KR102226690B1 - LOCATION ESTIMATION METHOD AND APPARATUS FOR IoT DEVICE BASED ON BEACON SIGNAL - Google Patents
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Abstract
비콘 신호에 기반한 IoT 기기 위치 추정 방법은 IoT 기기가 서로 다른 위치에 배치된 복수의 비콘 송신기로부터 각각 복수의 비콘 신호를 순차적으로 수신하는 단계, 상기 IoT 기기가 상기 복수의 비콘 신호에서 각각 각도 정보를 추출하고, 신호의 세기를 연산하는 단계, 상기 복수의 비콘 송신기별로 비콘 신호를 전송한 빔 중에서 신호의 세기를 기준으로 타깃 빔을 결정하는 단계 및 상기 복수의 비콘 송신기별로 결정한 타깃 빔의 각도를 기준으로 IoT 기기의 위치를 추정하는 단계를 포함한다.The method for estimating the location of an IoT device based on a beacon signal includes the steps of sequentially receiving a plurality of beacon signals from a plurality of beacon transmitters disposed at different locations by an IoT device, and the IoT device receiving angle information from each of the plurality of beacon signals. Extracting and calculating signal strength, determining a target beam based on the strength of the signal from among beams transmitting beacon signals for each of the plurality of beacon transmitters, and based on the angle of the target beam determined for each of the plurality of beacon transmitters And estimating the location of the IoT device.
Description
이하 설명하는 기술은 비콘 신호를 이용하여 IoT 기기 위치를 추정하는 기법에 관한 것이다.The technique described below relates to a technique for estimating the location of an IoT device using a beacon signal.
통신 기술 발전과 스마트 기기의 대중화에 힘입어 최근 사물 인터넷 기기(IoT 기기)를 활용한 다양한 서비스가 등장하고 있다. IoT 서비스는 기본적으로 IoT 기기의 위치 정보를 활용하는 경우가 많다. 이에 IoT 기기의 위치를 추정하는 기법이 연구되었다. With the development of communication technology and the popularization of smart devices, various services using Internet of Things devices (IoT devices) have recently emerged. IoT services basically use the location information of IoT devices. Accordingly, a technique for estimating the location of IoT devices was studied.
IoT 기기 위치 추정 기법으로 핑거프린트 기반 기법이 있다. 핑거프린트 기법은 Wi-Fi 혹은 BLE(Bluetooth low energy) 기반의 핑거프린트 맵(fingerprint map)을 이용한다. 핑거프린트 기법은 관심지역에 배치된 각각의 AP(access point)로부터 수신되는 RSSI(received signal strength information) 값을 맵 형태로 사전에 생성한다. 이후, 특정 IoT 기기가 해당 위치에서 수신되는 신호의 RSSI 값을 기준으로 어느 위치에 있는지 추정한다.There is a fingerprint-based technique as an IoT device location estimation technique. The fingerprint technique uses a fingerprint map based on Wi-Fi or Bluetooth low energy (BLE). The fingerprint technique pre-generates a value of received signal strength information (RSSI) received from each access point (AP) arranged in an ROI in the form of a map. Thereafter, it is estimated where the specific IoT device is based on the RSSI value of the signal received from the corresponding location.
IoT 기기 위치 추정 기법으로 Wi-Fi를 이용한 AoA(angle of arrival) 기반 기법이 있다. AoA 기법은 IoT 기기가 파일럿 신호를 전송했을 때, 각각의 AP의 안테나 배열에 들어오는 신호의 위상을 분석하여 신호가 들어오는 AoA를 찾는다. 이후 각각의 AP가 획득한 신호의 AoA 값들을 기반으로 IoT 기기가 위치할 것으로 예상되는 영역을 반복적으로 중복시키며 IoT 기기의 위치를 추정한다.As a technique for estimating the location of IoT devices, there is an angle of arrival (AoA) based technique using Wi-Fi. In the AoA technique, when an IoT device transmits a pilot signal, it analyzes the phase of the signal coming into the antenna array of each AP to find the incoming AoA. Thereafter, based on the AoA values of the signals acquired by each AP, the area where the IoT device is expected to be located is repeatedly overlapped to estimate the location of the IoT device.
핑거프린트 기법은 사전에 모든 위치에서의 RSSI 값을 측정하여 핑거프린트 맵을 구축해야만 한다. 따라서 초기 환경 구축이 복잡하고 정확도가 낮다는 단점이 있다. AoA 기법은 핑거프린트 기법 대비 높은 정확도를 가지지만 4개의 AP 사용 시 평균 오차율이 50cm 정도로 그 정확도가 매우 높지는 않다.In the fingerprint technique, a fingerprint map must be constructed by measuring RSSI values at all locations in advance. Therefore, there is a disadvantage that the initial environment construction is complicated and the accuracy is low. The AoA technique has higher accuracy than the fingerprint technique, but the accuracy is not very high as the average error rate is 50cm when using 4 APs.
