KR101956438B1 - 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템 및 그 방법 - Google Patents

라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 실내의 기 설정된 특정 위치에 설치되며, 무선 신호를 발생하여 송신하는 복수의 무선 송신장치와, 각 무선 송신장치로부터 송신된 무선 신호를 수신 받아 이를 기반으로 가중치 무게중심 위치 측정(Weighted Centroid Localization, WCL) 기술 및 라디오 맵(Radio Map)을 이용한 핑거프린팅(Fingerprinting) 기술을 조합하여 자신의 현재 위치를 추정하는 무선 수신장치를 포함함으로써, 실내 측위 성능을 향상시키며, 이를 통해 라디오 맵의 구축 시 참조포인트의 수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 실내 측위 시스템 구축에 편리성과 유연성을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템 및 그 방법{INDOOR POSITIONING SYSTEM BASED ON FINGERPRINTING WITH THE EFFICIENT RADIO MAP ESTABLISHMENT AND METHOD THEREOF}
본 발명은 라디오 맵(Radio Map) 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅(Fingerprinting) 기반의 실내 측위 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
근래 스마트 폰, 태블릿 PC 등과 같이 휴대성이 향상된 다양한 모바일 기기가 증가되고 있으며, 사용자의 위치에 기반하여 서비스를 제공하는 다양한 사업 모델 및 소셜 네트워크와 같은 새로운 서비스 모델이 생겨나고 있는 실정이다.
이러한 상황에서 모바일 기기의 현재 위치를 측정하기 위해서 GPS(Global Positioning System)를 이용한 위치 추정 또는 특정 신호를 이용하여 삼각 측량(Triangulation)을 이용하는 위치 추정과 같이 다양한 방식의 위치 추정 기술이 연구되고 있다.
그러나, GPS 신호를 수신하여 위치를 추정하는 기술의 경우에 건물의 내부 또는 고층 건물 사이에 위치하는 경우에 위성 신호를 수신하기 어렵기 때문에 기기의 정확한 위치를 추정하기 어려운 문제점이 있다.
특히, 건물 내부와 같이 실내 상황에서의 위치 추정에 대한 중요성이 높아짐에 따라서, 실내 위치 추정을 위한 기술이 요구되고 있다. 예를 들어, 신호를 송신하는 송신기와 각 지점에서 수신되는 수신 신호의 세기에 대한 정보를 저장된 신호 맵 정보와 비교하여 위치를 추정하는 핑거프린팅(Fingerprinting) 기술이 연구되고 있다.
다만, 이러한 핑거프린팅 기술의 경우에 신호 맵을 구축하는 시점과 실제 단말 기기가 신호를 수신하여 위치를 추정하는 시점 사이에 주변 환경의 변화가 있는 경우에 신호의 경로가 변하게 되어서 정확한 위치 추정이 어려운 문제점이 있다.
또한, 단말 기기의 종류 및 방향성에 따라서 수신되는 신호의 세기가 변화될 가능성이 있으므로 위치 추정의 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있다. 즉, 핑거프린팅 방식의 위치 추정에 있어서, 신호 세기의 변동 요인에 따라서 위치 추정의 정확도가 낮아지는 문제점이 있다.
또한, 관성 측정장치(Inertial measurement unit, IMU)를 이용한 위치추정 방식의 경우에도 오차의 누적에 의하여 시간이 지남에 따라서 위치 추정의 정확도가 현저히 낮아지는 문제점이 있다.
국내 특허등록 제10-1390722호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 무선 신호의 세기(Received Signal Strength Indication, RSSI)를 거리로 환산하여 현재 위치를 추정하는 가중치 무게중심 위치 측정(Weighted Centroid Localization, WCL) 기술과 무선 신호세기 학습데이터를 비교하여 현재 위치를 추정하는 핑거프린팅(Fingerprinting) 기술을 상호 보완적으로 활용함으로써, 실내 측위 성능을 향상시키며, 이를 통해 라디오 맵(Radio Map)의 구축 시 참조포인트(Reference Point)의 수를 줄일 수 있도록 한 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 실내의 기 설정된 특정 위치에 설치되며, 무선 신호를 발생하여 송신하는 복수의 무선 송신장치; 및 각 무선 송신장치로부터 송신된 무선 신호를 수신 받아 이를 기반으로 가중치 무게중심 위치 측정(Weighted Centroid Localization, WCL) 기술 및 라디오 맵(Radio Map)을 이용한 핑거프린팅(Fingerprinting) 기술을 조합하여 자신의 현재 위치를 추정하는 무선 수신장치를 포함하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템을 제공하는 것이다.
여기서, 각 무선 송신장치는, 비콘 신호(Beacon Signal)를 발생하는 비콘 발생기로 이루어질 수 있으며, 상기 무선 수신장치는, 상기 발생된 비콘 신호를 수신하는 비콘 수신기로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 무선 수신장치는, 각 무선 송신장치로부터 송신된 무선 신호를 수신 받아 해당 무선 신호의 세기(Received Signal Strength Indication, RSSI)를 이용하여 각 무선 송신장치와 상기 무선 수신장치간의 거리를 각각 환산하고, 각각 환산된 거리정보에 가중치를 부여하여 상기 무선 수신장치의 현재 위치를 추정하는 제1 위치추정모듈; 미리 정해진 다수의 참조포인트마다 해당 위치에서 수신되는 각 무선 송신장치별 무선 신호의 세기(RSSI)를 수집하여 라디오 맵을 구축하고, 각 무선 송신장치로부터 수신된 무선 신호의 세기(RSSI)와 상기 구축된 라디오 맵의 무선 신호세기 학습데이터를 비교하여 상기 무선 수신장치의 현재 위치를 추정하는 제2 위치추정모듈; 및 상기 제1 및 제2 위치추정모듈로부터 각각 추정된 현재 위치정보를 이용하여 상기 무선 수신장치의 최종 위치를 결정하는 최종 위치결정모듈을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 무선 수신장치는, 상기 최종 위치결정모듈로부터 결정된 최종 위치를 해당 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 알려주기 위한 인터페이스모듈을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 무선 수신장치의 제1 위치추정모듈에서 사용되는 가중치는, 각 무선 송신장치로부터 송신된 무선 신호를 수신 받아 해당 무선 신호의 세기(RSSI)로부터 환산된 거리의 역수로 계산될 수 있다.
