KR101933167B1

KR101933167B1 - 블루투스 저전력 비콘과 저전력 장거리 통신네트워크를 결합한 태그 위치검출 시스템 및 방법, 그리고 관리서버

Info

Publication number: KR101933167B1
Application number: KR1020160155957A
Authority: KR
Inventors: 박수현
Original assignee: 콘텔라 주식회사
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-12-31
Also published as: KR20180057389A

Abstract

블루투스 저전력 비콘을 사용하여 측위 성능을 개선한 ＬｏＲａ를 이용한 태그 위치검출 시스템및 방법이 개시된다. 본 발명에 의하면, LoRa와 같은 장거리 저전력 통신망의 넓은 커버리지에 의한 측정오차로 발생되는 측위의 부정확성을 30~50m 정도의 커버리지를 갖는 BLE 비콘을 사용하여 개선함으로써, 관리 대상이 되는 자재의 위치를 정확하게 측정할 수 있다.

Description

블루투스 저전력 비콘과 저전력 장거리 통신네트워크를 결합한 태그 위치검출 시스템 및 방법, 그리고 관리서버{System and Method for Detecting Tag's Location on a Network Coupled LPWAN and BLE, and Managing Server}

본 발명은 LoRa와 같은 저전력 장거리 통신네트워크(LPWAN: Low-Power Wide-Area Network)의 넓은 커버리지로 인한 위치 측정의 부정확성을 BLE(Bluetooth Low Energy) 비콘(Beacon)을 사용하여 개선한 태그 위치검출 시스템 및 방법에 대한 것이다.

LoRaWAN(Long Range Wide Area Network)은 LPWAN(Low Power Wide Area Network)에 속하는 사물 인터넷(IoT: Internet of Things)용 무선 네트워크 서비스이다. LPWAN는 사물 인터넷을 위한 무선 네트워크 중 커버리지가 상당히 큰 네트워크로서, LoRa, Sigfox, Ingenu 등의 상용화된 기술을 포함한다.

LoRa의 커버리지는 최대 11Km 정도이기 때문에, 수신신호세기(RSSI: Received Signal Strength Indication) 또는 수신시간정보(TOA: Time Of Arrival)를 이용하여 단말기의 위치를 추적할 때 단말기의 위치에 따라 RSSI 및 TOA 측정 오차가 커지게 되며, 이에 따라 위치 측정의 오차도 그만큼 커지는 단점이 있다.

따라서 자재 관리 등을 위해 LoRa 네트워크를 사용하는 것이 적절하지 못한 점이 있다.

<관련 선행기술>

대한민국 공개 특허 제10-2012-0095101호 (블루투스를 이용한 사용자 단말의 위치 확인 방법 및 시스템)

본 발명의 목적은, LoRa의 넓은 커버리지에 의한 측정오차로 발생되는 위치 측정의 부정확성을 BLE(Bluetooth Low Energy) 비콘(Beacon)을 사용하여 개선한 태그 위치검출 시스템 및 방법, 그에 제공된 자재 위치관리서버를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자재 위치관리서버의 태그 위치 검출방법이 제시된다. 자재 위치관리서버는 저전력 장거리 통신망을 구성하는 복수 개의 게이트웨이와 연결되며, 비콘 신호를 송출하면서 BLE 망을 형성하는 복수 개의 신호송출기가 상기 복수 개의 게이트웨이의 커버리지 내에 배치된다.

본 발명의 방법은, 상기 자재 위치관리서버의 위치계산부가 태그가 전송하는 데이터를 상기 게이트웨이를 통해 수집하는 단계와; 상기 위치계산부가, 상기 데이터를 기초로, 상기 태그가 상기 비콘 신호를 수신하여 추출한 비콘 식별번호의 개수인 m(비콘 ID)와, 상기 태그로부터 상기 비콘 식별번호와 상기 태그 정보를 수신한 상기 게이트웨이의 개수인 m(GW)를 계산하는 단계와; 상기 계산의 결과가 1≤m(비콘 ID)≤2 이고 m(GW)≥2인 경우, 상기 위치계산부가 상기 비콘 식별번호를 수신한 신호송출기와 상기 태그 사이의 거리를 각각 측정하고, 상기 태그의 정보를 제공한 게이트웨이와 상기 태그 사이의 거리를 각각 측정하는 단계와; 상기 위치계산부가 상기 측정한 거리들을 이용하여 삼각측량 방법으로 상기 태그의 위치를 판단하는 단계를 포함한다.

