KR102139970B1 - 오차의 가중치 합의 최적화를 활용한 실내 무선 측위 방법 및 장치 - Google Patents

오차의 가중치 합의 최적화를 활용한 실내 무선 측위 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

오차의 최적화(optimization)를 이용하는 무선 측위 방법으로서, 사용자 단말에 의해 수신된 복수의 비콘으로부터의 복수의 신호에 기초하여, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 사용자 단말의 측정 거리를 획득하는 단계; 상기 복수의 신호에 기초하여, 상기 사용자 단말에 대한 P개(P는 2 이상의 정수)의 제1세대 후보 위치를 결정하는 단계; 상기 제1세대 후보 위치에 대해 유전 알고리즘을 적용하여 상기 사용자 단말에 대한 P/2개의 제1세대 자식 후보 위치를 결정하는 단계; 및 상기 제1세대 후보 위치 및 상기 제1세대 자식 후보 위치 중, 상기 측정 거리에 대한 오차가 최소가 되는 후보 위치를 상기 사용자 단말의 위치로 결정하는 단계를 포함하고, 상기 후보 위치의 상기 측정 거리에 대한 오차는 상기 복수의 비콘 각각에 대해 미리 결정된 가중치 세트를, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 사용자 단말의 측정 거리와 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 후보 위치의 실제 거리 사이의 차이에 적용하여 획득되는, 무선 측위 방법이 제공된다.

Description

오차의 가중치 합의 최적화를 활용한 실내 무선 측위 방법 및 장치 {METHOD AND COMPUTER DEVICE FOR PROVIDING INDOOR WIRELESS LOCATION SERVICE BASED ON OPTIMIZATION OF WEIGHTED SUM OF ERRORS, AND COMPUTER READABLE RECORDING MEDIUM}
본 개시는, 무선 측위에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 오차가 있는 환경에서 유전 알고리즘의 최적화 기법을 이용하여 사용자의 실내 위치를 결정하는 기술에 관한 것이다.
다수의 사용자들에게 선택적 데이터를 원하는 장소에서 제공하는 여러 서비스, 즉 사용자의 현재 위치에 기초로 다양한 위치 기반 서비스(LBS: Location-Based Services)를, 예컨대 실시간 데이터 팝업 서비스, 사용자 위치에 따른 선택적 데이터 전송 서비스, 실내 네비게이션 서비스가 제공되고 있다.
이러한 서비스는 사용자의 위치를 측정하는 기술을 기반으로 하는데, 위치 기반 서비스는, GPS, 와이파이(WIFI), 비콘 등을 이용하여 사용자의 위치를 측정하여 실내 지도 등의 서비스를 제공할 수 있다. 이러한 위치 기반 서비스를 적절히 제공하기 위해서는 사용자의 위치를 정확히 파악하는 것이 중요하다. 그런데, 사용자의 위치를 파악하기 위해 GPS, 와이파이를 사용하는 경우, 건물 내부에서 측정된 단말의 위치 오차가 커서, 적절한 위치 기반 서비스를 제공하는 데 어려움이 있고, 비콘들을 이용하는 경우에도, 비콘들의 배치 간격에 따라 사용자의 위치 측정이 어려울 수 있다. 예를 들어, 비콘을 이용하여 사용자의 위치를 측정하기 위해서는 비콘과 사용자와의 거리가 정확히 측정되어야 하는데, 실제로 측정을 해 보면 비콘과 사용자의 거리를 측정할 때마다 오차가 발생하며 특히 거리가 멀어질수록 오차가 커진다. 또한, 비콘과 사용자와의 거리 측정은 날씨 등 주변 환경에도 영향을 받기 때문에 이러한 비콘과 사용자와의 거리에 대한 오차를 고려하여 사용자의 위치를 예측하는 기술에 대한 요구가 증가하고 있다.
한국등록특허 제10-1634879
그러므로 비콘과 사용자와의 거리 측정에 오차가 있더라도 사용자의 위치를 정확히 예측할 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명의 일 특징에 의하면, 오차의 최적화(optimization)를 이용하는 무선 측위 방법이 제공된다. 상술한 방법은 사용자 단말에 의해 수신된 복수의 비콘으로부터의 복수의 신호에 기초하여, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 사용자 단말의 측정 거리를 획득하는 단계; 상기 복수의 신호에 기초하여, 상기 사용자 단말에 대한 P개(P는 2 이상의 정수)의 제1세대 후보 위치를 결정하는 단계; 상기 제1세대 후보 위치에 대해 유전 알고리즘을 적용하여 상기 사용자 단말에 대한 P/2개의 제1세대 자식 후보 위치를 결정하는 단계; 및 상기 제1세대 후보 위치 및 상기 제1세대 자식 후보 위치 중, 상기 측정 거리에 대한 오차가 최소가 되는 후보 위치를 상기 사용자 단말의 위치로 결정하는 단계를 포함하고, 상기 후보 위치의 상기 측정 거리에 대한 오차는 상기 복수의 비콘 각각에 대해 미리 결정된 가중치 세트를, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 사용자 단말의 측정 거리와 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 후보 위치의 실제 거리 사이의 차이에 적용하여 획득될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상술한 방법은 제k-1세대(k는 2이상의 정수) 후보 위치 및 제k-1세대 자식 후보 위치 중, 상기 측정 거리에 대한 오차가 낮은 P개의 제k세대 후보 위치를 결정하는 단계; 상기 제k세대 후보 위치에 대해 유전 알고리즘을 적용하여 상기 사용자 단말에 대한 P/2개의 제k세대 자식 후보 위치를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 사용자 단말의 위치는 상기 제k세대 후보 위치 및 상기 제k세대 자식 후보 위치 중, 상기 측정 거리에 대한 오차가 최소가 되는 후보 위치일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 사용자 단말의 위치는 상기 제1세대 후보 위치 및 상기 제1세대 자식 후보 위치 중, 다음의 목적 함수의 결과값이 최소가 되는 후보 위치로 결정되고,
Figure 112018041211428-pat00001
또는
Figure 112018041211428-pat00002
상기 목적 함수에서 i는 N개의 상기 복수의 비콘의 인덱스이고, (xbi,ybi)는 인덱스 i의 비콘의 위치 좌표이고, (x,y)는 상기 후보 위치의 위치 좌표이고, D는 유클리드 거리 함수이고, di는 인덱스 i의 비콘에 대한 상기 사용자 단말의 측정 거리일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 P개의 제1세대 후보 위치는, 상기 복수의 신호 중 가장 센 신호에 해당하는 비콘으로부터 상기 가장 센 신호에 해당하는 거리만큼 떨어진 위치들 중, 상기 복수의 비콘 중 다른 두 개의 비콘을 연결하는 선분에 가장 가까운 위치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 P/2개의 제1세대 자식 후보 위치는, 상기 P개의 제1세대 후보 위치에 대해 BLX-α교차 연산 및 가우시안 변이 연산 중 적어도 하나를 적용하여 획득될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 후보 위치의 실제 거리는, 상기 사용자 단말로부터 수신된 상기 복수의 비콘의 위치 좌표에 기초하여 획득될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상술한 방법은, 상기 복수의 비콘의 중심에서 제1 시점에 수신된 상기 복수의 비콘으로부터의 복수의 신호에 기초하여, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 제1 후보 가중치 세트를 결정하는 단계; 상기 복수의 비콘의 중심에서 제2 시점에 수신된 상기 복수의 비콘으로부터의 복수의 신호에 기초하여, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 제2 후보 가중치 세트를 결정하는 단계; 상기 제1 후보 가중치 세트 및 상기 제2 후보 가중치 세트를 포함하는 제1세대 후보 가중치 세트에 대해 유전 알고리즘을 적용하여, 제1세대 자식 후보 가중치 세트를 결정하는 단계; 상기 제1세대 후보 가중치 세트 및 상기 제1세대 자식 후보 가중치 세트 중, 미리 결정된 복수의 기준점에서의 측정 거리에 대한 오차의 합이 최소가 되는 후보 가중치 세트를 상기 복수의 비콘 각각에 대한 가중치로 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 기준점 중 제1 기준점의 측정 거리에 대한 오차는 상기 후보 가중치 세트를, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 제1 기준점의 측정 거리와 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 제1 기준점의 실제 거리 사이의 차이에 적용하여 획득될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 가중치는 상기 제1세대 후보 가중치 세트 및 상기 제1세대 자식 후보 가중치 세트 중, 다음의 목적 함수의 결과값이 최소가 되는 후보 가중치 세트로 결정되고,