바람직하게, 상기 무선 수신장치의 제2 위치추정모듈에서 K-Nearest Neighbor(K-NN)를 사용하는 핑거프린팅 기술을 적용할 경우, 삼변측량(trilateration) 방법을 이용하여 해당 무선 수신장치의 현재 위치를 추정할 수 있다.
바람직하게, 상기 무선 수신장치의 제2 위치추정모듈은, 모든 참조포인트 위치에서 상기 구축된 라디오 맵의 무선 신호세기 학습데이터와 각 무선 송신장치로부터 수신된 무선 신호의 세기(RSSI)의 차이를 비교하여 최소 값을 갖는 참조포인트의 위치를 상기 무선 수신장치의 현재 위치로 추정할 수 있다.
바람직하게, 상기 무선 수신장치의 최종 위치결정모듈은, 상기 제1 위치추정모듈로부터 추정된 현재 위치정보와 상기 제2 위치추정모듈로부터 추정된 현재 위치정보 사이의 유클리드 거리(Euclidean distance)를 연산한 후, 상기 연산된 유클리드 거리의 역수로 계산된 가중치를 상기 제2 위치추정모듈로부터 추정된 현재 위치정보에 부여하여 상기 무선 수신장치의 최종 위치로 결정할 수 있다.
본 발명의 제2 측면은, (a) 실내의 기 설정된 특정 위치에 설치된 복수의 무선 송신장치를 통해 무선 신호를 발생하여 송신하는 단계; 및 (b) 무선 수신장치를 통해 상기 단계(a)에서 송신된 무선 신호를 수신 받아 이를 기반으로 가중치 무게중심 위치 측정(Weighted Centroid Localization, WCL) 기술 및 라디오 맵(Radio Map)을 이용한 핑거프린팅(Fingerprinting) 기술을 조합하여 자신의 현재 위치를 추정하는 단계를 포함하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 단계(a)에서, 각 무선 송신장치는 비콘 신호(Beacon Signal)를 발생하는 비콘 발생기로 이루어질 수 있으며, 상기 단계(b)에서, 상기 무선 수신장치는, 상기 단계(a)에서 발생된 비콘 신호를 수신하는 비콘 수신기로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 단계(b)는, (b-1) 상기 무선 수신장치에 구비된 제1 위치추정모듈을 통해 상기 단계(a)에서 송신된 무선 신호를 수신 받아 해당 무선 신호의 세기(Received Signal Strength Indication, RSSI)를 이용하여 각 무선 송신장치와 상기 무선 수신장치간의 거리를 각각 환산한 후, 각각 환산된 거리정보에 가중치를 부여하여 상기 무선 수신장치의 현재 위치를 추정하는 단계; (b-2) 상기 무선 수신장치에 구비된 제2 위치추정모듈을 통해 미리 정해진 다수의 참조포인트마다 해당 위치에서 수신되는 각 무선 송신장치별 무선 신호의 세기(RSSI)를 수집하여 라디오 맵을 구축한 후, 각 무선 송신장치로부터 수신된 무선 신호의 세기(RSSI)와 상기 구축된 라디오 맵의 무선 신호세기 학습데이터를 비교하여 상기 무선 수신장치의 현재 위치를 추정하는 단계; 및 (b-3) 상기 무선 수신장치에 구비된 최종 위치결정모듈을 통해 상기 단계(b-1) 및 단계(b-2)에서 각각 추정된 현재 위치정보를 이용하여 상기 무선 수신장치의 최종 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 단계(b-3) 이후에, 상기 무선 수신장치에 구비된 인터페이스모듈을 통해 상기 단계(b-3)에서 결정된 최종 위치를 해당 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 알려주는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 단계(b-1)에서 사용되는 가중치는, 상기 단계(a)에서 송신된 무선 신호를 수신 받아 해당 무선 신호의 세기(RSSI)로부터 환산된 거리의 역수로 계산할 수 있다.
바람직하게, 상기 단계(b-2)에서, K-Nearest Neighbor(K-NN)를 사용하는 핑거프린팅 기술을 적용할 경우, 삼변측량(trilateration) 방법을 이용하여 해당 무선 수신장치의 현재 위치를 추정할 수 있다.
바람직하게, 상기 단계(b-2)는, 상기 무선 수신장치에 구비된 제2 위치추정모듈을 통해 모든 참조포인트 위치에서 상기 구축된 라디오 맵의 무선 신호세기 학습데이터와 각 무선 송신장치로부터 수신된 무선 신호의 세기(RSSI)의 차이를 비교하여 최소 값을 갖는 참조포인트의 위치를 상기 무선 수신장치의 현재 위치로 추정할 수 있다.
바람직하게, 상기 단계(b-3)는, 상기 무선 수신장치에 구비된 최종 위치결정모듈을 통해 상기 단계(b-1)에서 추정된 현재 위치정보와 상기 단계(b-2)에서 추정된 현재 위치정보 사이의 유클리드 거리(Euclidean distance)를 연산한 후, 상기 연산된 유클리드 거리의 역수로 계산된 가중치를 상기 단계(b-2)에서 추정된 현재 위치정보에 부여하여 상기 무선 수신장치의 최종 위치로 결정할 수 있다.