실시 예에 따라, 상기 계산의 결과가 m(비콘 ID)≥3 인 경우, 본 발명은 상기 위치계산부가 상기 비콘 식별번호를 수신한 신호송출기와 상기 태그 사이의 거리를 각각 측정하여, 상기 측정한 거리들을 이용하여 삼각측량 방법으로 상기 태그의 위치를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 따라, 상기 계산의 결과가 1≤m(비콘 ID)≤2 이고 m(GW)=1인 경우, 본 발명은 상기 위치계산부가 상기 비콘 식별번호를 수신한 신호송출기와 상기 태그 사이의 거리를 각각 측정하여 상기 태그의 위치를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 따라, 상기 계산의 결과가 m(비콘 ID)=0 인 경우, 본 발명은 상기 위치계산부가 상기 태그의 정보를 제공한 게이트웨이와 상기 태그 사이의 거리를 각각 측정하여, 삼각측량 방법을 이용하여 상기 태그의 위치를 판단하거나 상기 측정한 거리를 상기 태그의 위치를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 실시 예에 의하면, 상기 태그의 정보를 수집하는 단계는, (a) 상기 태그가 상기 비콘 신호를 제1 주기로 반복 스캔하면서 상기 비콘 식별번호를 추출하는 단계와, (b) 상기 (a)단계 중에 상기 태그의 센서부가 진동 또는 기울어짐을 감지한 경우에 상기 태그가 태그-위치변경정보를 상기 게이트웨이로 전송하고, 상기 제1 주기보다 짧은 제2 주기로 상기 비콘 신호를 반복 스캔하면서 상기 비콘 식별번호를 추출하는 단계와, (c) 상기 (b)단계에서 추출한 비콘 식별번호가 상기 (a)단계에서 추출한 비콘 식별번호와 다른 경우에 상기 (b)단계에서 추출한 비콘 식별번호를 상기 게이트웨이로 보고하고 상기 (a)단계로 돌아가는 단계와, (d) 상기 (b)단계에서 추출한 비콘 식별번호가 상기 (a)단계에서 추출한 비콘 식별번호와 같은 경우에 상기 (a)단계로 돌아가는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 신호송출기가 주기적으로 상기 비콘 식별번호를 포함하는 상기 비콘 신호를 송출하는 중에, 상기 신호송출기의 센서부가 진동 또는 기울어짐을 감지한 경우에 비콘-위치변경정보를 상기 비콘 신호에 포함시킬 수 있다.

상기 저전력 장거리 통신망은 LoRa 프토토콜인 것이 바람직하다.

본 발명은 상기의 복수 개의 게이트웨이와 연결되는 자재 위치관리서버에도 미친다. 자재 위치관리서버는 상기 위치 계산부와 함께, 상기 복수 개의 신호송출기와 상기 복수 개의 게이트웨이의 설치 위치에 대한 정보를 등록받아 관리하는 데이터베이스를 포함한다.

본 발명에 의하면, LoRa와 같은 장거리 저전력 통신망의 넓은 커버리지에 의한 측정오차로 발생되는 측위의 부정확성을 30~50m 정도의 커버리지를 갖는 BLE 비콘을 사용하여 개선함으로써, 관리 대상이 되는 자재의 위치를 정확하게 측정할 수 있다.

본 발명에 사용되는 신호 송출기와 태그는 무선 인터페이스를 제공하기 때문에 별도의 유선 망이 필요없고 배터리를 사용함으로써 설치가 매우 용이하다.

본 발명은 종래의 장거리 저전력 통신망과 BLE 망을 결합함으로써, 정밀 위치 측정이 필요한 지역은 신호 송출기로 BLE 망을 구축하는 한편, 나머지 지역은 원래의 장거리 저전력 통신망을 그대로 유지함으로써 비용과 효율을 동시에 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 태그 검출시스템의 구조도,
도 2는 본 발명의 신호 송출기의 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호송출기의 동작 설명에 제공되는 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그의 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그의 동작 설명에 제공되는 흐름도, 그리고
도 6은 본 발명의 자재 위치관리서버의 태그 위치 검출방법의 설명에 제공되는 흐름도, 그리고
도 7은 본 발명의 자재관리 시스템의 동작 예를 설명하기 위한 도면이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 저전력 장거리 통신네트워크(LPWAN: Low-Power Wide-Area Network)와 BLE(Bluetooth Low Energy) 망을 결합하여 특정 태그의 위치를 검출하는 기술을 제시한다. 저전력 장거리 통신네트워크(LPWAN)는 BLE 망에 비해 커버리지가 넓다.

본 발명의 시스템(100)은 복수 개의 신호송출기와, 복수 개의 태그와, 복수 개의 게이트웨이(GW: Gateway) 및 자재 위치관리서버를 포함한다. 도 1은 하나의 게이트웨이(130)를 중심으로 연결 가능한 망과 장치를 설명하기 위해 도시한 것이다. 또한 도 1은 LPWAN으로 LoRa를 사용하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 장거리 저전력 통신망으로 가능한 시그폭스(Sigfox), 인제뉴(Ingenu) 등을 LoRa 대신에 사용할 수도 있다.

도 1의 시스템(100)은 복수 개의 신호송출기(101, 103, 105), 복수 개의 태그(111, 113, 115, 117) 및 게이트웨이(130)를 포함하며, 네트워크(10)을 통해 게이트웨이(130)와 연결된 자재 위치관리서버(150)를 포함한다. 게이트웨이(130)와 자재 위치관리서버(150)는 LoRa와 같은 저전력 장거리 통신 네트워크(LPWAN)으로 구축되고, 신호송출기(101, 103, 105)는 상대적으로 소규모의 BLE 망을 형성한다. 태그(111, 113, 115, 117)는 BLE 망과 LPWAN에 모두 연결할 수 있으며, 두 개 망을 연결한다.

태그(111, 113, 115, 117) 각각은 물류 관리 또는 자재 위치관리의 대상이 되는 자재에 설치되기 때문에, 자재가 이동하면 함께 이동한다. 그러나 신호송출기(101, 103, 105)와 게이트웨이(130)의 위치는 태그 위치 측량의 기초이므로 항상 고정되어야 한다.

태그(111, 113, 115, 117)는 게이트웨이(130)를 통해 자재 위치관리서버(150)와 통신을 하게 되므로, 신호 송출기(101~105)의 커버리지는 게이트웨이(130)의 커버리지 내에 포함되어야 한다. 신호 송출기101~105)는 게이트웨이(130)의 커버리지 내 또는 게이트웨이 커버리지가 중첩되는 지점에 설치가 가능하다. 아래 도 7에서 다시 설명하는 것처럼 게이트웨이(130)는 다른 게이트웨이와 함께 설치될 수 있으며, 일부 커버리지가 상호 겹치도록 설치하는 것이 바람직하다.