Figure 112018041211428-pat00003
또는
Figure 112018041211428-pat00004
상기 목적 함수에서 i는 N개의 상기 복수의 비콘의 인덱스이고, (xbi,ybi)는 인덱스 i의 비콘의 위치 좌표이고, j는 M개의 상기 복수의 기준점의 인덱스이고, (xcj,ycj)는 인덱스 j의 기준점의 위치 좌표이고, D는 유클리드 거리 함수이고, dij는 인덱스 i의 비콘에 대한 인덱스 j의 기준점의 측정 거리일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 오차의 최적화(optimization)를 이용하는 무선 측위 장치가 제공된다. 상술한 장치는, 사용자 단말로부터, 상기 사용자 단말에 의해 수신된 복수의 비콘으로부터의 복수의 신호에 대한 세기 정보를 수신하는 통신부; 상기 복수의 신호에 대한 세기 정보에 기초하여, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 사용자 단말의 측정 거리를 획득하고, 상기 복수의 신호에 대한 세기 정보에 기초하여, 상기 사용자 단말에 대한 P개(P는 2 이상의 정수)의 제1세대 후보 위치를 결정하고, 상기 제1세대 후보 위치에 대해 유전 알고리즘을 적용하여 상기 사용자 단말에 대한 P/2개의 제1세대 자식 후보 위치를 결정하고, 상기 제1세대 후보 위치 및 상기 제1세대 자식 후보 위치 중, 상기 측정 거리에 대한 오차가 최소가 되는 후보 위치를 상기 장치의 위치로 결정하는 제어부를 포함하고, 상기 후보 위치의 상기 측정 거리에 대한 오차는 상기 복수의 비콘 각각에 대해 미리 결정된 가중치 세트를, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 장치의 측정 거리와 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 후보 위치의 실제 거리 사이의 차이에 적용하여 획득될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 오차의 최적화(optimization)를 이용하는 무선 측위 기능을 포함하는 사용자 단말이 제공된다. 상술한 사용자 단말은, 복수의 비콘으로부터 복수의 신호를 수신하는 통신부; 및 상기 복수의 신호에 기초하여, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 사용자 단말의 측정 거리를 획득하고, 상기 복수의 신호에 기초하여, 상기 사용자 단말에 대한 P개(P는 2 이상의 정수)의 제1세대 후보 위치를 결정하고, 상기 제1세대 후보 위치에 대해 유전 알고리즘을 적용하여 상기 사용자 단말에 대한 P/2개의 제1세대 자식 후보 위치를 결정하고, 상기 제1세대 후보 위치 및 상기 제1세대 자식 후보 위치 중, 상기 측정 거리에 대한 오차가 최소가 되는 후보 위치를 상기 사용자 단말의 위치로 결정하는 제어부를 포함하고, 상기 후보 위치의 상기 측정 거리에 대한 오차는 상기 복수의 비콘 각각에 대해 미리 결정된 가중치 세트를, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 사용자 단말의 측정 거리와 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 후보 위치의 실제 거리 사이의 차이에 적용하여 획득될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 하나 이상의 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체로서, 상기 하나 이상의 명령어는, 컴퓨터에 위해 실행되는 경우, 상기 컴퓨터로 하여금, 상술한 방법 중 어느 하나의 방법을 수행하게 하는, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체가 제공된다.
비콘과 사용자와의 거리 측정에 오차가 있는 환경에서도 정확한 사용자의 현재 위치를 계산할 수 있는 실내 무선 측위 기술을 제공할 수 있다. 또한, 활용 장소 및 환경에 따라 최적화 알고리즘이 달라지지 않으며, 적은 수의 비콘에 의하여도 사용자의 현재 위치를 계산할 수 있는 무선 측위 기술이 제공된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 실내 무선 측위 시스템이 구현될 수 있는 시스템 환경을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1의 장치(106)의 기능적 구성을 개략적으로 도시한 기능 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 측위 방법의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 측위 방법의 흐름도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 무선 측위 방법이 사용자 단말의 제1세대 후보 위치를 결정하는 동작을 도시한다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 무선 측위 방법이 비콘에 대한 가중치를 결정하는 흐름도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 무선 측위 방법이 제1세대 후보 가중치 세트를 결정하는 동작을 도시한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다. 이하에서는, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있다고 판단되는 경우, 이미 공지된 기능 및 구성에 관한 구체적인 설명을 생략한다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 어디까지나 본 발명의 일 실시예에 관한 것일 뿐 본 개시가 이로써 제한되는 것은 아님을 알아야 한다.
본 개시에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도에서 사용된 것이 아니다. 예를 들면, 단수로 표현된 구성요소는 문맥상 명백하게 단수만을 의미하지 않는다면 복수의 구성요소를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. 본 개시에서 사용되는 "및/또는"이라는 용어는, 열거되는 항목들 중 하나 이상의 항목에 의한 임의의 가능한 모든 조합들을 포괄하는 것임이 이해되어야 한다. 본 개시에서 사용되는 '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 본 개시 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐이고, 이러한 용어의 사용에 의해 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하려는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 있어서 '모듈' 또는 '부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 기능적 부분을 의미하며, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 '모듈' 또는 '부'는, 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 '모듈' 또는 '부'를 제외하고는, 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서에 의해 구현될 수 있다.