본 발명의 제3 측면은, 상술한 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
본 발명에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법은 컴퓨터로 판독할 수 있는 기록매체에 컴퓨터로 판독할 수 있는 코드로 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피 디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성 메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템 및 그 방법에 따르면, 무선 신호의 세기(Received Signal Strength Indication, RSSI)를 거리로 환산하여 현재 위치를 추정하는 가중치 무게중심 위치 측정(Weighted Centroid Localization, WCL) 기술과 무선 신호세기 학습데이터를 비교하여 현재 위치를 추정하는 핑거프린팅(Fingerprinting) 기술을 상호 보완적으로 활용함으로써, 실내 측위 성능을 향상시키며, 이를 통해 라디오 맵(Radio Map)의 구축 시 참조포인트(Reference Point)의 수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 실내 측위 시스템 구축에 편리성과 유연성을 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 실내의 가구와 리모델링(Remodeling)에 의한 구조 변경 시 다시 구축해야되는 실내 측위 시스템의 라디오 맵(Radio Map) 구성을 신속하게 진행할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법 중 무선 수신장치의 현재 위치를 추정하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법 중 가중치 무게중심 위치 측정(WCL)에 의한 위치 측위를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법 중 핑거프린팅 기술에서 라디오 맵 구축을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법 중 가중치 무게중심 위치 측정(WCL)에 의한 위치 측위와 함께 핑거프린팅 기술에 의한 위치 측위를 조합하여 최종 위치를 결정하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법의 성능을 평가하기 위한 실험조건을 나타낸 표이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법의 성능을 평가하기 위한 실내 측위 환경을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 측정 위치 A, B, C에서 보이는 제안된 본 발명과 일반적인 핑거프린팅 기술의 측위 에러 성능을 비교하기 위한 그래프이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고, 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템은, 크게 복수의 무선 송신장치(100-1 내지 100-N), 및 무선 수신장치(200) 등을 포함하여 이루어진다. 한편, 도 1에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템은 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템의 구성요소들에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
각 무선 송신장치(100-1 내지 100-N)는 실내의 기 설정된 특정 위치에 설치되어 있으며, 무선 신호를 발생하여 송신하는 기능을 수행한다.
이러한 각 무선 송신장치는 예컨대, 비콘 신호(Beacon Signal) 즉, 비콘(Beacon) 메시지를 특정 RF(Radio Frequency) 신호로 송신하는 비콘 발생기(Beacon Generator)로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 예컨대, 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth), UWB(Ultra Wideband), RFID(Radio Frequency Identification) 또는 적외선 통신(Infrared Data Association, IrDA) 중 어느 하나의 근거리 무선 통신 방식을 이용한 장치, 액세스 포인트(Access Point, AP), 기지국 등으로 구현될 수도 있다.
무선 수신장치(200)는 각 무선 송신장치(100-1 내지 100-N)로부터 송신된 무선 신호를 수신 받아 이를 기반으로 가중치 무게중심 위치 측정(Weighted Centroid Localization, WCL) 기술 및 라디오 맵(Radio Map)을 이용한 핑거프린팅(Fingerprinting) 기술을 조합하여 자신의 현재 위치를 추정하는 기능을 수행한다.
이러한 무선 수신장치(200)는, 크게 제1 위치추정모듈(210), 제2 위치추정모듈(220), 최종 위치결정모듈(230), 및 전원공급모듈(240) 등을 포함하여 이루어진다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 적용된 무선 수신장치(200)는 인터페이스모듈(250)을 더 포함할 수 있다. 한편, 도 1에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 본 발명의 일 실시예에 적용된 무선 수신장치(200)는 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 적용된 무선 수신장치(200)의 구성요소들에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
제1 위치추정모듈(210)은 각 무선 송신장치(100-1 내지 100-N)로부터 송신된 무선 신호를 수신 받아 해당 무선 신호의 세기(Received Signal Strength Indication, RSSI)를 이용하여 각 무선 송신장치(100-1 내지 100-N)와 무선 수신장치(200)간의 거리를 각각 환산하고, 각각 환산된 거리정보에 가중치(weight)를 부여하여 무선 수신장치(200)의 현재 위치를 추정하는 기능을 수행한다.
이때, 무선 수신장치(200)의 제1 위치추정모듈(210)에서 사용되는 가중치는, 각 무선 송신장치(100-1 내지 100-N)로부터 송신된 무선 신호를 수신 받아 해당 무선 신호의 세기(RSSI)로부터 환산된 거리의 역수로 계산됨이 바람직하다.
제2 위치추정모듈(220)은 미리 정해진 다수의 참조포인트(Reference Point)마다 해당 위치에서 수신되는 각 무선 송신장치별 무선 신호의 세기(RSSI)를 수집하여 라디오 맵을 구축하는 기능을 수행한다.
또한, 제2 위치추정모듈(220)은 각 무선 송신장치(100-1 내지 100-N)로부터 수신된 무선 신호의 세기(RSSI)와 상기 구축된 라디오 맵의 무선 신호세기 학습데이터를 비교하여 무선 수신장치(200)의 현재 위치를 추정하는 기능을 수행한다.
즉, 무선 수신장치(200)의 제2 위치추정모듈(220)은, 모든 참조포인트 위치에서 상기 구축된 라디오 맵의 무선 신호세기 학습데이터와 각 무선 송신장치(100-1 내지 100-N)로부터 수신된 무선 신호의 세기(RSSI)의 차이를 비교하여 최소 값을 갖는 참조포인트의 위치를 무선 수신장치(200)의 현재 위치로 추정할 수 있다.
한편, 무선 수신장치(200)의 제2 위치추정모듈(220)은 유사도가 높은 기준 지점을 선택함에 있어서 예컨대, K-Nearest Neighbor(K-NN)를 사용하는 핑거프린팅 기술을 적용할 경우, 삼변측량(trilateration) 방법을 이용하여 해당 무선 수신장치(200)의 현재 위치를 추정함이 바람직하다.