전체적인 구조와 동작을 간단히 설명하면, 가입자 영역에 복수 개의 신호송출기(101, 103, 105)가 설치되고, 각 신호 송출기(101~105)의 위치는 신호송출기 자신의 식별번호인 '비콘 식별번호(Beacon ID)'와 함께 자재 위치관리서버(150)에 등록된다. 신호송출기(101, 103, 105)는 블루투스 저전력(BLE) 비콘 신호를 기설정된 주기로 BLE의 광고 채널(Advertising Channel)을 통해 송출한다. 신호 송출기(101~105)가 송출하는 비콘 신호에는 자신의 '비콘 식별번호(Beacon ID)'가 포함되는데, 가입자 영역에 위치한 태그(111, 113, 115, 117)는 신호 송출기(101~105)가 주기적으로 송출하는 비콘 신호를 수신하여 비콘 식별번호를 추출한다. 태그(111, 113, 115, 117)는 추출한 비콘 식별번호를 게이트웨이(130)를 통해 자재 위치관리서버(150)로 전송한다. 자재 위치관리서버(150)는 태그(111, 113, 115, 117)가 제공하는 비콘 식별번호, 태그 식별번호 등을 이용하여 태그(111, 113, 115, 117)의 위치를 확인할 수 있다. 신호 송출기(101~105)의 커버리지가 작으므로, 태그(111, 113, 115, 117)의 위치를 상대적으로 정확하게 파악할 수 있다.

자재 위치관리서버(150)는 복수 개의 신호송출기(101, 103, 105)와 복수 개의 태그(111, 113, 115, 117)와 게이트웨이(130)에 대한 정보를 등록하고 관리하기 위한 데이터베이스(151)를 구비하며, 게이트웨이(130)를 통해 수신되는 정보를 이용하여 복수 개의 태그(111, 113, 115, 117) 각각의 위치를 계산하는 위치계산부(153)를 포함한다. 이를 위해, 자재 위치관리서버(150)는 신호송출기(101, 103, 105) 각각의 '비콘 식별번호'와, 그 설치된 위치에 대한 정보(주소, 경도, 위도 등)를 등록하고 관리하며, 게이트웨이(130)에 대하여도 게이트웨이 식별번호(GW ID)와, 그 설치위치에 대한 정보를 등록하고 관리한다. 태그(111, 113, 115, 117)에 대한 정보는 태그(111, 113, 115, 117)가 설치된 자재에 대한 정보와 태그 식별번호(Tag ID)를 매칭하여 등록하고 관리한다.

게이트웨이(130)는 태그(111, 113, 115, 117)로부터 수신한 LoRa 데이터를 취합하여, 네트워크(10)를 통해 자재 위치관리서버(150)로 전송한다. 네트워크(10)는 인터넷 또는 엘티이(LTE) 망 등이 해당할 수 있다.

이하에서는 시스템(100)의 세부 구성을 설명하되, 복수 개의 신호송출기(101, 103, 105)를 대표하여 신호송출기(101)의 구성을 설명하며, 복수 개의 태그(111, 113, 115, 117)를 대표하여 태그(111)의 구성을 설명한다.

우선, 도 2를 참조하면, 본 발명의 신호송출기(101)는 센서부(201), 모드설정부(203), 배터리(205), 안테나(ANT) 및 비콘 제어부(210)를 포함한다. 신호송출기(101)는 무선 장치로서 설치 등의 편리를 위해 배터리(205)를 전원으로 사용한다. 신호송출기(101)의 커버리지는 장애물이 없는 환경을 기준으로 30 ~ 50m 정도이며 실내에서는 공간 구조물로 인하여 작아지게 된다.

센서부(201)는 진동 및/또는 기울기를 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 구비하며, 신호송출기(101)의 진동 및/또는 기울어짐을 감지함으로써 신호송출기(101)의 '이동'을 감지한다. 본 발명에서 신호송출기(101)의 위치는 고정되어야 하므로, 신호송출기(101)의 이동은 비정상적인 상태로 판단되며, 따라서 센서부(201)가 진동 및/또는 기울어짐을 감지한 상태는 '이동'을 전제로 비정상 상태로 판단한다.

모드설정부(203)는 사용자로부터 신호송출기(101)의 모드를 입력받기 위한 수단으로서, 스위치 등의 형태를 가진다. 사용자는 모드설정부(203)를 이용하여 (1) 신호송출기(101)를 설치한 후 설치 완료한 상태임을 설정하거나 (2) 신호송출기(101)를 다른 장소로 옮기면서 설정을 초기화함을 설정할 수 있다. 관리자는 해당 신호송출기(101)가 정상 상태임을 표시하기 위해 모드설정부(203)를 세팅하며, 비콘 제어부(210)는 모드설정부(203)의 세팅되면 정상 동작을 새로 개시하게 되므로, 모드설정부(203)가 다시 세팅되면 신호송출기(101)가 리셋된 것과 같다.

비콘 제어부(210)는 신호송출기(101)의 전체 기능을 제어한다. 도 2의 비콘 제어부(210)는 BLE 인터페이스 기능을 구비한 하나의 칩셋(Chipset)으로 구현되어 안테나(ANT)와 직접 연결된 예이다. 그러나 본 발명의 신호송출기(101)는 이에 한정되지 않고, 비콘 제어부(210) 이외에 별도의 블루투스 통신 인터페이스 수단을 구비할 수도 있다.

비콘 제어부(210)는 태그(111)의 위치 확인을 위해 주기적으로 비콘 신호를 송출한다. 비콘 제어부(210)가 생성하는 비콘 신호에는 비콘 정보가 포함된다. 비콘 정보는 '비콘 식별번호(Beacon ID), 비콘-위치변경정보, 및 배터리 잔량 정보 등을 포함할 수 있다.