덧붙여, 달리 정의되지 않는 한 기술적 또는 과학적인 용어를 포함하여, 본 개시에서 사용되는 모든 용어들은 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시에서 명백하게 달리 정의하지 않는 한 과도하게 제한 또는 확장하여 해석되지 않는다는 점을 알아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 실내 무선 측위 시스템이 구현될 수 있는 시스템 환경을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시된 바에 의하면, 시스템 환경은, 복수의 비콘(102a-102n), 통신망(104), 무선 측위 장치(106), 사용자 단말(108) 및 외부 서비스 서버(110)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 비콘 또는 비콘 송신기(beacon transceiver: 102a-102n)는 블루투스4.0(BLE) 프로토콜 기반의 근거리 무선 통신하며, 최대 70m 이내의 장치들과 교신할 수 있는 장치로서, 5~10㎝ 단위의 구별이 가능할 정도로 정확성이 높다. 전력 소모가 적어 모든 기기가 항상 연결되는 사물인터넷 구현에 적합하다. 본 실시예에서는, 비콘을 이용하여 위치 기반 서비스를 제공하는 것으로 설명하나, 이는 실시예에 해당되며, 비콘 이외에 비콘과 유사한 성능을 제공하는 통신 모듈이 탑재된 이동 단말을 통해 위치 기반 서비스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 무선 측위 방법은 비콘 이외에 모든 통신 모듈에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 통신망(104)은, 임의의 유선 또는 무선 통신망, 예컨대 TCP/IP 통신망을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 통신망(104)은, 예컨대 Wi-Fi망, LAN망, WAN망, 인터넷망 등을 포함할 수 있으며, 본 발명이 이로써 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 통신망(104)은, 예컨대 이더넷, GSM, EDGE(Enhanced Data GSM Environment), CDMA, TDMA, OFDM, 블루투스, VoIP, Wi-MAX, Wibro 기타 임의의 다양한 유선 또는 무선 통신 프로토콜을 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 무선 측위 장치(106)는, 통신망(104)을 통해 사용자 단말(108)과 통신할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 무선 측위 장치(106)는, 통신망(104)을 통해 사용자 단말(108)과 필요한 정보를 송수신하고, 이를 통해 사용자 단말(108) 상에서 수신된 사용자 입력에 대응한, 즉 사용자 의도에 부합하는 동작 결과가, 사용자에게 제공되도록 동작할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 사용자 단말(108)은 복수의 비콘(102a-102n)으로부터 수신된 복수의 신호에 대한 세기 정보를 통신망(104)을 통해 무선 측위 장치(106)에게 송신할 수 있다. 무선 측위 장치(106)는, 사용자 단말(108)에 의해 수신된 복수의 비콘(102a-102n)들로부터의 복수의 신호에 대한 세기 정보 및 유전 알고리즘을 이용하여 사용자의 위치(position)을 결정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 무선 측위 장치(106)는, 위 결정된 사용자 위치에 기초하여 대응하는 동작이 수행되도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 무선 측위 장치(106)는, 예컨대 사용자 단말(108)이 사용자 위치에 부합하는 특정한 태스크를 수행하도록 특정한 제어 신호를 생성하여 해당 사용자 단말(108)로 전송할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 무선 측위 장치(106)는, 예컨대 사용자 단말(108)이 사용자 위치에 부합하는 특정한 태스크를 수행하게 하기 위하여, 통신망(104)을 통해 외부 서비스 서버(110)에 접속할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 무선 측위 장치(106)는, 예컨대 사용자 위치에 대한 정보를 사용자 단말(108)로 전송할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 무선 측위 장치(106)는, 앞서 언급한 바와 같이, 통신망(104)을 통해서 외부 서비스 서버(108)와 통신할 수 있다. 외부 서비스 서버(108)는, 예컨대 메시징 서비스 서버, 온라인 상담 센터 서버, 온라인 쇼핑몰 서버, 정보 검색 서버, 지도 서비스 서버, 네비게이션 서비스 서버 등일 수 있으며, 본 개시가 이로써 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 무선 측위 장치(106)로부터 사용자 단말(108)로 전달되는, 사용자 위치에 대한 정보는, 예컨대 외부 서비스 서버(108)로부터 검색 및 획득된 데이터 콘텐츠를 포함한 것일 수 있음을 알아야 한다.
본 도면에서는, 무선 측위 장치(106)가 외부 서비스 서버(108)와 통신망(104)을 통해 통신 가능하게 구성된 별도의 물리 서버인 것으로 도시되어 있으나, 본 개시가 이로써 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 무선 측위 장치(106)는, 예컨대 온라인 상담 센터 서버 또는 온라인 쇼핑몰 서버 등 각종 서비스 서버의 일부로 포함되어 구성될 수도 있음을 알아야 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 사용자 단말(108) 각각은 유선 또는 무선 통신 기능을 구비한 임의의 사용자 전자 장치일 수 있다. 사용자 단말(108) 각각은, 예컨대 스마트 폰, 태블릿 PC, 뮤직 플레이어, 스마트 스피커, 데스크탑, 랩탑, PDA, 게임 콘솔, 디지털 TV, 셋탑박스 등을 포함한 다양한 유선 또는 무선 통신 단말일 수 있으며, 특정 형태로 제한되지 않음을 알아야 한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 사용자 단말(108) 각각은, 통신망(104)을 통해서, 무선 측위 장치(106)와 통신, 즉 필요한 정보를 송수신할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 사용자 단말(108)은, 통신망(104)을 통해서, 외부 서비스 서버(110)와 통신, 즉 필요한 정보를 송수신할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 사용자 단말(108) 각각은, 외부로부터 음성 및/또는 텍스트 형태의 사용자 입력을 수신할 수 있고, 통신망(104)을 통한 무선 측위 장치(106) 및/또는 외부 서비스 서버(108)와의 통신(및/또는 사용자 단말(108) 내 처리)을 통해 얻어진, 위 사용자 입력에 대응한 동작 결과(예컨대, 특정 대화 응답의 제공 및/또는 특정 태스크의 수행 등)를 사용자에게 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 사용자 입력에 대응한 동작으로서의 태스크 수행은, 예컨대 정보의 검색, 물품 구매, 메시지 작성, 이메일 작성, 전화 걸기, 음악 재생, 사진 촬영, 사용자 위치 탐색, 지도/내비게이션 서비스 등을 비롯한 각종 다양한 형태의 태스크(그러나 이로써 제한되는 것은 아님) 수행을 포함할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1에 도시된 무선 측위 장치(106)의 기능적 구성을 개략적으로 도시한 기능 블록도이다. 도시된 바에 의하면, 서버(106)는, 제어부(202), 저장부(204) 및 통신부(206)를 포함할 수 있다.