이하 설명하는 기술은 지향성 안테나를 갖는 복수의 비콘(beacon) 송신기가 방사하는 빔을 이용하여 IoT 기기의 위치를 추정하는 기법을 제공하고자 한다. 이하 설명하는 기술은 5G 통신에서 주목받는 빔포밍 기술을 이용하여 IoT 기기의 위치를 추정하는 기법을 제공하고자 한다. 종래 빔포밍은 데이터 전송량 증대를 위하여 사용되었지만, 이하 설명하는 기술은 IoT 기기의 위치 추정 해상도를 증가시키기 위한 기술로 이용한다.The technique described below is intended to provide a technique for estimating the location of an IoT device using beams radiated by a plurality of beacon transmitters having a directional antenna. The technology described below is intended to provide a technique for estimating the location of an IoT device by using a beamforming technology that is attracting attention in 5G communication. Although conventional beamforming has been used to increase the amount of data transmission, the technique described below is used as a technique for increasing the location estimation resolution of the IoT device.
비콘 신호에 기반한 IoT 기기 위치 추정 방법은 IoT 기기가 서로 다른 위치에 배치된 복수의 비콘 송신기로부터 각각 복수의 비콘 신호를 수신하는 단계, 상기 IoT 기기가 상기 복수의 비콘 신호에서 각각 각도 정보를 추출하고, 신호의 세기를 연산하는 단계, 상기 복수의 비콘 송신기별로 비콘 신호를 전송한 빔 중에서 신호의 세기를 기준으로 타깃 빔을 결정하는 단계 및 상기 복수의 비콘 송신기별로 결정한 타깃 빔의 각도를 기준으로 IoT 기기의 위치를 추정하는 단계를 포함한다.The method for estimating the location of an IoT device based on a beacon signal includes the steps of: receiving a plurality of beacon signals from a plurality of beacon transmitters disposed at different locations by an IoT device, wherein the IoT device extracts angle information from each of the plurality of beacon signals, and , Calculating the signal strength, determining a target beam based on the strength of the signal from among the beams transmitting the beacon signal for each of the plurality of beacon transmitters, and the IoT based on the angle of the target beam determined for each of the plurality of beacon transmitters. And estimating the location of the device.
비콘 신호에 기반한 IoT 기기 위치 추정 장치는 관심지역에서 서로 다른 위치에 배치된 복수의 비콘 송신기로부터 IoT 기기가 수신한 복수의 비콘 신호 각각의 각도 정보 및 신호 세기를 수신하는 입력장치, 복수의 비콘 신호에 대한 각도 정보 및 신호 세기를 기준으로 상기 IoT 기기의 위치를 추정하는 프로그램을 저장하는 저장장치 및 상기 프로그램을 이용하여 상기 신호 세기를 기준으로 상기 복수의 비콘 송신기별로 타깃 빔을 결정하고, 상기 타깃 빔의 각도 정보를 기준으로 상기 IoT 기기의 위치를 추정하는 연산장치를 포함한다.The IoT device location estimation device based on the beacon signal is an input device that receives angle information and signal strength of each of a plurality of beacon signals received by an IoT device from a plurality of beacon transmitters arranged at different locations in a region of interest, and a plurality of beacon signals. A storage device that stores a program for estimating the location of the IoT device based on angle information and signal strength of, and a target beam is determined for each of the plurality of beacon transmitters based on the signal strength using the program, and the target It includes a computing device for estimating the position of the IoT device based on the angle information of the beam.
이하 설명하는 기술은 사전에 필요한 정보 없이 폭이 좁은 빔을 이용하여 매우 정확도로 IoT 기기 위치를 추정한다. 또 이하 설명하는 기술은 안테나 크기가 작은 비콘 송신기를 이용하여 실내에서도 시스템 구축이 용이하다.The technique to be described below estimates the location of an IoT device with high accuracy using a narrow beam without any necessary information in advance. In addition, the technology described below makes it easy to build a system indoors by using a beacon transmitter having a small antenna size.
도 1은 IoT 기기 위치 추정을 위한 시스템에 대한 예이다.
도 2는 비콘 신호 기반한 IoT 기기 위치 추정 과정에 대한 순서도의 예이다.
도 3은 비콘 신호 기반한 IoT 기기 위치 추정 과정에 대한 순서도의 다른 예이다.
도 4는 비콘 신호 기반한 IoT 기기 위치 추정 과정의 예이다.
도 5는 IoT 기기 위치 추정 장치의 블록도의 예이다.
도 6은 IoT 기기 위치 추정 과정의 시뮬레이션 결과이다.1 is an example of a system for estimating the location of an IoT device.
2 is an example of a flow chart for a process of estimating the location of an IoT device based on a beacon signal.