이때, 상기 K-Nearest Neighbor(K-NN) 알고리즘은 라디오 맵의 각 기준 지점에 저장된 무선 신호세기 학습데이터 즉, 기준 무선 신호세기와 무선 수신장치(200)가 수신한 각 기준 무선 신호의 세기(RSSI)를 비교하여 기하학적 거리 값을 도출하는 알고리즘을 의미한다. 즉, 무선 수신장치(200)의 제2 위치추정모듈(220)은 K-Nearest Neighbor(K-NN) 알고리즘에 의해서 도출되는 기하학적 거리 값이 작을수록 유사도가 높은 것으로 판단할 수 있다.
최종 위치결정모듈(230)은 제1 위치추정모듈(210) 및 제2 위치추정모듈(220)로부터 각각 추정된 현재 위치정보를 이용하여 무선 수신장치(200)의 최종 위치를 결정하는 기능을 수행한다.
즉, 무선 수신장치(200)의 최종 위치결정모듈(230)은 제1 위치추정모듈(210)로부터 추정된 현재 위치정보와 제2 위치추정모듈(220)로부터 추정된 현재 위치정보 사이의 유클리드 거리(Euclidean distance)를 연산한 후, 상기 연산된 유클리드 거리의 역수로 계산된 가중치를 제2 위치추정모듈(220)로부터 추정된 현재 위치정보에 부여하여 무선 수신장치(200)의 최종 위치로 결정할 수 있다.
전원공급모듈(240)은 각 모듈들 즉, 제1 위치추정모듈(210), 제2 위치추정모듈(220), 최종 위치결정모듈(230), 및 인터페이스모듈(250) 등에 필요한 전원을 공급하는 기능을 수행하는 바, 휴대용 배터리로(Battery) 구현됨이 바람직하다.
인터페이스모듈(250)은 최종 위치결정모듈(230)로부터 결정된 최종 위치를 해당 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 알려주는 기능을 수행한다.
상기와 같이 구성된 무선 수신장치(200)는, 상기 비콘 발생기로부터 발생된 비콘 신호를 수신하는 비콘 수신기(Beacon Receiver)로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 무선 인터넷 또는 휴대 인터넷을 통하여 통신하는 스마트폰(Smart Phone), 스마트 패드(Smart Pad), 스마트 노트(Smart Note) 또는 스마트 기어(Smart Gear) 중 적어도 어느 하나의 이동 단말 장치로 이루어질 수도 있으며, 이외에도 팜(Palm) PC, 모바일 게임기(Mobile play-station), 통신 기능이 있는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰, 태블릿 PC, 아이패드(iPad) 등 무선 신호를 송수신하기 위한 사용자 인터페이스를 갖는 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있다.
한편, 무선 수신장치(200)가 스마트폰으로 이루어질 경우, 상기 스마트폰은 일반 핸드폰(일명 피처폰(feature phone))과는 달리 사용자가 원하는 다양한 어플리케이션(Application) 프로그램을 다운로드받아 자유롭게 사용하고 삭제가 가능한 오픈 운영체제를 기반으로 한 폰(Phone)으로서, 일반적으로 사용되는 음성/영상통화, 인터넷 데이터통신 등의 기능뿐만 아니라, 모바일 오피스 기능을 갖춘 모든 모바일 폰 또는 음성통화 기능이 없으나 인터넷 접속 가능한 모든 인터넷폰 또는 테블릿 PC(Tablet PC)를 포함하는 통신기기로 이해함이 바람직하다.
이러한 스마트폰은 다양한 개방형 운영체제를 탑재한 스마트폰으로 구현될 수 있으며, 상기 개방형 운영체제로는 예컨대, 노키아(NOKIA)사의 심비안, 림스(RIMS)사의 블랙베리, 애플(Apple)사의 아이폰, 마이크로소프트사(MS)의 윈도즈 모바일, 구글(Google)사의 안드로이드, 삼성전자의 바다 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 스마트폰은 개방형 운영체제를 사용하므로 폐쇄적인 운영체제를 가진 휴대폰과 달리 사용자가 임의로 다양한 어플리케이션 프로그램을 설치하고 관리할 수 있다.
즉, 전술한 상기 스마트폰은 기본적으로 제어부, 메모리부, 화면출력부, 키입력부, 사운드 출력부, 사운드 입력부, 카메라부, 무선망 통신모듈, 근거리 무선 통신모듈, 및 전원 공급을 위한 배터리 등을 구비한다.
상기 제어부는 스마트폰의 동작을 제어하는 기능 구성의 총칭으로서, 적어도 하나의 프로세서와 실행 메모리를 포함하며, 스마트폰에 구비된 각 기능 구성부와 버스(BUS)를 통해 연결된다.
이러한 상기 제어부는 상기 프로세서를 통해 스마트폰에 구비되는 적어도 하나의 프로그램 코드를 상기 실행 메모리에 로딩하여 연산하고, 그 결과를 상기 버스를 통해 적어도 하나의 기능 구성부로 전달하여 스마트폰의 동작을 제어한다.
상기 메모리부는 스마트폰에 구비되는 비휘발성 메모리의 총칭으로서, 상기 제어부를 통해 실행되는 적어도 하나의 프로그램 코드와, 상기 프로그램 코드가 이용하는 적어도 하나의 데이터 셋트를 저장하여 유지한다. 상기 메모리부는 기본적으로 스마트폰의 운영체제에 대응하는 시스템 프로그램 코드와 시스템 데이터 셋트, 스마트폰의 무선 통신 연결을 처리하는 통신 프로그램 코드와 통신 데이터 셋트 및 적어도 하나의 응용프로그램 코드와 응용 데이터 셋트를 저장하며, 본 발명을 구현하기 위한 프로그램 코드와 데이터 셋트 역시 상기 메모리부에 저장된다.