제어부(202)는 통상적으로 무선 측위 장치(106)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(202)는 저장부(204)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 통신부(206) 등을 전반적으로 제어하는 중앙 프로세서가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(202)는 N개(N>=3)의 고정된 비콘(102a-102n)이 설치된 환경에서, 사용자 단말(108)에서 수신된 N개의 비콘의 신호에 대한 세기 정보에 기초하여 사용자 단말(108)의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(202)는 사용자 단말(108)의 각 컴포넌트 모듈과 통신하고 사용자 단말(120) 상에서 각종 연산을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(202)는, 저장부(204) 상의 각종 애플리케이션 프로그램을 구동 및 실행시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(202)는, 필요한 경우, 통신부(206)를 통해 외부로부터 수신되는 신호에 대해 적절한 처리를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 저장부(204)는 사용자 단말(120) 상에서 실행될 수 있는 각종 프로그램, 예컨대 각종 애플리케이션 프로그램 및 관련 데이터 등이 저장된 임의의 저장 매체일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 저장부(204)는 N개(N>=3)의 고정된 비콘(102a-102n)이 설치된 환경에서, 제어부(202)가 사용자 단말의 위치를 결정하기 전에, 복수의 비콘(102a-102n) 각각에 대해 미리 결정된 가중치를 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 저장부(204)는, DRAM, SRAM, DDR RAM, EPROM, EEPROM, ROM, 자기 디스크, 광 디스크, 플래시 메모리 등 다양한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 메모리를 포함하도록 구성될 수 있다.
통신부(206)는 무선 측위 장치(106)가 도 1의 통신망(104)을 통해 사용자 단말(108) 및 외부 서비스 서버(110)로부터 각종 정보를 수신하고 적절한 처리를 행하도록 구성될 수 있다. 무선 측위 장치(106)가 도 1의 통신망(104)을 통하여, 사용자 단말(108) 및 외부 서비스 서버(110)와 통신할 수 있게 한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 통신부(206)는, 예컨대 획득된 신호가 소정의 프로토콜에 따라 통신망(104)을 통하여 사용자 단말(108) 및 외부 서비스 서버(110)로 전송되도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 통신부(206)는, 예컨대 통신망(104)을 통하여 사용자 단말(108) 및 외부 서비스 서버(110)로부터 수신된 각종 신호 또는 각종 제어 신호 등을 수신하고, 소정의 프로토콜에 따라 적절한 처리를 수행할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 측위 방법의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 이상적인 환경에서는 적어도 3개의 비콘이 존재한다면, 사용자 단말(108)로부터 수신된 복수의 비콘(102a 내지 102n)으로부터의 신호 정보에 삼각 측량 방법을 적용하여, 사용자 단말의 위치(x, y)를 정확하게 결정할 수 있다.
그러나, 전술한 바와 같이, 날씨나 복수의 비콘(102a 내지 102n)과 사용자 단말(108) 사이의 장애물 등에 의하여 사용자 단말의 위치(x, y)를 정확하고 일관되게 측정할 수 없다.
도 3(b)를 참조하면, 무선 측위 장치(106)는 사용자 단말(108)에 의해 수신된 복수의 비콘(102a 내지 102n)으로부터의 신호에 대한 세기 정보에 기초하여, 사용자 단말(108)의 복수의 후보 위치((x1,y1) 내지 (x6, y6))를 결정하고, 복수의 후보 위치((x1, y1) 내지 (xn, yn))에 유전 알고리즘을 적용하여 사용자 단말의 위치(x, y)에 근접한 해를 구할 수 있다. 구체적으로, 무선 측위 장치(106)는 복수의 후보 위치((x1, y1) 내지 (xn, yn))에 대해 교차 연산 또는 변이 연산을 세대를 거듭하여 반복적으로 적용하고, 소정의 목적 함수를 최소화하는 후보 위치를 사용자 단말의 위치(x, y)에 가장 근접한 해로 결정할 수 있다. 복수의 후보 위치((x1, y1) 내지 (xn, yn))는 유전 알고리즘에 의해 세대가 거듭할 수 록 사용자 단말의 위치(x, y)에 수렴할 수 있다. 예를 들어, 무선 측위 장치(106)는 유전 알고리즘을 대략 2000회 반복하여 사용자 단말의 위치(x, y)에 매우 근사한 후보 위치를 구할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 무선 측위 장치(106)는 제한된 시간에 따라 유전 알고리즘의 반복 회수를 조절할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 측위 방법의 흐름도이다.
S400 단계에서, 무선 측위 장치(106)는 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 사용자 단말(108)의 측정 거리를 획득할 수 있다. 구체적으로, 사용자 단말(108)은 복수의 비콘(102a 내지 102n)으로부터 수신된 복수의 신호에 대한 세기 정보를 무선 측위 장치(106)에게 송신할 수 있다. 또한, 무선 측위 장치(106)는 복수의 신호에 대한 세기 정보에 기초하여, 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 사용자 단말(108)의 측정 거리를 획득할 수 있다. 예를 들어, 무선 측위 장치(106)는 저장부(204)에 미리 저장된 신호의 세기와 측정 거리 사이의 맵핑 테이블을 이용하여, 사용자 단말(108)로부터 수신한 복수의 신호를 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 측정 거리로 변환할 수 있다. 또한, 맵핑 테이블에 따르면, 신호의 세기와 측정 거리가 반비례하여, 신호의 세기가 클수록 변환된 측정 거리가 짧아질 수 있다.
S410 단계에서, 무선 측위 장치(106)는 사용자 단말에 대한 P개(P는 2 이상의 정수)의 제k세대 후보 위치를 결정할 수 있다.
먼저, 무선 측위 장치(106)는 사용자 단말(108)에 의해 수신된 복수의 비콘(102a 내지 102n)으로부터의 신호의 세기 정보에 기초하여, 사용자 단말에 대한 P개의 제1세대 후보 위치를 결정할 수 있다. 제1세대 후보 위치가 적절히 설정되어야 유전 알고리즘이 적용된 다음 세대의 후보 위치가 사용자 단말의 위치(x, y)로 빠르게 수렴할 수 있다. 무선 측위 장치(106)가 사용자 단말에 대한 제1세대 후보 위치를 결정하는 동작에 대해서는, 도 5를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
또한, 무선 측위 장치(106)는 사용자 단말에 대한 P개의 제k-1세대(k는 2 이상의 정수) 후보 위치 및 P/2개의 제k-1세대 자식 후보 위치들 중에서, 사용자 단말(108)의 측정 거리에 대한 오차가 낮은 P개의 제k세대 후보 위치를 결정할 수 있다. 여기서, 사용자 단말(108)의 측정 거리에 대한 오차는, 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대해 미리 결정된 가중치 세트를, S400 단계에서 획득된 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 사용자 단말의 측정 거리와, 후보 위치의 위치 좌표 및 복수의 비콘(102a 내지 102n)의 위치 좌표에 기초하여 획득된 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 후보 위치의 실제 거리 사이의 차이에 적용하여 획득될 수 있다. 여기서, 무선 측위 장치(106)는 복수의 비콘(102a 내지 102n)으로부터 직접 복수의 비콘(102a 내지 102n)의 위치 좌표를 수신하거나, 사용자 단말(108)로부터 복수의 비콘(102a 내지 102n)의 위치 좌표를 수신할 수 있다. 예를 들어, 무선 측위 장치(106)는 제k-1세대 후보 위치 및 제k-1세대 자식 후보 위치 중, 사용자 단말(108)의 측정 거리에 대한 오차를 나타내는 수학식 1 또는 수학식 2의 목적 함수의 결과값이 낮은 P개의 후보 위치를 제k세대 후보 위치로 결정할 수 있다.