3 is another example of a flow chart for a process of estimating the location of an IoT device based on a beacon signal.
4 is an example of a process of estimating the location of an IoT device based on a beacon signal.
5 is an example of a block diagram of an IoT device location estimation apparatus.
6 is a simulation result of an IoT device location estimation process.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The technology to be described below may be modified in various ways and may have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the technology to be described below with respect to a specific embodiment, and it should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the technology to be described below.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as 1st, 2nd, A, B, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the above terms, and only for the purpose of distinguishing one component from other components. Is only used. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component without departing from the scope of the rights of the technology described below. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In terms of the terms used in the present specification, expressions in the singular should be understood as including plural expressions unless clearly interpreted differently in context, and terms such as "includes" are specified features, numbers, steps, actions, and components. It is to be understood that the presence or addition of one or more other features or numbers, step-acting components, parts or combinations thereof is not meant to imply the presence of, parts, or combinations thereof.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.Prior to the detailed description of the drawings, it is intended to clarify that the division of the constituent parts in the present specification is merely divided by the main function that each constituent part is responsible for. That is, two or more constituent parts to be described below may be combined into one constituent part, or one constituent part may be divided into two or more for each more subdivided function. In addition, each of the constituent units to be described below may additionally perform some or all of the functions of other constituent units in addition to its own main function, and some of the main functions of each constituent unit are different. It goes without saying that it can also be performed exclusively by.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In addition, in performing the method or operation method, each of the processes constituting the method may occur differently from the specified order unless a specific order is clearly stated in the context. That is, each of the processes may occur in the same order as the specified order, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
이하 설명하는 기술은 비콘 송신기가 송신하는 빔을 이용하여 관심지역에 배치된 IoT 기기의 위치를 추정한다. 비콘 송신기는 비콘 신호를 송수신할 수 있는 기기이다. 비콘 송신기는 지향성 안테나를 이용하여 비콘 신호를 송신할 수 있다. 예컨대, 비콘 송신기는 BLE 기반으로 60 GHz대역의 주파수를 사용하여 신호를 송수신할 수 있다. 60 GHz 대역에서의 지향성 안테나는 크기가 매우 작을 뿐만 아니라 빔 폭이 매우 좁은 빔 패턴을 형성할 수 있다. 60 GHz대역의 지향성 안테나는 안테나의 크기가 매우 작다. 따라서, 비콘 송신기에 안테나를 장착하기도 매우 용이하고, 좁은 지역이나 실내에서도 비콘 송신기 배치가 용이하다.The technique described below estimates the location of the IoT device disposed in the region of interest by using the beam transmitted by the beacon transmitter. The beacon transmitter is a device that can transmit and receive beacon signals. The beacon transmitter may transmit a beacon signal using a directional antenna. For example, the beacon transmitter may transmit and receive signals using a frequency of 60 GHz band based on BLE. The directional antenna in the 60 GHz band has a very small size and can form a beam pattern with a very narrow beam width. The directional antenna in the 60 GHz band has a very small antenna size. Therefore, it is very easy to mount an antenna on the beacon transmitter, and it is easy to arrange the beacon transmitter even in a small area or indoors.
이하 설명하는 기술은 복수의 비콘 송신기를 이용한다. 비콘 송신기의 개수는 IoT 기기가 위치하는 영역의 크기 및 형태 등에 따라 달라질 수 있다. The technique described below uses a plurality of beacon transmitters. The number of beacon transmitters may vary depending on the size and shape of the area where the IoT device is located.
IoT 기기는 일정한 정보를 수집하여 전달할 수 있는 객체이다. IoT 기기는 일정한 위치에 고정되거나 이동할 수도 있다. IoT 기기는 일반적으로 무선 통신으로 수집한 정보를 송신한다. 예컨대, IoT 기기는 가전 기기, 환경 정보(온도, 습도 등) 수집 센서, CCTV, 스마트기기, 전력량 검침 기기 등 다양한 유형이 있다.IoT devices are objects that can collect and deliver certain information. IoT devices can be fixed or moved in a certain location. IoT devices generally transmit information collected by wireless communication. For example, there are various types of IoT devices such as home appliances, sensors for collecting environmental information (temperature, humidity, etc.), CCTV, smart devices, and power meter reading devices.