예를 들어, 센서부(201)가 진동 등을 감지하면, 비콘 제어부(210)는 신호송출기(101)의 위치가 이동된 것으로 판단하고, '비콘-위치변경정보'를 비콘 신호에 포함시킨다. 비콘-위치변경정보는 예를 들면, 위치변경-플래그(Flag)를 '1'(또는 '0')로 세팅하는 방식으로 전송할 수 있다. 배터리의 잔량은 0~ 100% 사이의 값으로 표시할 수 있다. 비콘 신호 내의 여러 필드에 비콘 정보를 삽입하는 방식은 얼마든지 다양하게 구현할 수 있다.

이하에서는 도 3을 참조하여 비콘 제어부(210)의 동작을 상세히 설명한다.

<모드설정부를 읽고 동작 개시: S301>

신호송출기(101)에 전원이 공급되면, 비콘 제어부(210)가 모드설정부(203)를 읽어 동작을 개시한다.

한편, 이에 앞서 관리자는 신호송출기(101)의 설치 위치를 결정하고, 해당 신호송출기(101)의 '비콘 식별번호'를 그 설치 위치에 대한 정보와 함께 자재 위치관리서버(150)에 등록한다. 설치를 완료한 관리자는 모드설정부(203)의 스위치를 '설치완료 상태'로 설정한다. 신호송출기(101)에 전원이 공급되어 동작을 개시하면, 관리자가 설정한 모드설정부(203)에 의해 설치 완료 상태임을 확인할 수 있는 것이다.

<주기적인 비콘 송출: S303>

비콘 제어부(210)는 기설정된 주기로 비콘 신호를 BLE의 광고 채널(Advertising Channel)을 통해 송출한다. 비콘 제어부(210)가 송출하는 비콘 신호에는 비콘 정보가 포함된다.

<이상 감지에 따른 비콘-위치변경정보 송출: S305, S307>

S303 단계를 반복하는 중에 센서부(201)가 진동 및/또는 기울어짐을 감지하면(S305), 비콘 제어부(210)는 신호송출기(101)의 위치가 변경된 것으로 판단하고, 비콘 정보 중에서 '비콘-위치변경정보'를 변경하여 송출한다. 이때, 비콘-위치변경정보는 앞에서 설명한 것처럼 위치변경-플래그(Flag)를 '1'로 세팅하는 방식일 수 있다(S307).

태그(111)는 비콘 신호를 수신하여 비콘 정보를 추출한 후 다시 LoRa 인터페이스로 게이트웨이(130)에게 전송한다. 게이트웨이(130)는 각 신호송출기(101)로부터 수신한 정보를 다시 일정한 데이터 포맷으로 자재 위치관리서버(150)로 전송한다,

<이상 상태 해결: S309>

비콘 제어부(210)는 모드설정부(203)의 스위치 상태로 확인하여 이상 상태가 해소되었는지 여부를 확인한다. 이상 상태의 해결은 관리자가 자재 위치관리서버(150)의 이상 통지에 따라 해당 신호송출기(101)가 실제로 이동한 것인지 여부를 확인함으로써 수행된다. 이때, 실제로 이동한 것이 아니면, 관리자는 모드설정부(203)를 조작하여 '이상 상태'가 해소되었음을 입력 또는 설정할 수 있다.

만약, 모드설정부(203)의 상태가 변경되지 않고 그대로 유지되면, 비콘 제어부(210)는 이상상태가 계속 유지되는 것으로 판단하고, S307 단계를 계속 수행한다.

만약, 모드설정부(203)가 새롭게 설정되어 이상상태가 해소되었다고 판단하면, 비콘 제어부(210)는 S303 단계로 돌아가 비콘 신호를 다시 송출한다. 이때, 비콘 신호에 포함되는 비콘 정보의 비콘-위치변경정보, 즉 위치변경-플래그는 '0'으로 리셋된다. 따라서, 신호송출기(101)의 입장에서 모드설정부(203)가 새롭게 설정된 것은 S301 단계가 다시 수행되면서 리셋된 것과 동일하다.

이상의 방법으로 본 발명의 신호송출기(101)가 동작한다.

태그(111)는 관리의 대상이 되는 자재를 식별하기 위한 것이며, 자재의 일 측에 부착된다. 따라서 태그(111)는 배터리 전원으로 동작하는 것이 바람직하다. 태그(111)는 신호송출기(101) 및 게이트웨이(130)와 각각 접속하기 위한 두 개의 무선 인터페이스를 보유하여, 신호송출기(101)가 제공하는 비콘 정보를 게이트웨이(130)로 전송한다. 도 7에 도시된 것처럼, 태그(111)는 동시에 복수 개의 신호송출기의 비콘 신호를 수신할 수 있으며, 태그(111)가 전송하는 LoRa 데이터 역시 복수 개의 게이트웨이가 동시에 수신할 수 있다.

도 4를 참조하면, 태그(111)는 센서부(401), 동작설정부(403), 배터리(405), BLE 인터페이스부(407), Lora 인터페이스부(409) 및 태그 제어부(410)를 포함한다. 이 중에서 센서부(401), 동작설정부(403) 및 배터리(405)는 신호송출기(101)의 센서부(201), 모드설정부(203) 및 배터리(305)와 동일하게 동작하며 동일하게 설명할 수 있다.

BLE 인터페이스부(407)는 신호송출기(101)와 블루투스 프로토콜에 따라 통신하며, 특별히 어드버타이징 채널(Advertising Channel)을 통해 신호송출기(101)가 송출하는 비콘 신호를 수신하고, 비콘 신호 내에 포함된 '비콘 정보'를 추출하여 태그 제어부(410)에게 제공한다. 더불어, BLE 인터페이스부(407)는 비콘 신호의 수신 세기(RSSI)를 측정하여 태그 제어부(410)에게 제공한다.