Figure 112018041211428-pat00005
Figure 112018041211428-pat00006
수학식 1 및 수학식 2의 목적 함수에서, i는 N개의 복수의 비콘의 인덱스이고, (xbi,ybi)는 인덱스 i의 비콘의 위치 좌표이고, (x,y)는 사용자 단말에 대한 후보 위치의 위치 좌표이고, D는 유클리드 거리 함수이고, di는 인덱스 i의 비콘에 대한 사용자 단말의 측정 거리가 될 수 있다. 즉, D((x,y), (xbi, ybi))가 인덱스 i의 비콘으로부터 후보 위치까지의 실제 거리에 해당하고, di가 인덱스 i의 비콘으로부터 후보 위치까지의 측정 거리에 해당할 수 있다. 후보 위치 (x1,y1)의 사용자 단말(108)의 측정 거리에 대한 오차에 대한 예시를 도 5를 참조하여 후술한다.
한편, 후보 위치로부터 비콘까지의 거리가 너무 먼 경우, 측정 거리에 대한 오차가 상당히 커질 수 있다. 따라서, 무선 측위 장치(106)는 후보 위치로부터 임의의 비콘까지의 실제 거리가 임계 거리를 초과하는 경우, 해당 비콘에 대한 가중치 w를 0으로 설정하여, 평가 과정에서 해당 비콘의 영향을 제외시킬 수 있다.
S410 단계에 의하면 제k-1세대 후보 위치 및 제k-1세대 자식 후보 위치 중 사용자 단말의 위치(x, y)에 가까운 후보 위치들이 제k세대 후보 위치로 결정될 수 있는데, 이러한 과정을 유전 알고리즘에 의한 선택 연산이라고도 한다.
S420 단계에서, 무선 측위 장치(106)는 사용자 단말에 대한 제k세대 후보 위치에 대해 유전 알고리즘을 적용하여 사용자 단말에 대한 제k세대 자식 후보 위치를 결정할 수 있다.
예를 들어, 무선 측위 장치(106)는 제k세대 후보 위치에 대해 BLX-α교차 연산 및 가우시안 변이 연산 중 적어도 하나를 적용하여 제k세대 자식 후보 위치를 결정할 수 있다. 교차 연산 및 변이 연산은 비트 단위로 적용될 수 있으며, 교차 연산 또는 변이 연산이 적용될 비트의 위치가 특정될 수 있다.
S430 단계에서, 무선 측위 장치(106)는 S410 단계 및 S420 단계에서 획득된 제k세대 후보 위치 및 제k세대 자식 후보 위치가 임계 세대에 도달했는지 판단할 수 있다. 임계 세대까지 후보 위치가 획득되지 않은 경우, 무선 측위 장치(106)는 S410 단계 및 S420 단계를 반복하여 유전 알고리즘에 의한 제k+1세대 후보 위치 및 제k+1세대 자식 후보 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 임계 세대가 2000세대로 설정된 경우, 무선 측위 장치(106)는 S410 단계 및 S420 단계의 유전 알고리즘을 2000회 반복할 수 있다. 또 다른 예로, 연산에 주어진 시간 T가 한정적이고, S410 단계 및 S420 단계의 유전 알고리즘에 소요되는 평균 시간이 TG 인 경우, 임계 세대는 T/TG로 설정될 수 있다.
반면, 임계 세대까지 후보 위치가 획득된 경우, 무선 측위 장치(106)는 S440 단계에서 제k세대 후보 위치 및 제k세대 자식 후보 위치 중, 사용자 단말(108)의 측정 거리에 대한 오차가 최소가 되는 후보 위치를 사용자 단말의 위치(x, y)로 결정할 수 있다. 사용자 단말(108)의 측정 거리에 대한 오차를 결정하는 방법은 S410 단계에서 설명한 방법과 동일할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 무선 측위 방법이 사용자 단말의 제1세대 후보 위치를 결정하는 동작을 도시한다.
예를 들어, 무선 측위 장치(106)는 사용자 단말(108)에 의해 수신된 복수의 비콘(102a 내지 102n)의 신호들 중, 가장 센 신호에 해당하는 비콘(102a)를 결정하고, 결정된 비콘(102a)으로부터 가장 센 신호에 해당하는 거리(d1)만큼 떨어진 위치들(예를 들어, 결정된 비콘(102a)의 위치 좌표(xb1, yb1)을 중심으로 하는 반지름 d1의 원(500))을 결정할 수 있다. 또한, 무선 측위 장치(106)는 결정된 위치들(500) 중, 복수의 비콘(102a 내지 102n) 중 결정된 비콘(102a))을 제외한 다른 두 개의 비콘을 연결하는 선분(510, 520, 530)에 가장 가까운 위치((x1, y1), (x2, y2), (x3, y3))를 제1세대 후보 위치에 포함시킬 수 있다. 또 다른 예로, 무선 측위 장치(106)는 결정된 위치들(500) 중, 복수의 비콘(102a 내지 102n) 중 결정된 비콘(102a))을 제외한 다른 비콘의 위치 좌표(xb2, yb2)에 가장 가까운 위치(x4, y4)를 제1세대 후보 위치에 포함시킬 수 있다.
복수의 비콘(102a 내지 102n) 중 가장 센 신호를 송신한 비콘(102a)에 사용자 단말(108)이 가장 가깝게 위치할 확률이 높기 때문에, 가장 센 신호를 송신한 비콘(102a)을 중심으로 제1세대 후보 위치를 결정하면, 유전 알고리즘에 의한 다음 세대의 후보 위치가 사용자 단말의 위치(x, y)에 빠르게 수렴할 수 있다.
전술한 수학식 1을 이용하여, 제1세대 후보 위치(x1, y1)의 사용자 단말(108)의 측정 거리에 대한 오차를 계산하면 수학식 3과 같다.