도 1은 IoT 기기 위치 추정을 위한 시스템에 대한 예이다. 도 1은 사각형 형태의 관심지역의 모서리에 4개의 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54)가 배치되는 예이다. 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54)는 빔으로 비콘 신호를 송수신할 수 있다. 비콘 송신기(51, 52, 53 또는 54)는 각각 서로 다른 지향성을 갖는 복수의 빔을 방사할 수 있다. 1 is an example of a system for estimating the location of an IoT device. 1 is an example in which four
IoT 기기(10)는 복수의 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54)가 송신한 비콘 신호를 수신한다. IoT 기기(10)는 비콘 송신기(51, 52, 53 또는 54)가 송신한 복수의 빔을 모두 수신한다. IoT 기기(10)는 비콘 송신기(51, 52, 53 또는 54)가 송신한 복수의 빔을 식별해야 한다. 예컨대, 각 빔을 통해 전달되는 비콘 신호에 비콘 송신기의 식별 정보가 포함될 수 있다. 또는 복수의 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54)가 사전에 설정된 순서에 따라 각각 특정 빔을 방사할 수도 있다. 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54)가 송신하는 빔의 순서는 IoT 기기(10) 위치를 추정하는 객체에 사전에 공유되어야 한다.The
도 2는 비콘 신호 기반한 IoT 기기 위치 추정 과정(100)에 대한 순서도의 예이다. 도 2는 IoT 기기(10)가 자신의 위치를 추정하는 과정에 대한 예이다. 2 is an example of a flow chart for an IoT device
IoT 기기(10)는 복수의 비콘 송신기로부터 빔 기반의 비콘 신호를 수신한다(110). IoT 기기(10)는 일정한 순서에 따라 순차적으로 비콘 신호를 수신할 수 있다. IoT 기기(10)는 수신한 신호의 순서에 따라 현재 수신한 비콘 신호가 어떤 비콘 송신기의 신호인지 식별할 수 있다. 또는 IoT 기기(10)가 비콘 신호에 포함된 비콘 송신기의 식별자를 통해 현재 수신한 비콘 신호가 어떤 비콘 송신기의 신호인지 식별할 수 있다.The
IoT 기기(10)는 수신한 각 빔에 대하여 비콘 신호의 신호 세기 및 각도 정보를 결정한다(120). IoT 기기(10)는 수신한 각 빔에 대하여 신호 세기를 연산한다. 신호 세기는 다양한 기준 내지 함수로 결정될 수 있다. 대표적으로 신호 세기는 RSSI(received signal strength information)의 값으로 표현될 수 있다. 또 IoT 기기(10)는 현재 수신한 비콘 신호에서 각도 정보를 추출한다. IoT 기기(10)는 비콘 송신기별로 복수의 비콘 신호에 대한 신호 세기 및 각도 정보를 구분하여 저장한다. The
IoT 기기(10)는 추출한 정보를 기준으로 자신의 위치를 추정할 수 있다. IoT 기기(10)는 복수의 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54)가 송신한 신호 중 신호의 세기가 뚜렷한 빔을 선택할 수 있다. IoT 기기(10)가 신호의 세기를 기준으로 선택하는 빔을 이하 타깃 빔이라고 명명한다. IoT 기기(10)는 비콘 송신기(51, 52, 53 또는 54) 별로 신호의 세기가 가장 강한 어느 하나의 타깃 빔을 결정한다(130). 경우에 따라서는 비콘 송신기(51, 52, 53 또는 54) 별로 복수의 타깃 빔을 결정할 수도 있다. 예컨대, IoT 기기(10)는 신호의 세기가 가장 강한 상위 몇 개의 빔을 타깃 빔으로 결정할 수도 있다.The
이후 IoT 기기(10)는 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54) 각각에 대하여 결정한 모든 타깃 빔들이 중첩되는 영역을 자신의 위치로 추정할 수 있다(140). IoT 기기(10)는 복수의 타깃 빔들이 중첩되게 서비스하는 영역을 자신의 위치로 결정할 수 있다.Thereafter, the
IoT 기기(10)는 수집한 센싱 데이터와 함께 자신의 위치를 외부에 전송할 수 있다.The
도 3은 비콘 신호 기반한 IoT 기기 위치 추정 과정(200)에 대한 순서도의 다른 예이다. 도 3은 서버(80)가 IoT 기기 위치를 추정하는 과정에 대한 예이다. 3 is another example of a flow chart for an IoT device
복수의 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54)는 빔 기반 비콘 신호를 송신한다(210). 전술한 바와 같이 복수의 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54)는 일정한 순서에 따라 순차적으로 빔을 송신할 수 있다.The plurality of
IoT 기기(10)는 일정한 순서에 따라 순차적으로 비콘 신호를 수신할 수 있다. IoT 기기(10)는 수신한 신호의 순서에 따라 현재 수신한 비콘 신호가 어떤 비콘 송신기의 신호인지 식별할 수 있다. 또는 IoT 기기(10)가 비콘 신호에 포함된 비콘 송신기의 식별자를 통해 현재 수신한 비콘 신호가 어떤 비콘 송신기의 신호인지 식별할 수 있다. IoT 기기(10)는 수신한 각 빔에 대하여 비콘 신호의 신호 세기 및 각도 정보를 결정한다. IoT 기기(10)는 수신한 각 빔에 대하여 신호 세기를 연산한다. 신호 세기는 다양한 기준 내지 함수로 결정될 수 있다. 대표적으로 신호 세기는 RSSI(received signal strength information)의 값으로 표현될 수 있다. 또 IoT 기기(10)는 현재 수신한 비콘 신호에서 각도 정보를 추출한다. The
IoT 기기(10)는 비콘 송신기별로 비콘 신호에 대한 신호 세기 및 각도 정보를 서버(80)에 전달할 수 있다(220). The
서버(80)는 복수의 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54)가 송신한 신호 중 신호의 세기가 뚜렷한 빔을 선택하고, 선택한 빔들이 중첩되는 영역을 IoT 기기(10)의 위치로 추정할 수 있다. The
