상기 태그의 위치 정보를 획득하는 위치 측정부를 포함하되,
    상기 송신 패킷은, 상기 복수의 리더기 각각의 상기 상태정보 및 상기 타임 스탬프 정보를 저장하기 위한, 상기 복수의 리더기에 각각 대응하는 복수의 슬롯을 포함하도록 구성되고, 상기 복수의 리더기를 경유하도록 전송되는 위치 측정 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 리더기는,
    상기 송신 패킷을 수신하는 순서에 따라 고유 아이디가 할당되며,
    상기 태그로부터 위치 추정을 위한 위치 추정 기준 신호를 수신하고, 상기 기준 클럭 및 상기 위치 추정 기준 신호의 수신 시각에 대한 정보를 이용하여 상기 태그 별 타임 스탬프 정보를 생성하여 상기 수신 패킷에 저장하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 리더기 각각은 상기 송신 패킷 및 상기 수신 패킷을 송수신 하기 위한 하나의 입력 포트와 하나의 출력 포트를 포함하고, 상기 복수의 리더기 각각의 입력 포트는 상기 복수의 리더기 중 다른 리더기의 출력 포트와 순차적으로 각각 연결되되,
    상기 복수의 리더기 중 하나의 리더기의 입력 포트는 위치 측정 제어 장치의 송신 포트와 연결되고, 상기 복수의 리더기 중 다른 하나의 리더기의 출력 포트는 상기 위치 측정 제어 장치의 수신 포트와 연결되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 클럭은,
    오프셋(offset) 값과 스큐(skew) 현상이 동일한 신호특성으로 상기 복수의 리더기들에 분배되고, 상기 복수의 리더기에서 위상동기루프(Phase Lock Loop)를 이용하여 클럭 지터 성분이 제거되어 타임 스탬프 카운터 기준 클럭으로 이용되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 패킷은,
    상기 수신 패킷과 동일한 슬롯 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 클럭지연 보상값은,
    직렬로 연결된 상기 복수의 리더기 각각에 설정되는 기준 클럭이 상기 송신 패킷의 기준 클럭과 동일한 시각 오프셋 값을 가지도록 보상하기 위한 값으로, 상기 송신 패킷이 송신 라인을 통해서 상기 복수의 리더기 각각으로 전달되는 전달 시각에 대응되어 산출되는 유선지연 보상값을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상값 산출부는,
    기준 리더기, 보상대상 리더기 및 송신 리더기를 포함하는 리더기 그룹을 설정하고, 상기 리더기 그룹에 포함되는 각각의 리더기에 대한 동작 파라미터를 설정하는 리더기 그룹 설정부;
    상기 기준 리더기 및 보상대상 리더기 각각이 수신하는 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보를 수집하는 정보 수집부; 및
    상기 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보를 이용하여 상기 보상대상 리더기에 대한 클럭지연 보상값을 계산하는 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 송신 리더기는,
    상기 동작 파라미터에 의해서 설정된 시각 또는 횟수 동안 상기 보상 기준 신호를 전송하며,
    상기 기준 리더기 및 보상대상 리더기와 동일 채널에 연결되어 구성되거나, 상기 기준 리더기 및 보상대상 리더기와 구분되는 다른 채널에 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 제어 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 계산부는,
    상기 기준 리더기가 수신하는 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보와 상기 보상대상 리더기가 수신하는 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보 간의 수신 시각 차이값과 상기 기준 리더기, 보상대상 리더기 및 송신 리더기의 위치정보를 이용하여 상기 클럭지연 보상값을 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 계산부는,
    복수의 상기 수신 시각 차이값을 평균한 평균값을 이용하여 상기 수신 시각 차이값의 유효성 여부를 확인하고, 상기 수신 시각 차이값이 유효한 경우에 상기 수신 시각 차이값과 상기 리더기들의 위치정보에 따른 무선지연 보상값을 이용하여 상기 클럭지연 보상값을 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 제어 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 측정부는,
    상기 클럭지연 보상값 및 상기 수신 패킷에 포함되는 상기 태그 별 타임 스탬프 정보를 측위 서버로 전송하고, 상기 측위 서버로부터 상기 태그의 위치 정보를 수신하여 획득하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 제어 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 측정부는,
    상기 복수의 리더기 각각이 수신한 상기 태그 별 타임 스탬프 정보에 상기 복수의 리더기 별 클럭지연 보상값을 적용하여 상기 태그의 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 제어 장치.
  13. 기준 클럭을 생성하는 기준 클럭 생성단계;
    상기 기준 클럭 및 직렬로 연결된 복수의 리더기를 제어하기 위한 제어 정보를 포함하는 송신 패킷을 전송하는 단계;
    상기 기준 클럭이 상기 복수의 리더기 각각에 수신되는 시각 지연을 보상하기 위한 클럭지연 보상값을 산출하는 보상값 산출단계;
    상기 복수의 리더기 각각의 상태정보 및 태그 별 타임 스탬프 정보 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 수신 패킷을 수신하는 단계; 및
    상기 클럭지연 보상값 및 상기 수신 패킷을 이용하여 상기 태그의 위치 정보를 획득하는 위치 측정 단계를 포함하되,
    상기 송신 패킷은, 상기 복수의 리더기 각각의 상기 상태정보 및 상기 타임 스탬프 정보를 저장하기 위한, 상기 복수의 리더기에 각각 대응하는 복수의 슬롯을 포함하도록 구성되고, 상기 복수의 리더기를 경유하도록 전송되는 위치 측정 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 보상값 산출단계는,
    기준 리더기, 보상대상 리더기 및 송신 리더기를 포함하는 리더기 그룹을 설정하고, 상기 리더기 그룹에 포함되는 각각의 리더기에 대한 동작 파라미터를 설정하는 리더기 그룹 설정단계;
    상기 기준 리더기 및 보상대상 리더기 각각이 수신하는 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보를 수집하는 정보 수집단계; 및
    상기 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보를 이용하여 상기 보상대상 리더기에 대한 클럭지연 보상값을 계산하는 계산단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 계산단계는,
    상기 기준 리더기가 수신하는 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보와 상기 보상대상 리더기가 수신하는 보상 기준 신호의 타임 스탬프 정보 간의 수신 시각 차이값과 상기 기준 리더기, 보상대상 리더기 및 송신 리더기의 위치정보를 이용하여 상기 클럭지연 보상값을 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 제어 방법.
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