Figure 112018041211428-pat00007
전술한 바와 같이, 제1세대 후보 위치(x1, y1)는 결정된 비콘(102a)을 중심으로 설정되었기 때문에, 수학식 3에서,
Figure 112018041211428-pat00008
는 '0'이 될 수 있다.
또한, 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 가중치 wi의 총합은 1이 될 수 있으며(즉, w1+w2+w3...wn=1), 미리 수집된 정답 데이터들에 대해 유전 알고리즘을 적용하여 획득된 최적해가 될 수 있다. 또는, 단순하게, 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 가중치 wi는 총합이 1이고, 동일한 값(즉, w1=w2=w3...wn=1/n)으로 설정될 수 있다. 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 가중치 wi에 대해서는, 이하 도 6 내지 도 7을 참조하여 상술한다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 무선 측위 방법이 비콘에 대한 가중치를 결정하는 흐름도이다.
S600 단계에서, 무선 측위 장치(106)는 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 제k세대 후보 가중치 세트를 결정할 수 있다.
먼저, 무선 측위 장치(106)는 특정 시점 및 특정 위치에 수집된 데이터들에 기초하여 제1세대 후보 가중치 세트를 결정할 수 있다. 제1세대 후보 가중치 세트가 적절히 설정되면, 시간 및 장소에 따라 변동폭이 작은 신호를 송신할 수 있는 비콘에 대한 가중치가 높게 설정되고, 시간 및 장소에 따라 변동폭이 큰 신호를 송신할 수 있는 비콘에 대한 가중치가 낮게 설정되어, 유전 알고리즘을 이용하는 무선 측위 장치(106)가 사용자 단말의 위치(x,y)에 근접한 해를 더욱 빠르게 획득할 수 있다. 무선 측위 장치(106)가 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 제1세대 후보 가중치 세트를 결정하는 동작에 대해서는, 도 7을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
또한, 무선 측위 장치(106)는 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 P개의 제k-1세대 후보 가중치 및 P/2개의 제k-1세대 자식 후보 가중치들 중에서, 미리 수집된 복수의 기준점에서의 측정 거리에 대한 오차의 합이 낮은 순서로 P개의 제k세대 후보 가중치를 결정할 수 있다. 여기서, 복수의 기준점 중 제1 기준점의 측정 거리에 대한 오차는, 후보 가중치 세트를, 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 제1 기준점에서의 측정 거리와, 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 제1 기준점의 실제 거리 사이의 차이에 적용하여 획득될 수 있다. 또한, 무선 측위 장치(106)는 복수의 비콘(102a 내지 102n)으로부터 직접 복수의 비콘(102a 내지 102n)의 위치 좌표를 수신하거나, 실험 단말로부터 복수의 비콘(102a 내지 102n)의 위치 좌표를 수신하여, 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각으로부터 제1 기준점까지의 실제 거리를 획득할 수 있다. 예를 들어, 무선 측위 장치(106)는 제k-1세대 후보 가중치 및 제k-1세대 자식 후보 가중치 중, 복수의 기준점의 측정 거리에 대한 오차의 합을 나타내는 수학식 4 또는 수학식 5의 목적 함수의 결과값이 낮은 P개의 후보 가중치를 제k세대 후보 가중치로 결정할 수 있다.
Figure 112018041211428-pat00009
Figure 112018041211428-pat00010
수학식 4 및 수학식 5의 목적 함수에서, i는 N개의 복수의 비콘의 인덱스이고, (xbi,ybi)는 인덱스 i의 비콘의 위치 좌표이고, j는 M개의 복수의 기준점의 인덱스이고, (xcj,ycj)는 인덱스 j의 기준점의 위치 좌표이고, D는 유클리드 거리 함수이고, dij는 인덱스 i의 비콘에 대한 인덱스 j의 기준점의 측정 거리가 될 수 있다. 즉, D((xbi, ybi), (xci, yci))가 인덱스 i의 비콘으로부터 인덱스 j의 기준점까지의 실제 거리에 해당하고, dij가 인덱스 i의 비콘으로부터 인덱스 j의 기준점까지의 측정 거리에 해당할 수 있다. 기준점의 측정 거리에 대한 오차의 예시를 도 7을 참조하여 후술한다.
한편, 기준점으로부터 비콘까지의 거리가 너무 먼 경우, 측정 거리에 대한 오차가 상당히 커질 수 있다. 따라서, 무선 측위 장치(106)는 기준점으로부터 임의의 비콘까지의 실제 거리가 임계 거리를 초과하는 경우, 해당 비콘에 대한 가중치 w를 0으로 설정하여, 평가 과정에서 해당 비콘의 영향을 제외시킬 수 있다.
S600 단계에 의하면 제k-1세대 후보 가중치 및 제k-1세대 자식 후보 가중치 중 품질이 좋은 후보 가중치들이 제k세대 후보 가중치로 결정될 수 있는데, 이러한 과정을 유전 알고리즘에 의한 선택 연산이라고도 한다.
S610 단계에서, 무선 측위 장치(106)는 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 제k세대 후보 가중치에 대해 유전 알고리즘을 적용하여 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 제k세대 자식 후보 가중치를 결정할 수 있다.
예를 들어, 무선 측위 장치(106)는 제k세대 후보 가중치에 대해 BLX-α교차 연산 및 가우시안 변이 연산 중 적어도 하나를 적용하여 제k세대 자식 후보 가중치를 결정할 수 있다. 교차 연산 및 변이 연산은 비트 단위로 적용될 수 있으며, 교차 연산 또는 변이 연산이 적용될 비트의 위치가 특정될 수 있다.
S620 단계에서, 무선 측위 장치(106)는 S600 단계 및 S620 단계에서 획득된 제k세대 후보 가중치 및 제k세대 자식 후보 가중치가 임계 세대에 도달했는지 판단할 수 있다. 임계 세대까지 후보 가중치가 획득되지 않은 경우, 무선 측위 장치(106)는 S600 단계 및 S610 단계를 반복하여 유전 알고리즘에 의한 제k+1세대 후보 가중치 및 제k+1세대 자식 후보 가중치를 결정할 수 있다.
반면, 임계 세대까지 후보 가중치가 획득된 경우, 무선 측위 장치(106)는 S630 단계에서 제k세대 후보 가중치 및 제k세대 자식 후보 가중치 중, 복수의 기준점에서의 측정 거리에 대한 오차의 합이 최소가 되는 후보 가중치를 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 가중치로 결정할 수 있다. 복수의 기준점에서의 측정 거리에 대한 오차의 합을 결정하는 방법은 S600 단계에서 설명한 방법과 동일할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 무선 측위 방법이 제1세대 후보 가중치 세트를 결정하는 동작을 도시한다.