상기 화면 출력부는 화면출력 장치(예컨대, LCD(Liquid Crystal Display) 장치)와 이를 구동하는 출력 모듈로 구성되며, 상기 제어부와 버스로 연결되어 상기 제어부의 각종 연산 결과 중 화면 출력에 대응하는 연산 결과를 상기 화면출력 장치로 출력한다.
상기 키입력부는 적어도 하나의 키 버튼을 구비한 키 입력장치(또는 상기 화면 출력부와 연동하는 터치스크린 장치)와 이를 구동하는 입력 모듈로 구성되며, 상기 제어부와 버스로 연결되어 상기 제어부의 각종 연산을 명령하는 명령을 입력하거나, 또는 상기 제어부의 연산에 필요한 데이터를 입력한다.
상기 사운드 출력부는 사운드 신호를 출력하는 스피커와 상기 스피커를 구동하는 사운드 모듈로 구성되며, 상기 제어부와 버스로 연결되어 상기 제어부의 각종 연산 결과 중 사운드 출력에 대응하는 연산 결과를 상기 스피커를 통해 출력한다. 상기 사운드 모듈은 기 스피커를 통해 출력할 사운드 데이터를 디코딩(Decoding)하여 사운드 신호로 변환한다.
상기 사운드 입력부는 사운드 신호를 입력받는 마이크로폰과 상기 마이크로폰을 구동하는 사운드 모듈로 구성되며, 상기 마이크로폰을 통해 입력되는 사운드 데이터를 상기 제어부로 전달한다. 상기 사운드 모듈은 상기 마이크로폰을 통해 입력되는 사운드 신호를 엔코딩(Encoding)하여 부호화한다.
상기 카메라부는 광학부와 CCD(Charge Coupled Device)와 이를 구동하는 카메라 모듈로 구성되며, 상기 광학부를 통해 상기 CCD에 입력된 비트맵 데이터를 획득한다. 상기 비트맵 데이터는 정지 영상의 이미지 데이터와 동영상 데이터를 모두 포함할 수 있다.
상기 무선망 통신모듈은 무선 통신을 연결하는 통신 구성의 총칭으로서, 특정 주파수 대역의 무선 주파수 신호를 송수신하는 안테나, RF모듈, 기저대역모듈, 신호처리모듈을 적어도 하나 포함하여 구성되며, 상기 제어부와 버스로 연결되어 상기 제어부의 각종 연산 결과 중 무선 통신에 대응하는 연산 결과를 무선 통신을 통해 전송하거나, 또는 무선 통신을 통해 데이터를 수신하여 상기 제어부로 전달함과 동시에, 상기 무선 통신의 접속, 등록, 통신, 핸드오프의 절차를 유지한다.
또한, 상기 무선망 통신모듈은 CDMA/WCDMA 규격에 따라 이동 통신망에 접속, 위치등록, 호처리, 통화연결, 데이터통신, 핸드오프를 적어도 하나 수행하는 이동 통신 구성을 포함한다. 한편, 당업자의 의도에 따라 상기 무선망 통신모듈은 IEEE 802.16 규격에 따라 휴대인터넷에 접속, 위치등록, 데이터통신, 핸드오프를 적어도 하나 수행하는 휴대 인터넷 통신 구성을 더 포함할 수 있으며, 상기 무선망 통신모듈이 제공하는 무선 통신 구성에 의해 본 발명이 한정되지 아니함을 명백히 밝혀두는 바이다.
상기 근거리 무선 통신모듈은 일정 거리 이내에서 무선 주파수 신호를 통신매체로 이용하여 통신세션을 연결하는 근거리 무선 통신모듈로 구성되며, 바람직하게는 ISO 180000 시리즈 규격의 RFID 통신, 블루투스 통신, 와이파이 통신, 공중 무선 통신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 근거리 무선 통신모듈은 상기 무선망 통신모듈과 통합될 수 있다.
다른 한편, 상기 유선 또는 무선 네트워크는 이더넷(Ethernet) 또는 이동 통신망 등으로 이루어짐이 바람직하며, 대용량, 장거리 음성 및 데이터 서비스가 가능한 대형 통신망의 고속 기간 망인 통신망일 수 있으며, 인터넷(Internet) 또는 고속의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 와이파이(Wi-Fi), 와이기그(WiGig), 와이브로(Wireless Broadband Internet, Wibro), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access, Wimax) 등을 포함하는 차세대 무선망일 수 있다.
상기 인터넷은 TCP/IP 프로토콜 및 그 상위계층에 존재하는 여러 서비스, 즉 HTTP(Hyper Text Transfer Protocol), Telnet, FTP(File Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), SNMP(Simple Network Management Protocol), NFS(Network File Service), NIS(Network Information Service) 등을 제공하는 전 세계적인 개방형 컴퓨터 네트워크 구조를 의미한다. 한편, 상기 인터넷은 유선 또는 무선 인터넷일 수도 있고, 이외에도 유선 공중망, 무선 이동 통신망, 또는 휴대 인터넷 등과 통합된 코어망 일 수도 있다.
만약, 상기 유선 또는 무선 네트워크가 이동 통신망일 경우 동기식 이동 통신망일 수도 있고, 비동기식 이동 통신망일 수도 있다. 비동기식 이동 통신망의 실시 예로서, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 방식의 통신망을 들 수 있다. 이 경우 도면에 도시되진 않았지만, 상기 이동 통신망은 RNC(Radio Network Controller)을 포함할 수 있다. 한편, WCDMA망을 일 예로 들었지만, 3G LTE망, 4G망, 5G망 등 차세대 통신망, 그 밖의 IP를 기반으로 한 IP 망일 수 있다.