서버(80)는 IoT 기기(10)로부터 전달받은 정보를 기준으로 IoT 기기(10) 위치를 추정할 수 있다. 서버(80)는 복수의 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54)가 송신한 신호 중 신호의 세기가 뚜렷한 타깃 빔을 결정한다(230). 서버(80)는 비콘 송신기(51, 52, 53 또는 54) 별로 신호의 세기가 가장 강한 어느 하나의 타깃 빔을 결정한다(130). 경우에 따라서 서버(80)는 비콘 송신기(51, 52, 53 또는 54) 별로 복수의 타깃 빔을 결정할 수도 있다. 서버(80)는 비콘 신호에 대한 각도 정보를 기준으로 결정한 타깃 빔들에 대한 각도를 결정할 수 있다(230).The
서버(80)는 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54) 각각에 대하여 결정한 모든 타깃 빔들이 중첩되는 영역을 결정한다(240). 서버(80)는 복수의 타깃 빔들이 중첩되게 서비스하는 영역을 IoT 기기(10) 위치로 결정할 수 있다(250).The
서버(80)는 IoT 기기(10)의 위치를 외부에 전송할 수 있다.The
도 4는 비콘 신호 기반한 IoT 기기 위치 추정 과정의 예이다. 관심지역에는 N개의 비콘 송신기가 있을 수 있다. 도 4는 4개의 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54)를 예로 도시한다. 도 4는 서버(80)가 IoT 기기(10)의 위치를 추정하는 예이다.4 is an example of a process of estimating the location of an IoT device based on a beacon signal. There may be N beacon transmitters in the region of interest. 4 shows four
비콘 송신기(51)가 송신한 비콘 신호를 중심으로 설명한다. 비콘 송신기(51)는 지향성 안테나를 이용하여 서로 다른 지향성을 갖는 복수의 빔을 방사한다. 비콘 송신기(51)는 n개의 빔(kn = K1, K2,...,Kn)을 방사한다. The beacon signal transmitted by the
IoT 기기(10)는 비콘 송신기(51)로부터 kn개의 빔을 순차적으로 수신한다. kn개의 빔을 통해 송신된 비콘 신호 해당 빔의 각도 정보 를 포함한다. 은 n 번째 비콘 송신기에서 kn 번째 빔을 통해 송신된 비콘 신호를 의미한다. 이는 의 함수로 표현될 수 있다. The
각각의 빔에 대한 신호를 동일한 이득으로 수신하기 위하여, IoT 기기(10)는 전 방향으로 동일하게 방사하는 전방향 패턴(omni-pattern) 안테나를 사용한다고 가정한다. 사각 지역이 생기는 것을 방지하기 위해 n 번째 비콘 송신기(예컨대, 비콘 송신기(51))는 BWn의 빔폭을 갖는 지향성 안테나를 이용하여 빔 스캐닝(beam scanning)을 진행할 수 있다. 이때 빔 스캐닝의 해상도(resolution)는 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.In order to receive signals for each beam with the same gain, it is assumed that the
IoT 기기(10)는 수신한 비콘 신호의 신호 세기(RSSI 값)인 및 를 결정한다. IoT 기기(10)는 비콘 신호에 대한 신호 세기와 각도 정보를 서버(80)에 전송한다. IoT 기기(10)는 비콘 송신기(51)가 송신한 모든 비콘 신호에 대하여 신호 세기와 각도 정보를 서버(80)에 전송한다.The
비콘 송신기(52, 53 및 54)도 동일한 과정을 통해 빔으로 비콘 신호를 송신한다. IoT 기기(10)는 비콘 송신기별로 개별 비콘 송신기가 송신한 개별 빔에 대해서도 동일하세 신호세기를 측정하고, 각도 정보를 추출한다. IoT 기기(10)는 모든 비콘 송신기(51, 52, 53 및 54)에 대하여 비콘 신호에서 신호 세기와 각도 정보를 결정하고, 이를 서버(80)에 전송한다.The
서버(80)는 비콘 송신기 별로 비콘 신호 중 RSSI값이 가장 큰 타깃 빔을 결정한다. 그리고 서버(80)는 n 번째 타깃 빔의 각도 정보를 기준으로 빔 각도를 결정한다. 를 타깃 빔 각도라고 명명한다. n 번째 타깃 빔이 서비스할 수 있는 영역을 라고 한다. n 번째 타깃 빔에 대한 타깃 빔 각도는 아래 수학식 2와 같이 결정될 수 있다.The
서버(80)는 개별 비콘 송신기별로 타깃 빔과 타깃 빔 각도를 결정한다. 결국 서버(80)는 복수의 타깃 빔 각도를 결정하게 된다. 서버(80)는 복수의 타깃 빔 각도 집합을 보유하게 된다. 서버는 복수의 타깃 빔 각도가 중첩되는 영역 을 IoT 기기(10)가 위치하는 영역으로 추정한다. 이다.The
도 5는 IoT 기기의 위치 추정 장치(300)의 블록도의 예이다. IoT 기기의 위치 추정 장치(300)는 전술한 IoT 기기(10) 또는 서버(80)에 해당할 수 있다. IoT 기기 위치 추정 장치(300)는 물리적으로 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 위치 추정 장치(300)는 PC와 같은 컴퓨터 장치, 네트워크의 서버, 위치 추정 전용 칩셋 등의 형태를 가질 수 있다. 컴퓨터 장치는 스마트 기기 등과 같은 모바일 기기를 포함할 수 있다. 위치 추정 장치(300)는 저장 장치(310), 메모리(320), 연산장치(330), 인터페이스 장치(340) 및 통신 장치(350)를 포함한다. 5 is an example of a block diagram of an
저장 장치(310)는 비콘 신호에 대한 각도 정보 및 신호 세기를 기준으로 IoT 기기의 위치를 추정하는 프로그램 내지 소스 코드를 저장한다. 저장 장치(310)는 수신한 데이터 및 정보를 저장할 수 있다. 예컨대, 저장 장치(310)는 비콘 신호 패킷, 비콘 신호의 각도 정보 및 비콘 신호의 세기 중 적어도 하나를 저장할 수 있다.The
메모리(320)는 위치 추정 장치(300)가 수신한 정보 및 위치 추정 과정에서 생성되는 데이터를 저장할 수 있다. 예컨대, 메모리(320)는 비콘 신호의 각도 정보 및 비콘 신호의 세기 등을 저장할 수 있다.The
인터페이스 장치(340)는 외부로부터 일정한 명령 및 데이터를 입력받는 장치이다. 인터페이스 장치(340)는 물리적으로 연결된 입력 장치 또는 외부 저장 장치로부터 비콘 신호에 대한 정보(비콘 신호 별 신호 세기 및 각도 정보)를 입력받을 수 있다. 인터페이스 장치(340)는 위치 추정을 위한 코드 및 모델을 입력받을 수 있다. The