Lora 인터페이스부(409)는 태그 제어부(410)의 제어에 따라 게이트웨이(130)와 LoRa 프로토콜에 따라 통신을 수행한다.

태그 제어부(410)는 태그(111)의 전반적인 동작을 제어한다. 태그 제어부(410)는 LoRa 데이터를 생성하여 게이트웨이(130)에게 전송하도록 Lora 인터페이스부(409)를 제어한다. 이에 따라, Lora 인터페이스부(409)는 LoRa 데이터 포맷에 맞게 LoRa 데이터를 구성하여 게이트웨이(130)에게 전송한다.

LoRa 데이터에는 BLE 인터페이스부(407)가 수신하여 추출한 '비콘 정보' 및 비콘 신호수신세기와 함께, 자신의 '태그 정보'가 포함된다. 태그 정보에는 태그 식별번호(Tag ID)와, 배터리 잔량정보 및 태그-위치변경 정보 등이 포함된다. 태그 제어부(410)는 센서부(401)의 '이상 감지'가 있으면 태그(111)의 위치가 이동된 것으로 판단하고, '태그-위치변경정보'를 LoRa 데이터에 포함시킨다. 태그-위치변경정보는 예를 들면, LoRa 데이터의 특정 플래그를 '1'로 세팅하는 방식으로 전송할 수 있다. 배터리의 잔량은 0~ 100% 사이의 값으로 표시할 수 있다. LoRa 데이터 내의 여러 필드에 비콘 정보와 태그 정보를 삽입하는 방식은 얼마든지 다양하게 구현할 수 있다.

이하에서는 도 5를 참조하여, 태그 제어부(410)의 동작을 설명한다. 한편, 이하에서 'BLE 채널'은 신호송출기(101)와 태그(111) 사이의 연결을 의미하며, 'LoRa 채널'이라 함은 태그(111)와 게이트웨이(130)를 통한 LoRa 데이터 전송을 의미한다.

<동작설정부를 읽고 동작 개시: S501>

태그(111)가 동작을 개시하면, 태그 제어부(410)는 먼저 동작설정부(403)를 읽어 동작을 개시한다.

한편, 이에 앞서 관리자는 태그(111)의 설치 위치를 결정하고, 태그(111)의 '태그 식별번호'를 그 설치 위치에 대한 정보와 함께 자재 위치관리서버(150)에 등록한다. 설치를 완료한 관리자는 동작설정부(403)의 스위치를 '설치완료 상태'로 설정한다. 태그(111)에 전원이 공급되어 동작을 개시하면, 관리자가 설정한 동작설정부(403)에 의해 설치 완료 상태임을 확인할 수 있는 것이다.

<제1 주기로 반복해서 비콘 신호를 스캔: S503>

BLE 인터페이스부(407)는 비콘 신호를 스캔하며, 이러한 스캔은 기설정된 제1 주기로 반복된다. BLE 인터페이스부(407)는 스캔한 비콘 신호로부터 비콘 정보를 추출하고 비콘 신호수신세기를 산출하여 태그 제어부(410)에게 제공하면, 태그 제어부(410)는 LoRa 인터페이스부(409)를 제어하여 자신의 태그 정보와 함께 게이트웨이(130)로 전송하여 보고한다. 참고로, 태그(111)의 위치가 복수 개의 게이트웨이의 커버리지에 동시에 속해있으면, 그 복수 개의 게이트웨이가 모두 태그(111)가 전송하는 LoRa 데이터를 수신하여 자재 위치관리서버(150)에게 보고한다.

여기서, 제1 주기는 상당히 긴 시간(예컨대 1시간)으로 정할 수 있으며, 아래에서 설명하는 제2 주기보다 충분히 긴 시간으로 설정한다.

<이상 감지에 따른 비콘-위치변경정보 송출: S505, S507>

S503 단계를 반복적으로 수행하는 중에 센서부(401)가 진동 및/또는 기울어짐을 감지하면(S505), 태그 제어부(410)는 태그(111)의 위치가 변경된 것으로 판단하고, 태그 정보 중에서 '태그-위치변경정보'를 변경하여 송출한다. 이때, 태그-위치변경정보는 앞서 설명한 위치변경-플래그를 '1'로 세팅하는 방식으로 전송할 수 있다(S507).

<제2 주기로 비콘신호를 스캔: S509 내지 S513>

S505 단계에서 태그(111)가 이동한 것으로 확인되면, 이후부터는 제2 주기로 비콘 신호를 스캔함으로써 태그(111), 즉 태그(111)가 부착된 자재가 실제로 이동되었는지를 신속하게 확인한다. 여기서, 제2 주기는 매우 짧은 시간으로 설정할 수 있다. 예컨대 제2 주기는 1분으로 설정하여 1분 단위로 비콘 신호를 스캔할 수 있다(S509).

만약, S509 단계에서 스캔한 비콘 신호로부터 추출한 비콘 식별번호(Beacon ID)가 S503 단계에서 확인되었던 비콘 식별번호가 아닌 것으로 확인되면(S511), 태그 제어부(410)는 새로 획득한 비콘 식별번호를 LoRa 채널을 통해 게이트웨이(130)로 전송하여 보고함으로써 태그(111)의 이동을 보고한다(S513).

S513의 보고가 완료되면, 다시 S503 단계로 돌아가 원래의 제1 주기로 비콘 신호를 스캔한다.