이하에는 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법 중 무선 수신장치의 현재 위치를 추정하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법 중 가중치 무게중심 위치 측정(WCL)에 의한 위치 측위를 설명하기 위한 개념도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법 중 핑거프린팅 기술에서 라디오 맵 구축을 설명하기 위한 개념도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법 중 가중치 무게중심 위치 측정(WCL)에 의한 위치 측위와 함께 핑거프린팅 기술에 의한 위치 측위를 조합하여 최종 위치를 결정하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법은, 먼저, 실내의 기 설정된 특정 위치에 설치된 복수의 무선 송신장치(100-1 내지 100-N)를 통해 무선 신호를 발생하여 송신한다(S100).
이때, 상기 단계S100에서, 각 무선 송신장치(100-1 내지 100-N)는 비콘(Beacon Signal) 신호를 발생하는 비콘 발생기(Beacon Generator)로 이루어짐이 바람직하다.
이후에, 무선 수신장치(200)를 통해 상기 단계S100에서 송신된 무선 신호를 수신 받아 이를 기반으로 가중치 무게중심 위치 측정(Weighted Centroid Localization, WCL) 기술 및 라디오 맵(Radio Map)을 이용한 핑거프린팅(Fingerprinting) 기술을 조합하여 자신의 현재 위치를 추정한다(S200).
이때, 상기 단계S200에서, 무선 수신장치(200)는 상기 단계S100에서 상기 비콘 발생기로부터 발생된 비콘 신호를 수신하는 비콘 수신기(Beacon Receiver)로 이루어짐이 바람직하다.
한편, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 단계S200은 다음과 같은 구체적인 과정을 거쳐 최종적으로 무선 수신장치(200)의 현재 위치를 추정할 수 있다.
즉, 무선 수신장치(200)에 구비된 제1 위치추정모듈(210)을 통해 상기 단계S100에서 송신된 무선 신호를 수신 받아 해당 무선 신호의 세기(Received Signal Strength Indication, RSSI)를 이용하여 각 무선 송신장치(100-1 내지 100-N)와 무선 수신장치(200)간의 거리를 각각 환산한 후, 각각 환산된 거리정보에 가중치(weight)를 부여하여 무선 수신장치(200)의 현재 위치를 추정한다(S210)(도 4 참조).
이때, 무선 수신장치(200)의 현재 위치 즉, 현재 좌표(xw, yw)는 하기의 식 1에 의해 추정할 수 있다.
(식 1)
Figure 112017004234454-pat00001
여기서, (xi, yi)는 i번째 무선 송신장치(100-1 내지 100-3)(예컨대, 비콘 발생기)의 위치이고, wi는 i번째 무선 송신장치(100-1 내지 100-3)의 위치에 할당할 가중치의 값이다.
한편, 현재 좌표(xw, yw)를 예측할 때 가중치 무게중심 위치 측정(WCL)의 가중치(wi)는 대표적으로 하기의 식 2를 통해 상기 단계S100에서 송신된 무선 신호의 세기(RSSI)로부터 환산된 거리(di g')의 역수로 계산할 수 있다.
(식 2)
Figure 112017004234454-pat00002
만약, 1m 거리에서 무신 신호의 세기(RSSI)를 A라고 할 때, A를 이용한 거리(di g') 환산을 위해서 하기의 식 3의 경로손실방정식을 많이 사용하며, 본 발명의 일 실시예에서도 이에 따르고 있다.
(식 3)
Figure 112017004234454-pat00003
여기서, n은 경로손실 지수(exponent) 값을 의미한다.
이후에, 무선 수신장치(200)에 구비된 제2 위치추정모듈(220)을 통해 미리 정해진 다수의 참조포인트(Reference Point)마다 해당 위치에서 수신되는 각 무선 송신장치별 무선 신호의 세기(RSSI)를 수집하여 라디오 맵을 구축한 후(offline phase)(도 5 참조), 각 무선 송신장치(100-1 내지 100-N)로부터 수신된 무선 신호의 세기(RSSI)와 상기 구축된 라디오 맵의 무선 신호세기 학습데이터를 비교하여 무선 수신장치(200)의 현재 위치를 추정한다(online phase)(S220).
이때, 각 무선 송신장치별 무선 신호의 세기(RSSI)의 변동폭을 줄일 수 있도록 일반적으로 사용되는 이동 평균 필터(Moving Average Filter) 및 칼만 필터(Kalman Filter)가 적용될 수 있다.
즉, 상기 단계S220은, 무선 수신장치(200)에 구비된 제2 위치추정모듈(220)을 통해 모든 참조포인트 위치에서 상기 구축된 라디오 맵의 무선 신호세기 학습데이터와 각 무선 송신장치(100-1 내지 100-N)로부터 수신된 무선 신호의 세기(RSSI)의 차이를 비교하여 최소 값을 갖는 참조포인트의 위치를 무선 수신장치(200)의 현재 위치로 추정할 수 있다.
예컨대, 상기 단계S220에서, K-Nearest Neighbor(K-NN)를 사용하는 핑거프린팅 기술을 적용할 경우, 삼변측량(trilateration) 방법을 이용하여 해당 무선 수신장치(200)의 현재 위치 예컨대, 현재 좌표(xfl, yfl)(l=1,2,…, k)를 추정할 수 있다. 간단한 예로서, k=3일 때, 3개의 후보 좌표 (xf1, yf1), (xf2, yf2), (xf3, yf3)를 선택한다.
그런 다음, 모든 참조위치에서 상기 구축된 라디오 맵의 무선 신호세기 학습데이터(RSSIoffline)와 각 무선 송신장치(100-1 내지 100-N)로부터 수신된 무선 신호의 세기(RSSIonline)의 차이를 비교(Dj)하여(식 4 참조), 최소의 Dj를 갖는 참조포인트의 위치(xfl, yfl)를 찾는다.