통신 장치(350)는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 일정한 정보를 수신하고 전송하는 구성을 의미한다. 통신 장치(350)는 비콘 송신기로부터 비콘 신호를 수신할 수 있다. 통신 장치(350)는 IoT 기기로부터 비콘 신호에 대한 신호 세기 및 각도 정보를 수신할 수 있다. 통신 장치(350)는 추정한 IoT 기기 위치를 외부 객체로 송신할 수 있다.The
통신 장치(350) 내지 인터페이스 장치(340)는 외부로부터 일정한 데이터 내지 명령을 전달받는 장치이다. 통신 장치(350) 내지 인터페이스 장치(340)를 입력장치라고 명명할 수 있다.The
연산 장치(330)는 저장장치(310)에 프로그램을 이용하여 신호 세기 및 각도 정보를 기준으로 IoT 기기의 위치를 추정한다. 연산 장치(330)는 전술한 과정을 통해 신호 세기를 기준으로 복수의 비콘 송신기별로 타깃 빔을 결정할 수 있다. 연산 장치(330)는 전술한 과정을 통해 타깃 빔 각도를 기준으로 IoT 기기의 위치를 추정할 수 있다. 연산 장치(330)는 데이터를 처리하고, 일정한 연산을 처리하는 프로세서, AP, 프로그램이 임베디드된 칩과 같은 장치일 수 있다.The
도 6은 IoT 기기 위치 추정 과정의 시뮬레이션 결과이다. 전술한 IoT 기기 위치 추정 기법은 빔포밍 기술을 이용한다. 세밀한 빔포밍을 이용하여 IoT 기기 위치를 추정한다. 시뮬레이션 환경은 도 6과 같이 구성하였다. 도 6에서 볼 수 있듯이 관심지역은 사각형 모양으로 이루어져 있고 각각의 비콘 송신기는 각 모서리에 위치한다고 가정하였다. 도 6에서 비콘 송신기는 검은색 점으로 표시하였다. 도 6에서 IoT 기기는 빨간 점으로 표시하였다. IoT 기기는 관심지역에서 임의의 영역에 위치한다고 가정하였다. 전술한 방법과 같이 각각의 비콘 송신기에서 빔 스캐닝을 통하여 RSSI가 가장 큰 빔을 선택하고, 모든 비콘에서의 선택된 빔들이 겹치는 영역을 IoT 기기가 위치하는 곳이라 추정하였다. 도 6 하단은 IoT 기기 위치로 추정된 영역을 확대한 도면이다. 도 6 하단에서 복수의 타깃 빔이 중첩된 영역을 파란색으로 표시하였다. IoT 기기 위치는 타깃 빔들이 중첩하는 파란색 영역 내에 위치하는 것을 확인할 수 있다.6 is a simulation result of an IoT device location estimation process. The aforementioned IoT device location estimation technique uses a beamforming technique. The location of the IoT device is estimated using detailed beamforming. The simulation environment was configured as shown in FIG. 6. As shown in FIG. 6, it is assumed that the region of interest has a square shape and each beacon transmitter is located at each corner. In FIG. 6, beacon transmitters are indicated by black dots. In FIG. 6, IoT devices are indicated by red dots. It is assumed that the IoT device is located in an arbitrary area in the region of interest. As in the above-described method, each beacon transmitter selects a beam having the largest RSSI through beam scanning, and an area where the selected beams in all beacons overlap is estimated as the location where the IoT device is located. The lower part of FIG. 6 is an enlarged view of an area estimated as an IoT device location. In the lower part of FIG. 6, an area in which a plurality of target beams overlap is indicated in blue. It can be seen that the IoT device location is located within the blue area where the target beams overlap.
또한, 상술한 바와 같은 IoT 기기 위치 추정 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 실행가능한 알고리즘을 포함하는 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현될 수 있다. 상기 프로그램은 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다.In addition, the method for estimating the location of the IoT device as described above may be implemented as a program (or application) including an executable algorithm that can be executed on a computer. The program may be provided by being stored in a non-transitory computer readable medium.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.The non-transitory readable medium refers to a medium that stores data semi-permanently and can be read by a device, rather than a medium that stores data for a short moment, such as a register, a cache, and a memory. Specifically, the above-described various applications or programs may be provided by being stored in a non-transitory readable medium such as a CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM, or the like.