예를 들어, 무선 측위 장치(106)는 복수의 비콘(102a 내지 102n)의 중심(xbcenter,ybcenter)에서 제1 시점 및 제2 시점에 실험 단말(미도시)에 의해 수신된 복수의 비콘(102a 내지 102n)으로부터의 복수의 신호에 기초하여, 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 제1 후보 가중치 세트 및 제2 후보 가중치 세트를 결정할 수 있다. 또한, 무선 측위 장치(106)는 제1 후보 가중치 세트 및 제2 후보 가중치 세트를 포함하는 제1세대 후보 가중치 세트를 결정할 수 있다. 여기서, 실험 단말은 사용자 단말(108)과 상이한 단말로, 무선 측위 장치(106)가 사용자 단말의 위치(x, y)를 결정하기 전에, 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 가중치를 결정하기 위해 이용되는 별도의 단말일 수 있다. 예를 들어, 무선 측위 장치(106)는 인덱스 i의 비콘에 대한 제1 후보 가중치를, 제1 시점에 측정된 복수의 비콘(102a 내지 102n)의 신호의 세기의 총합에 대한 인덱스 i의 비콘의 신호의 세기의 비율로 설정할 수 있다.
복수의 비콘(102a 내지 102n)의 중심에서 후보 가중치 세트를 결정하면 모든 비콘에 대한 오차가 후보 가중치 세트에 고르게 반영될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 날씨나 움직이는 장애물 등에 의한 영향으로, 측정 시점에 따라 측정 거리가 달라질 수 있으므로, 여러 시점에서 획득된 데이터에 기초하여 가중치 세트를 결정하면, 시점에 의한 오차가 후보 가중치 세트에 반영될 수 있다.
그러나, 제1세대 후보 가중치 세트는 이에 한정되지 않으며, 단순하게, 총합이 1이면서 모든 비콘(102a 내지 102n)에 대해 동일한 값을 갖는 후보 가중치 세트(즉, w1=w2=w3...wn=1/n), 무선 측위 장치(106)의 관리자에 의해 선택된 z개의 비콘들에 대해서는 동일한 값으로 설정되고 다른 비콘들에 대해서는 '0'으로 설정되는 후보 가중치 세트(즉, w1=w2=w3 … =wz=1/z, wk+1=wk+2 … =wn=0) 등을 포함할 수 있다.
무선 측위 장치(106)는 실험 단말을 이용하여 미리 수집된 복수의 기준점((xc1,yc1) 내지 (xcn,ycn))에서의 측정 거리 및 실제 거리에 대한 데이터를 이용하여, 제1세대 후보 가중치 세트 및 유전 알고리즘에 의해 획득된 다음 세대의 후보 가중치 세트를 평가할 수 있다.
기준점은 복수의 비콘(102a 내지 102n)이 위치한 환경에 따라 달라질 수 있으며, 무선 측위 장치(106)의 관리자에 의해 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 7을 참조하면, 복수의 기준점은 두 개의 비콘(102a, 102n)의 중점(xc1, yc1) 또는 세 개의 비콘(102b, 102c, 102n)의 중점(xc2, yc2)을 포함할 수 있다. 무선 측위 장치(106)는 복수의 기준점((xc1,yc1) 내지 (xcn,ycn))에서의 측정 거리 및 실제 거리에 대한 데이터를 (d1j, d2j, d3j …, dnj, (xj,yj))의 형태로 저장부(204)에 저장할 수 있다. 수학식 4 및 수학식 5를 통해 전술한 바와 같이, dij는 인덱스 i의 비콘으로부터 인덱스 j의 기준점까지의 실제 거리에 해당하고, (xj,yj)는 인덱스 j의 기준점의 위치 좌표에 해당할 수 있다.
예를 들어, 무선 측위 장치(106)는 제1 기준점에서 실험 단말에 의해 수신된 복수의 비콘(102a 내지 102n)으로부터의 복수의 신호에 기초하여, 제1 기준점의 측정 거리를 결정할 수 있다. 구체적으로, 제1 기준점에 위치한 실험 단말은 복수의 비콘(102a 내지 102n)으로부터 수신된 복수의 신호에 대한 세기 정보를 무선 측위 장치(106)에게 송신할 수 있다. 또한, 무선 측위 장치(106)는 복수의 신호에 대한 세기 정보에 기초하여, 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각으로부터 제1 기준점까지의 측정 거리를 획득할 수 있다. 예를 들어, 무선 측위 장치(106)는 저장부(204)에 미리 저장된 신호의 세기와 측정 거리 사이의 맵핑 테이블을 이용하여, 실험 단말로부터 수신한 복수의 신호를 복수의 비콘(102a 내지 102n) 각각에 대한 측정 거리로 변환할 수 있다. 또한, 맵핑 테이블에 따르면, 신호의 세기와 측정 거리가 반비례하여, 신호의 세기가 클수록 변환된 측정 거리가 짧아질 수 있다.
또한, 무선 측위 장치(106)는 실험 단말로부터 복수의 비콘(102a 내지 102n)의 위치 좌표를 수신하거나 복수의 비콘(102a 내지 102n)으로부터 직접 복수의 비콘(102a 내지 102n)의 위치 좌표를 수신하고, 무선 측위 장치(106)의 관리자에 의해 설정된 제1 기준점의 위치 좌표 및 복수의 비콘(102a 내지 102n)의 위치 좌표 사이의 실제 거리를 결정할 수 있다.
도 6을 통해 전술한 바와 같이, 무선 측위 장치(106)는 제1세대 후보 가중치 세트에 교차 연산 또는 변이 연산 등을 적용하여 다음 세대의 후보 가중치 세트를 결정하고, 미리 수집된 복수의 기준점((xc1,yc1) 내지 (xcn,ycn))의 측정 거리 및 실제 거리 데이터와 수학식 4 또는 5의 목적 함수에 기초하여 여러 세대의 후보 가중치 세트를 평가하고, 복수의 비콘(102a 내지 102n)에 대한 최적의 가중치 세트를 결정할 수 있다.
도 1 내지 7을 참조하여 전술한 본 발명의 실시예에서는, 무선 측위 시스템이 사용자 단말(108)과 무선 측위 장치(106) 간의 클라이언트-서버 모델, 특히 클라이언트는 오로지 사용자 입출력 기능만을 제공하고 그 외 대화형 에이전트 시스템의 다른 모든 기능들을 서버에 위임된, 소위 "씬 클라이언트-서버 모델"에 기초하여 구현된 것과 같이 설명되어 있으나, 본 발명이 이로써 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 무선 측위 시스템은 그 기능들이 사용자 단말과 서버 사이에 분배되어 구현될 수 있고, 또는 그와 달리 사용자 단말 상에 설치된 독립형 애플리케이션으로 구현될 수도 있음을 알아야 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 무선 측위 시스템이 그 기능들을 사용자 단말과 서버 사이에 분배하여 구현하는 경우, 클라이언트와 서버 사이의 무선 측위 시스템의 각 기능의 분배는 실시예마다 달리 구현될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 도 1 내지 7을 참조하여 전술한 본 발명의 실시예에서는, 편의상 특정 모듈이 소정의 동작들을 수행하는 것처럼 설명되었으나, 본 발명이 이로써 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 위 설명에서 어느 특정 모듈에 의해 수행되는 것과 같이 설명된 동작들이, 그와 다른 별개의 모듈에 의해 각각 수행될 수 있음을 알아야 한다.