(식 4)
Figure 112017004234454-pat00004
다음으로, 무선 수신장치(200)에 구비된 최종 위치결정모듈(230)을 통해 상기 단계S210 및 단계S220에서 각각 추정된 현재 위치정보를 이용하여 무선 수신장치(200)의 최종 위치를 결정한다(S230)(도 6 참조).
즉, 상기 단계S230은, 무선 수신장치(200)에 구비된 최종 위치결정모듈(230)을 통해 상기 단계S210에서 추정된 현재 위치정보(예컨대, (xw, yw))와 상기 단계S220에서 추정된 현재 위치정보(예컨대, (xf1, yf1), (xf2, yf2), (xf3, yf3)) 사이의 유클리드 거리(Euclidean distance)(dl(l=1,2,…,k))를 연산한다(식 5 참조).
(식 5)
Figure 112017004234454-pat00005
이후에, 상기 연산된 유클리드 거리(dl(l=1,2,…,k))의 역수로 계산된 가중치(wl)를 상기 단계S220에서 추정된 현재 위치정보(예컨대, (xfl, yfl))에 부여하여 즉, 가중치 무게중심 위치 측정(WCL) 기술을 다시 한번 더 이용하여 무선 수신장치(200)의 최종 위치(예컨대, p(x, y))로 결정한다(식 6 참조).
(식 6)
Figure 112017004234454-pat00006
예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 3개의 주의 핑거프린팅(Fingerprinting) 기술에 의한 후보 좌표 (xf1, yf1), (xf2, yf2), (xf3, yf3)와 가중치 무게중심 위치 측정(WCL) 기술에 의한 좌표 (xw, yw)의 차이를 이용한 최종 좌표 p(x, y)를 추정한다.
결국, 본 발명은 가중치 무게중심 위치 측정(WCL) 기술과 핑거프린팅(Fingerprinting) 기술을 함께 조합하여 측위 정확도를 개선할 수 있으며, 이를 통해 핑거프린팅 방식의 online phase에서 사용하는 참조포인트를 줄일 수 있는 효과가 있다.
추가적으로, 상기 단계S230 이후에, 무선 수신장치(200)에 구비된 인터페이스모듈(250)을 통해 상기 단계S230에서 결정된 최종 위치를 해당 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 알려주는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법의 성능을 평가하기 위한 실험조건을 나타낸 표이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법의 성능을 평가하기 위한 실내 측위 환경을 나타낸 도면이며, 도 9는 도 8의 측정 위치 A, B, C에서 보이는 제안된 본 발명과 일반적인 핑거프린팅 기술의 측위 에러 성능을 비교하기 위한 그래프이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 도 8의 파란색 원은 무선 송신장치 즉, 비콘 발생기를 나타낸 것이며, 노란색 삼각형(A, B, C)은 무선 무신장치 즉, 비콘 수신기의 위치를 나타낸 것이다.
그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 36개의 참조 포인트를 이용한 제안된 본 발명(PF)의 경우, 12개, 19개, 26개의 참조 포인트를 사용하는 경우보다 평균 측위 에러가 작다.
즉, 참조 포인트의 수가 늘어날수록 측위 정밀도가 높아짐을 알 수 있으며, 이러한 참조 포인트 수에 대한 측위 정밀도 관계는 제안된 본 발명(PF)과 일반적인 핑거프린팅 기술(TF)의 경우 모두 동일한 현상이다. 반면에, 참조 포인트 수가 늘어나게 되면, 참조 포인트 위치마다 online phase 과정에서 핑거프린팅에 의한 RSSI 학습과정을 진행해야하는 부담이 추가된다.
또한, 36개의 참조 포인트를 이용한 제안된 본 발명(PF)의 경우, 36개의 참조 포인트를 사용하는 일반적인 핑거프린팅 기술(TF)보다 평균 측위 에러가 작다. 즉, 핑거프린팅 과정에서 동일한 조건의 참조 포인트를 사용하는 경우 제안된 본 발명(PF)이 일반적인 핑거프린팅 기술(TF)보다 더 높은 측위 정밀도를 제공한다.
더욱이, 측위 장소가 비콘들이 이루는 사각형 공간 중앙지점에서는 62개의 참조 포인트를 사용하는 일반적인 핑거프링팅 기술(TF)보다도 36개의 참조 포인트를 사용하는 제안된 본 발명(PF)에서 더 나은 측위 정밀도를 보인다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성 메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 있다.