본 실시례 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시례는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.The present embodiment and the accompanying drawings are merely illustrative of some of the technical ideas included in the above-described technology, and those skilled in the art can easily be used within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the above-described technology. It will be apparent that all of the modified examples and specific embodiments that can be inferred are included in the scope of the rights of the above-described technology.
10 : IoT 기기
51, 52, 53, 54 : 비콘 송신기
80 : 서버
300 : IoT 기기 위치 추정 장치
310 : 저장장치
320 : 메모리
330 : 연산장치
340 : 인터페이스 장치
350 : 통신장치10: IoT device
51, 52, 53, 54: beacon transmitter
80: server
300: IoT device location estimation device
310: storage device
320: memory
330: operation device
340: interface device
350: communication device
Claims (11)
상기 IoT 기기가 상기 복수의 비콘 송신기가 각각 송신하는 상기 복수의 비콘 신호에서 각각 각도 정보를 추출하고, 신호의 세기를 연산하는 단계;
상기 IoT 기기는 상기 복수의 비콘 송신기별로 복수의 비콘 신호에 대한 상기 신호의 세기 및 상기 각도 정보를 저장하는 단계;
상기 복수의 비콘 송신기별로 비콘 신호를 전송한 빔 중에서 신호의 세기가 가장 큰 빔을 타깃 빔으로 결정하는 단계; 및
상기 복수의 비콘 송신기에 대하여 각각 결정한 복수의 타깃 빔의 각도를 기준으로 상기 복수의 타깃 빔이 중첩되는 영역을 상기 IoT 기기의 위치로 추정하는 단계를 포함하되,
상기 복수의 비콘 송신기 각각은 빔 포밍 기술로 각각 서로 다른 지향 방향을 갖는 상기 복수의 비콘 신호를 하나씩 시간대를 달리하여 순차적으로 송신하고,
상기 비콘 신호는 비콘 송신기의 식별자 및 현재 송신되는 빔의 정보를 포함하고,
상기 비콘 송신기의 식별자 및 상기 빔의 정보를 이용하여 상기 복수의 타깃 빔의 각도가 결정되고,
상기 IoT 기기는 전방향 패턴 안테나를 사용하여 신호를 수신하는 비콘 신호에 기반한 IoT 기기 위치 추정 방법.Sequentially receiving a plurality of beacon signals from a plurality of beacon transmitters disposed at different locations by an IoT device;
Extracting angle information from each of the plurality of beacon signals transmitted by the plurality of beacon transmitters, by the IoT device, and calculating signal strength;
The IoT device storing the signal strength and the angle information for a plurality of beacon signals for each of the plurality of beacon transmitters;
Determining a beam having the largest signal strength among the beams transmitting beacon signals for each of the plurality of beacon transmitters as a target beam; And
Including the step of estimating a region where the plurality of target beams overlap as the location of the IoT device based on the angles of the plurality of target beams respectively determined with respect to the plurality of beacon transmitters,
Each of the plurality of beacon transmitters sequentially transmits the plurality of beacon signals each having a different orientation direction by using a beamforming technology in different time zones
The beacon signal includes an identifier of a beacon transmitter and information of a currently transmitted beam,
Angles of the plurality of target beams are determined using the identifier of the beacon transmitter and the information of the beam,
The IoT device is an IoT device location estimation method based on a beacon signal for receiving a signal using an omni-directional pattern antenna.