당업자라면 알 수 있듯이, 본 발명이 본 명세서에 기술된 예시에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형, 재구성 및 대체될 수 있다. 본 명세서에 기술된 다양한 기술들은 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구현될 수 있음을 알아야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은, 컴퓨터 프로세서 등에 의해 판독 가능한 저장 매체, 예컨대 EPROM, EEPROM, 플래시 메모리장치와 같은 비휘발성 메모리, 내장형 하드 디스크와 착탈식 디스크 같은 자기 디스크, 광자기 디스크, 및 CDROM 디스크 등을 포함한 다양한 유형의 저장 매체에 저장된 형태로 구현될 수 있다. 또한, 프로그램 코드(들)는 어셈블리어나 기계어로 구현될 수 있다. 본 발명의 진정한 사상 및 범주에 속하는 모든 변형 및 변경을 이하의 특허청구범위에 의해 모두 포괄하고자 한다.

Claims (11)

  1. 오차의 최적화(optimization)를 이용하는 무선 측위 방법으로서,
    사용자 단말에 의해 수신된 복수의 비콘으로부터의 복수의 신호에 기초하여, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 사용자 단말의 측정 거리를 획득하는 단계;
    상기 복수의 신호에 기초하여, 상기 사용자 단말에 대한 P개(P는 2 이상의 정수)의 제1세대 후보 위치를 결정하는 단계;
    상기 제1세대 후보 위치에 대해 유전 알고리즘을 적용하여 상기 사용자 단말에 대한 P/2개의 제1세대 자식 후보 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 제1세대 후보 위치 및 상기 제1세대 자식 후보 위치 중, 상기 측정 거리에 대한 오차가 최소가 되는 후보 위치를 상기 사용자 단말의 위치로 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 후보 위치의 상기 측정 거리에 대한 오차는 상기 복수의 비콘 각각에 대해 미리 결정된 가중치 세트를, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 사용자 단말의 측정 거리와 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 후보 위치의 실제 거리 사이의 차이에 적용하여 획득되며,
    상기 복수의 비콘의 중심에서 제1 시점에 수신된 상기 복수의 비콘으로부터의 복수의 신호에 기초하여, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 제1 후보 가중치 세트를 결정하는 단계;
    상기 복수의 비콘의 중심에서 제2 시점에 수신된 상기 복수의 비콘으로부터의 복수의 신호에 기초하여, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 제2 후보 가중치 세트를 결정하는 단계;
    상기 제1 후보 가중치 세트 및 상기 제2 후보 가중치 세트를 포함하는 제1세대 후보 가중치 세트에 대해 유전 알고리즘을 적용하여, 제1세대 자식 후보 가중치 세트를 결정하는 단계;
    상기 제1세대 후보 가중치 세트 및 상기 제1세대 자식 후보 가중치 세트 중, 미리 결정된 복수의 기준점에서의 측정 거리에 대한 오차의 합이 최소가 되는 후보 가중치 세트를 상기 복수의 비콘 각각에 대한 가중치로 결정하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 복수의 기준점 중 제1 기준점의 측정 거리에 대한 오차는 상기 후보 가중치 세트를, 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 제1 기준점의 측정 거리와 상기 복수의 비콘 각각에 대한 상기 제1 기준점의 실제 거리 사이의 차이에 적용하여 획득되는, 무선 측위 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제k-1세대(k는 2이상의 정수) 후보 위치 및 제k-1세대 자식 후보 위치 중, 상기 측정 거리에 대한 오차가 낮은 P개의 제k세대 후보 위치를 결정하는 단계;
    상기 제k세대 후보 위치에 대해 유전 알고리즘을 적용하여 상기 사용자 단말에 대한 P/2개의 제k세대 자식 후보 위치를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 사용자 단말의 위치는 상기 제k세대 후보 위치 및 상기 제k세대 자식 후보 위치 중, 상기 측정 거리에 대한 오차가 최소가 되는 후보 위치인, 무선 측위 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사용자 단말의 위치는 상기 제1세대 후보 위치 및 상기 제1세대 자식 후보 위치 중, 다음의 목적 함수의 결과값이 최소가 되는 후보 위치로 결정되고,
    Figure 112018041211428-pat00011

    또는
    Figure 112018041211428-pat00012

    상기 목적 함수에서 i는 N개의 상기 복수의 비콘의 인덱스이고, (xbi,ybi)는 인덱스 i의 비콘의 위치 좌표이고, (x,y)는 상기 후보 위치의 위치 좌표이고, D는 유클리드 거리 함수이고, di는 인덱스 i의 비콘에 대한 상기 사용자 단말의 측정 거리인, 무선 측위 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 P개의 제1세대 후보 위치는, 상기 복수의 신호 중 가장 센 신호에 해당하는 비콘으로부터 상기 가장 센 신호에 해당하는 거리만큼 떨어진 위치들 중, 상기 복수의 비콘 중 다른 두 개의 비콘을 연결하는 선분에 가장 가까운 위치를 포함하는, 무선 측위 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 P/2개의 제1세대 자식 후보 위치는, 상기 P개의 제1세대 후보 위치에 대해 BLX-α교차 연산 및 가우시안 변이 연산 중 적어도 하나를 적용하여 획득되는, 무선 측위 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 비콘 각각에 대한 가중치는 상기 제1세대 후보 가중치 세트 및 상기 제1세대 자식 후보 가중치 세트 중, 다음의 목적 함수의 결과값이 최소가 되는 후보 가중치 세트로 결정되고,
    Figure 112020006181158-pat00013

    또는
    Figure 112020006181158-pat00014

    상기 목적 함수에서 i는 N개의 상기 복수의 비콘의 인덱스이고, (xbi,ybi)는 인덱스 i의 비콘의 위치 좌표이고, j는 M개의 상기 복수의 기준점의 인덱스이고, (xcj,ycj)는 인덱스 j의 기준점의 위치 좌표이고, D는 유클리드 거리 함수이고, dij는 인덱스 i의 비콘에 대한 인덱스 j의 기준점의 측정 거리인, 무선 측위 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 하나 이상의 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체로서,
    상기 하나 이상의 명령어는, 컴퓨터에 위해 실행되는 경우, 상기 컴퓨터로 하여금, 제1항의 방법을 수행하게 하는, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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