만약, S509와 S511 단계를 통해 스캔한 비콘 식별번호가 S503 단계에서 확인되었던 것과 동일하면, S503 단계로 돌아가 원래의 제1 주기로 비콘 신호를 스캔한다. 태그(111)가 실제로 이동하지 않은 것으로 판단하는 것이다.

이상의 방법으로 태그(111)가 동작하며, 이상의 동작을 통해 저전력으로 동작할 수 있다.

자재 위치관리서버의 태그 위치 계산

기본적으로 자재 위치관리서버(150)의 위치계산부(153)는 게이트웨이를 통해 수신한 태그 정보와 비콘 정보를 기초로 데이터베이스(151)에 등록된 정보를 참조하여 태그의 위치를 판단한다.

이하에서는, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 의한 자재 위치관리서버(150)의 태그 위치 확인방법을 설명한다. 도 7은 자재 위치관리서버(150)의 태그 위치(즉, 자재 위치) 확인의 여러 방법을 설명하기 위한 예시도면이다. 도 7에는 제1 게이트웨이(731), 제2 게이트웨이(733), 제3 게이트웨이(735)가 커버리지의 일부가 상호 중첩되도록 설치되어 있고, 제1 내지 제6 신호송출기(711a, 711b, 711c,711d, 711e)는 그 커버리지의 전부가 제3 게이트웨이(735)의 커버리지(#3 Zone)와 중첩되어 있다.

한편, 도 7에서 '화살표'는 신호 송출기와 태그 간의 BLE 채널 연결 또는 게이트웨이와 태그 간의 LoRa 채널 연결을 나타낸다.

<게이트웨이로부터 데이터 수집: S601>

자재 위치관리서버(150)의 위치계산부(153)는 제1 내지 제3 게이트웨이(731, 733, 735)로부터 LoRa 데이터를 수신하여, 비콘 정보, 태그 정보, 게이트웨이 정보를 추출한다. 위치계산부(153)는 위치 검출 대상이 되는 특정 태그가 수신한 비콘 식별번호의 개수(이하, m(비콘 ID)라고 함)와, 그 특정 태그가 송출하는 LoRa 데이터를 수신한 게이트웨이의 개수(이하, m(GW)라고 함)를 계산한다.

<m(비콘 ID)=0 and 1≤m(GW)≤2: S603, S605>

만약, S601 단계의 계산결과, 수신한 비콘 식별번호의 수가 '0'이고 해당 태그의 LoRa 데이터를 수신한 게이트웨이의 수가 1개 이상 2개 이하인 태그가 있으면, 해당 게이트웨이와 태그 사이의 거리를 계산하여, 태그의 위치로 인식한다.

게이트웨이와 태그 간 거리는 게이트웨이에서 태그 신호를 수신한 세기(RSSI) 또는 검출한 TOA(Time Of Arrival) 정보를 이용하여 구할 수 있다. 그러나 게이트웨이의 커버리지가 최대 11Km 정도로 크기 때문에, 게이트웨이와 태그 간 거리는 RSSI 또는 TOA 측정오차로 인해 통상적으로 수십~수백 미터의 오차가 있다. 따라서 자재의 실제 위치를 파악하기는 어렵지만, 자재의 이동 자체는 감시할 수 있다.

도 7에서, 제1 태그(701a)는 제1 게이트웨이(731)만 연결되고 어떠한 신호 송출기로부터 비콘 신호를 수신하지 못하고 있다. 따라서 제1 태그(701a)의 위치는 제1 태그(701a)와 제1 게이트웨이(731) 사이의 거리를 측정하여 구한다.

<m(비콘 ID)=0 and m(GW)≥3: S607, S609>

만약, S601 단계의 판단결과, 수신한 비콘 식별번호의 개수가 '0'이고 자신이 송출하는 LoRa 데이터를 수신한 게이트웨이의 개수가 3개 이상인 태그가 있으면, 해당 3개 이상 게이트웨이와 태그 사이의 거리를 각각 계산하여, 삼각 측량기법에 의해 해당 태그의 위치를 계산한다. 이 태그는 어떠한 신호송출기로부터도 비콘 신호를 수신하지 못하는 위치에 있는 것이다.

도 7에서, 제2 태그(701b)는 제1 내지 제3 게이트웨이(731, 733, 735) 각각의 커버리지(#1 Zone, #2 Zone, #3 Zone)에 모두 속해 있어서, 제1 내지 제3 게이트웨이(731, 733, 735) 모두가 제2 태그(701b)의 LoRa 데이터를 수신할 수 있지만, 어떠한 신호 송출기로부터도 비콘 신호를 수신하지 못하고 있다. 따라서 제1 태그(701a)의 위치는 제1 태그(701a)와 제1 내지 제3 게이트웨이(731, 733, 735) 사이의 3개 거리를 모두 측정한 다음, 삼각측량법으로 구한다.

<1≤m(비콘 ID)≤2 and m(GW)=1: S611, S613>

만약, S601 단계의 판단결과, 수신한 비콘 식별번호의 개수가 1개 이상 2개 이하이고 해당 태그의 LoRa 데이터를 수신한 게이트웨이의 개수가 하나뿐인 태그가 있으면, 해당 비콘 신호를 송출한 신호 송출기와 태그 사이의 거리를 계산하여, 태그의 위치를 계산한다.

도 7에서, 제3 태그(701c)는 제1 신호송출기(711a)가 송출하는 비콘 신호만을 수신하고 있으며, 해당 신호는 제3 게이트웨이(735)를 통해서만 자재 위치관리서버(150)로 전송된다. 따라서 제3 태그(701c)의 위치는 제3 태그(701c)와 제1 신호송출기(711a) 사이의 거리를 측정하여 구한다.