상기 IoT 기기는 상기 복수의 비콘 신호에 대한 상기 각도 정보 및 상기 신호의 세기를 서버에 전송하는 단계를 더 포함하고,
상기 서버가 상기 타깃 빔의 각도를 기준으로 상기 IoT 기기의 위치를 추정하는 비콘 신호에 기반한 IoT 기기 위치 추정 방법.The method of claim 1,
The IoT device further comprises transmitting the angle information of the plurality of beacon signals and the strength of the signal to a server,
IoT device location estimation method based on a beacon signal in which the server estimates the location of the IoT device based on the angle of the target beam.
복수의 비콘 신호에 대한 각도 정보 및 신호 세기를 기준으로 상기 IoT 기기의 위치를 추정하는 프로그램을 저장하는 저장장치; 및
상기 프로그램을 이용하여 상기 신호 세기를 기준으로 상기 복수의 비콘 송신기별로 신호 세기가 가장 큰 빔을 타깃 빔으로 결정하고, 상기 복수의 비콘 송신기에 대하여 결정한 복수의 타깃 빔의 각도를 기준으로 상기 복수의 타깃 빔이 중첩되는 영역을 상기 IoT 기기의 위치로 추정하는 연산장치를 포함하되,
상기 복수의 비콘 신호는 상기 복수의 비콘 송신기로부터 각각 서로 다른 지향 방향을 갖는 빔으로 전송되되, 상기 복수의 비콘 송신기 각각은 빔 포밍 기술로 각각 서로 다른 지향 방향을 갖는 상기 복수의 비콘 신호를 하나씩 시간대를 달리하여 순차적으로 송신하고,
상기 비콘 신호는 비콘 송신기의 식별자 및 현재 송신되는 빔의 정보를 포함하고,
상기 비콘 송신기의 식별자 및 상기 빔의 정보를 이용하여 상기 복수의 타깃 빔의 각도가 결정되고,
상기 IoT 기기는 전방향 패턴 안테나를 사용하여 신호를 수신하는 비콘 신호에 기반한 IoT 기기 위치 추정 장치.An input device for receiving angle information and signal strength of each of a plurality of beacon signals sequentially received by an IoT device from a plurality of beacon transmitters disposed at different locations in a region of interest;
A storage device for storing a program for estimating the location of the IoT device based on angle information and signal strength of a plurality of beacon signals; And
Using the program, a beam having the highest signal strength for each of the plurality of beacon transmitters is determined as a target beam based on the signal strength, and the plurality of target beams determined for the plurality of beacon transmitters are used as a reference. Including a computing device for estimating the area where the target beam overlaps as the location of the IoT device,
The plurality of beacon signals are transmitted from the plurality of beacon transmitters as beams each having a different directional direction, and each of the plurality of beacon transmitters uses a beamforming technology to each of the plurality of beacon signals having different directional directions. Differently and sequentially transmit,
The beacon signal includes an identifier of a beacon transmitter and information of a currently transmitted beam,
Angles of the plurality of target beams are determined using the identifier of the beacon transmitter and the information of the beam,
The IoT device is an IoT device location estimation device based on a beacon signal that receives a signal using an omni-directional pattern antenna.
상기 각도 정보 및 상기 신호 세기는 상기 IoT 기기가 결정하여 입력받는 값인 비콘 신호에 기반한 IoT 기기 위치 추정 장치.The method of claim 7,
The device for estimating the location of an IoT device based on a beacon signal, wherein the angle information and the signal strength are values determined and received by the IoT device.
상기 저장장치는 상기 입력장치를 통해 전달되는 상기 각도 정보 및 상기 신호 세기를 상기 비콘 송신기별로 구분하여 저장하는 비콘 신호에 기반한 IoT 기기 위치 추정 장치.
The method of claim 7,
The storage device is an IoT device location estimation device based on a beacon signal that separates and stores the angle information and the signal strength transmitted through the input device for each of the beacon transmitters.
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