또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템 및 그 방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100-1 내지 100-N : 무선 송신장치,
200 : 무선 수신장치,
210 : 제1 위치추정모듈,
220 : 제2 위치추정모듈,
230 : 최종 위치결정모듈,
240 : 전원공급모듈,
250 : 인터페이스모듈

Claims (17)

  1. 실내의 기 설정된 특정 위치에 설치되며, 무선 신호를 발생하여 송신하는 복수의 무선 송신장치; 및
    각 무선 송신장치로부터 송신된 무선 신호를 수신 받아 이를 기반으로 자신의 현재 위치를 추정하는 무선 수신장치를 포함하되,
    상기 무선 수신장치는, 각 무선 송신장치로부터 송신된 무선 신호를 수신 받아 해당 무선 신호의 세기(Received Signal Strength Indication, RSSI)를 이용하여 각 무선 송신장치와 상기 무선 수신장치간의 거리를 각각 환산하고, 각각 환산된 거리정보에 가중치를 부여하여 상기 무선 수신장치의 현재 위치를 추정하는 제1 위치추정모듈과, 미리 정해진 다수의 참조포인트마다 해당 위치에서 수신되는 각 무선 송신장치별 무선 신호의 세기(RSSI)를 수집하여 라디오 맵을 구축하고, 각 무선 송신장치로부터 수신된 무선 신호의 세기(RSSI)와 상기 구축된 라디오 맵의 무선 신호세기 학습데이터를 비교하여 상기 무선 수신장치의 현재 위치를 추정하는 제2 위치추정모듈과, 상기 제1 및 제2 위치추정모듈로부터 각각 추정된 현재 위치정보를 이용하여 상기 무선 수신장치의 최종 위치를 결정하는 최종 위치결정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    각 무선 송신장치는, 비콘 신호(Beacon Signal)를 발생하는 비콘 발생기로 이루어지며,
    상기 무선 수신장치는, 상기 발생된 비콘 신호를 수신하는 비콘 수신기로 이루어진 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 무선 수신장치는, 상기 최종 위치결정모듈로부터 결정된 최종 위치를 해당 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 알려주기 위한 인터페이스모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 무선 수신장치의 제1 위치추정모듈에서 사용되는 가중치는, 각 무선 송신장치로부터 송신된 무선 신호를 수신 받아 해당 무선 신호의 세기(RSSI)로부터 환산된 거리의 역수로 계산되는 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 무선 수신장치의 제2 위치추정모듈에서 K-Nearest Neighbor(K-NN)를 사용하는 핑거프린팅 기술을 적용할 경우, 삼변측량(trilateration) 방법을 이용하여 해당 무선 수신장치의 현재 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 무선 수신장치의 제2 위치추정모듈은, 모든 참조포인트 위치에서 상기 구축된 라디오 맵의 무선 신호세기 학습데이터와 각 무선 송신장치로부터 수신된 무선 신호의 세기(RSSI)의 차이를 비교하여 최소 값을 갖는 참조포인트의 위치를 상기 무선 수신장치의 현재 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 무선 수신장치의 최종 위치결정모듈은, 상기 제1 위치추정모듈로부터 추정된 현재 위치정보와 상기 제2 위치추정모듈로부터 추정된 현재 위치정보 사이의 유클리드 거리(Euclidean distance)를 연산한 후, 상기 연산된 유클리드 거리의 역수로 계산된 가중치를 상기 제2 위치추정모듈로부터 추정된 현재 위치정보에 부여하여 상기 무선 수신장치의 최종 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 시스템.
  9. (a) 실내의 기 설정된 특정 위치에 설치된 복수의 무선 송신장치를 통해 무선 신호를 발생하여 송신하는 단계; 및
    (b) 무선 수신장치를 통해 상기 단계(a)에서 송신된 무선 신호를 수신 받아 이를 기반으로 자신의 현재 위치를 추정하는 단계를 포함하되,
    상기 단계(b)는, (b-1) 상기 무선 수신장치에 구비된 제1 위치추정모듈을 통해 상기 단계(a)에서 송신된 무선 신호를 수신 받아 해당 무선 신호의 세기(Received Signal Strength Indication, RSSI)를 이용하여 각 무선 송신장치와 상기 무선 수신장치간의 거리를 각각 환산한 후, 각각 환산된 거리정보에 가중치를 부여하여 상기 무선 수신장치의 현재 위치를 추정하는 단계와, (b-2) 상기 무선 수신장치에 구비된 제2 위치추정모듈을 통해 미리 정해진 다수의 참조포인트마다 해당 위치에서 수신되는 각 무선 송신장치별 무선 신호의 세기(RSSI)를 수집하여 라디오 맵을 구축한 후, 각 무선 송신장치로부터 수신된 무선 신호의 세기(RSSI)와 상기 구축된 라디오 맵의 무선 신호세기 학습데이터를 비교하여 상기 무선 수신장치의 현재 위치를 추정하는 단계와, (b-3) 상기 무선 수신장치에 구비된 최종 위치결정모듈을 통해 상기 단계(b-1) 및 단계(b-2)에서 각각 추정된 현재 위치정보를 이용하여 상기 무선 수신장치의 최종 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 단계(a)에서, 각 무선 송신장치는 비콘 신호(Beacon Signal)를 발생하는 비콘 발생기로 이루어지며,
    상기 단계(b)에서, 상기 무선 수신장치는, 상기 단계(a)에서 발생된 비콘 신호를 수신하는 비콘 수신기로 이루어진 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법.
  11. 삭제
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 단계(b-3) 이후에, 상기 무선 수신장치에 구비된 인터페이스모듈을 통해 상기 단계(b-3)에서 결정된 최종 위치를 해당 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 알려주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 단계(b-1)에서 사용되는 가중치는, 상기 단계(a)에서 송신된 무선 신호를 수신 받아 해당 무선 신호의 세기(RSSI)로부터 환산된 거리의 역수로 계산하는 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 단계(b-2)에서, K-Nearest Neighbor(K-NN)를 사용하는 핑거프린팅 기술을 적용할 경우, 삼변측량(trilateration) 방법을 이용하여 해당 무선 수신장치의 현재 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법.
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 단계(b-2)는, 상기 무선 수신장치에 구비된 제2 위치추정모듈을 통해 모든 참조포인트 위치에서 상기 구축된 라디오 맵의 무선 신호세기 학습데이터와 각 무선 송신장치로부터 수신된 무선 신호의 세기(RSSI)의 차이를 비교하여 최소 값을 갖는 참조포인트의 위치를 상기 무선 수신장치의 현재 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법.
  16. 제9 항에 있어서,
    상기 단계(b-3)는, 상기 무선 수신장치에 구비된 최종 위치결정모듈을 통해 상기 단계(b-1)에서 추정된 현재 위치정보와 상기 단계(b-2)에서 추정된 현재 위치정보 사이의 유클리드 거리(Euclidean distance)를 연산한 후, 상기 연산된 유클리드 거리의 역수로 계산된 가중치를 상기 단계(b-2)에서 추정된 현재 위치정보에 부여하여 상기 무선 수신장치의 최종 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 라디오 맵 구축 효율성을 갖는 핑거프린팅 기반의 실내 측위 방법.
  17. 제9 항, 제10항, 제12항 내지 제16 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터로 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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