제3 태그(701c)와 제1 신호송출기(711a) 사이의 거리는 제3 태그(701c)가 추출한 비콘 신호 수신세기(RSSI)를 이용하여 계산할 수 있다. 제1 신호송출기(711a)의 커버리지가 30m ~ 50m로 작기 때문에, 계산된 거리는 수 미터 이하 오차의 정확성이 있다.

<1≤m(비콘 ID)≤2 and m(GW)≥2: S615, S617>

만약, S601 단계의 판단결과, 수신한 비콘 식별번호의 개수가 1개 이상 2개 이하이고 해당 태그의 LoRa 데이터를 수신한 게이트웨이의 개수가 2개 이상인 태그가 있으면, 해당 비콘 신호를 송출한 신호 송출기와 태그 사이의 거리뿐만 아니라, 해당 2개 이상 게이트웨이와 태그 사이의 거리를 각각 계산하여, 삼각 측량 기법에 의해 해당 태그의 위치를 계산한다.

도 7에서, 제4 태그(701d)는 제2 신호송출기(711b)와 제3 신호송출기(711c)가 송출하는 비콘 신호를 수신하면서, LoRa 채널로는 제1 게이트웨이(731) 및 제3 게이트웨이(735)와 연결된다. 따라서 제4 태그(701d)의 위치는 ① 제4 태그(701d)와 제2 신호송출기(711b) 사이의 거리와 ② 제4 태그(701d)와 제3 신호송출기(711c) 사이의 거리와 ③ 제4 태그(701d)와 제1 게이트웨이(731) 사이의 거리를 계산한 다음, 삼각 측량법을 사용하여 구한다. 제4 태그(701d)와 제3 게이트웨이(735) 사이의 거리는 계산하지 않아도 된다.

<m(비콘 ID)≥3: S619, S621>

만약, S601 단계의 판단결과, 수신한 비콘 식별번호의 개수가 3개 이상인 태그가 있으면, 해당 비콘 신호를 송출한 신호 송출기와 태그 사이의 거리를 각각 계산하여, 삼각 측량 기법에 의해 해당 태그의 위치를 계산한다. 이때에는 해당 태그와 관련된 게이트웨이의 수는 고려하지 않는다.

도 7에서, 제5 태그(701e)는 제1 신호송출기(711a)와, 제4 신호송출기(711d)와 제5 신호송출기(711e)가 송출하는 비콘 신호를 수신한다. 따라서 제5 태그(701e)의 위치는 ① 제5 태그(701e)와 제1 신호송출기(711a) 사이의 거리와 ② 제5 태그(701e)와 제4 신호송출기(711d) 사이의 거리와 ③ 제5 태그(701e)와 제5 신호송출기(711e) 사이의 거리를 계산한 다음, 삼각 측량법을 사용하여 구할 수 있다.

<태그 위치 통지: S623>

위치계산부(153)는 측정된 태그의 위치 및 거리 정보 등을 자재 관리 시스템에 등록하고, 사용자나 관리자에게 보고한다.

이상의 방법으로 본 발명의 자재 위치관리서버(150)의 태그 위치 측정이 수행된다. 기본적으로, 본 발명의 태그 위치(즉 자재의 위치)는 커버리지가 상대적으로 작은 신호송출기의 비콘 신호를 수집하는 것을 근거로 판단한다. 복수 개 신호송출기의 커버리지가 상호 일정부분 중복되도록 배치함으로써 태그는 동시에 복수 개의 비콘 식별번호를 획득할 수 있고, 자재 위치관리서버(150)는 3개 이상의 비콘 식별번호를 기초로 삼각도법에 의해 태그의 위치를 보다 정확하게 계산할 수 있다.

한편, 앞서 설명한 것처럼, 위치계산부(153)는 태그가 제공하는 태그 정보 또는 신호송출기가 제공하는 비콘 정보에 위치변경 플래그가 세트되어 있는 경우에는 관리자(또는 그의 단말기)에게 해당 사실을 통지하여 위치 변경 여부를 직접 확인하도록 할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims

저전력 장거리 통신망을 구성하는 복수 개의 게이트웨이와 연결되는 자재 위치관리서버의 태그 위치 검출방법에 있어서,
상기 자재 위치관리서버의 위치계산부가 복수 개의 게이트웨이 중 적어도 하나를 통해 태그로부터 데이터를 수신하는 단계 (위치가 고정되어 설치된 복수 개의 신호송출기가 각각 블루투스 저전력(BLE) 망을 형성하여 주기적으로 비콘 신호를 송출하고, 상기 태그는 그 위치에 따라 상기 복수 개의 신호송출기 중 적어도 하나로부터 상기 비콘 신호를 수신하며, 상기 데이터에는 상기 태그의 태그 식별번호와 상기 태그가 상기 비콘 신호로부터 추출한 비콘 식별번호가 포함됨);
상기 위치계산부가, 상기 데이터를 기초로, 상기 태그가 추출한 비콘 식별번호의 개수인 m(비콘 ID)와, 상기 데이터를 전달한 게이트웨이의 개수인 m(GW)를 계산하는 단계;
상기 계산의 결과가 1≤m(비콘 ID)≤2 이고 m(GW)≥2인인 경우, 상기 위치계산부가 상기 데이터에 포함된 비콘 식별번호로 식별되는 신호송출기와 상기 태그 사이의 거리를 각각 측정하고, 상기 데이터를 전달한 게이트웨이와 상기 태그 사이의 거리를 각각 측정하는 단계; 및
상기 위치계산부가 상기 측정한 거리들을 이용하여 삼각측량 방법으로 상기 태그의 위치를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태그 위치 검출방법.
제1항에 있어서,
상기 계산의 결과가 m(비콘 ID)≥3 인 경우, 상기 위치계산부가 상기 데이터에 포함된 비콘 식별번호로 식별되는 신호송출기와 상기 태그 사이의 거리를 각각 측정하고, 상기 측정한 거리를 이용하여 삼각측량 방법으로 상기 태그의 위치를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태그 위치 검출방법.
제1항에 있어서,
상기 계산의 결과가 1≤m(비콘 ID)≤2 이고 m(GW)=1 인 경우, 상기 위치계산부가 상기 데이터에 포함된 비콘 식별번호로 식별되는 신호송출기와 상기 태그 사이의 거리를 각각 측정하여 상기 태그의 위치를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태그 위치 검출방법.
제1항에 있어서,
상기 계산의 결과가 m(비콘 ID)=0 인 경우, 상기 위치계산부가 상기 데이터를 전달한 게이트웨이와 상기 태그 사이의 거리를 각각 측정하고, 상기 측정한 거리를 이용하여 상기 태그의 위치를 판단하되, 상기 측정한 거리가 3개 이상이면 삼각측량 방법을 이용하여 상기 태그의 위치를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태그 위치 검출방법.
제1항에 있어서,
상기 데이터를 수신하는 단계는,
(a) 상기 태그가 상기 비콘 신호를 제1 주기로 반복 스캔하면서 상기 비콘 식별번호를 추출하는 단계;
(b) 상기 (a)단계 중에 상기 태그의 센서부가 진동 또는 기울어짐을 감지한 경우에 상기 태그가 태그-위치변경정보를 상기 게이트웨이로 전송하고, 상기 제1 주기보다 짧은 제2 주기로 상기 비콘 신호를 반복 스캔하면서 상기 비콘 식별번호를 추출하는 단계;
(c) 상기 (b)단계에서 추출한 비콘 식별번호가 상기 (a)단계에서 추출한 비콘 식별번호와 다른 경우에 상기 (b)단계에서 추출한 비콘 식별번호를 상기 게이트웨이로 보고하고 상기 (a)단계로 돌아가는 단계; 및
(d) 상기 (b)단계에서 추출한 비콘 식별번호가 상기 (a)단계에서 추출한 비콘 식별번호와 같은 경우에 상기 (a)단계로 돌아가는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태그 위치 검출방법.
제5항에 있어서,
상기 신호송출기가 주기적으로 상기 비콘 식별번호를 포함하는 상기 비콘 신호를 송출하는 중에, 상기 신호송출기의 센서부가 진동 또는 기울어짐을 감지한 경우에 비콘-위치변경정보를 상기 비콘 신호에 포함시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태그 위치 검출방법.
제1항에 있어서,
상기 저전력 장거리 통신망은 LoRa 프토토콜인 것을 특징으로 하는 태그 위치 검출방법.
저전력 장거리 통신망을 구성하는 복수 개의 게이트웨이와 연결되는 자재 위치관리서버에 있어서,
상기 제1항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 각 단계를 수행하는 위치 계산부; 및
상기 복수 개의 신호송출기와 상기 복수 개의 게이트웨이의 설치 위치에 대한 정보를 등록받아 관리하는 데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 자재 위치관리서버.
저전력 장거리 통신망을 구성하는 복수 개의 게이트웨이;
비콘 신호를 송출하면서 BLE 망을 형성하는 복수 개의 신호송출기; 및
자신의 태그 식별번호를 포함하는 데이터를 상기 통신망을 통해 상기 게이트웨이로 전송하되, 상기 비콘 신호가 수신되는 경우에 비콘 식별번호를 추출하여 상기 데이터에 포함하는 태그; 및
상기 복수 개의 게이트웨이와 연결되어, 상기 데이터를 상기 복수 개의 게이트웨이 중 적어도 하나로부터 수신하는 자재 위치관리서버를 포함하고,
상기 자재 위치관리서버는, 상기 데이터를 기초로, 상기 태그가 추출한 비콘 식별번호의 개수인 m(비콘 ID)와, 상기 데이터를 전달한 게이트웨이의 개수인 m(GW)를 계산하는 위치계산부를 포함하고,
상기 위치계산부는 상기 계산의 결과가 1≤m(비콘 ID)≤2 이고 m(GW)≥2인 경우, 상기 위치계산부가 상기 데이터에 포함된 비콘 식별번호로 식별되는 신호송출기와 상기 태그 사이의 거리를 각각 측정하고, 상기 데이터를 전달한 게이트웨이와 상기 태그 사이의 거리를 각각 측정한 다음, 상기 측정한 거리들을 이용하여 삼각측량 방법으로 상기 태그의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 태그 위치검출 시스템.
제9항에 있어서,
상기 태그는,
상기 비콘 신호를 제1 주기로 반복 스캔하면서 상기 비콘 식별번호를 추출하는 BLE 인터페이스부;
진동 또는 기울어짐을 감지하는 센서부;
상기 추출한 비콘 식별번호를 상기 게이트웨이로 보고하는 상위 인터페이스부; 및
상기 센서부의 감지가 있는 경우에 태그-위치변경정보를 상기 게이트웨이로 전송하도록 제어하고 상기 제1 주기보다 짧은 제2 주기로 상기 비콘 신호를 반복 스캔하도록 상기 BLE 인터페이스부를 제어하는 태그 제어부를 포함하고,
상기 태그 제어부는 상기 센서부의 감지 전후에 추출한 비콘 식별번호가 서로 다른 경우에 상기 센서부의 감지 후에 추출한 비콘 식별번호를 상기 게이트웨이로 보고하는 것을 특징으로 하는 태그 위치검출 시스템.