KR102263092B1 - 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치 및 방법 - Google Patents

프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

프로그래머블 게이트 어레이(FPGA; Field Programmable Gate Array)로 구현한 시각 동기 모듈을 이용하여 다수의 비콘이 송신하는 신호를 감시하고, 비콘 상태에 따라 실시간으로 동기를 맞추도록 한 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치 및 방법에 관한 것으로서, 시각 동기화 모듈에서 메인 서버로부터 전송된 시각 동기 시작 신호를 수신하면 복수의 무선 단말로 클록 및 동기신호를 출력하고, 복수의 무선 단말로부터 전송된 Advertising 신호의 시간 간격을 확인하여 시각 오차 발생을 판단한 후, 시각 오차 발생으로 판단되면 시각 동기 신호를 생성하고, 생성한 시각 동기 신호를 복수의 단말에 전송하여 복수의 단말 간 동기화를 실시간으로 구현한다.

Description

프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치 및 방법{Time synchronization apparatus and method using programmable gate array}
본 발명은 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA; Field Programmable Gate Array)로 구현한 시각 동기 모듈을 이용하여 다수의 비콘이 송신하는 신호를 감시하고, 비콘 상태에 따라 실시간으로 동기를 맞추도록 한 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 네트워크에서 비콘들은 무선 디바이스들 간의 중요한 제어 정보를 전달하는 데 광범위하게 사용된다.
특히, 고정밀 BLE(Bluetooth Low Energy) 측위 시스템은 데이터 수신율이 위치 측정에 매우 밀접하게 관여한다. 높은 데이터 수신율이 측위의 신뢰성을 높일 수 있다.
일반적인 비콘을 이용한 위치 측정 시스템은 3개 이상의 비콘으로부터 송신된 RSSI 값을 수신받아 삼각측량법을 사용하여 위치를 측정하는 데, 상당한 위치 오차를 발생하여 측위 데이터 보정이 필요하다. 특히, 멀티패스로 인한 신뢰성이 낮은 데이터와, 시각 동기가 이루어지지 않은 채 다수의 BLE에서 송신된 Advertising 신호를 전송할 경우, 패킷 간 충돌이 발생하여 데이터 수신율이 감소하고, 이로 인해 보정에 사용할 데이터가 적어 측위 성능이 저하된다.
따라서 비콘을 이용한 측위 시스템에서는 패킷 충돌과 같은 이유로 발생하는 데이터 손실을 최소화하기 위해서 다양한 시각 동기 방법이 연구되고 있으며, 그 예로 정해진 시간에 동기(Sync) 신호를 생성 및 전송하여 시각을 동기화하는 것이다.
그러나 이러한 방법은 정해진 시간에 무조건 동기 신호를 생성 및 전송하여 시각을 동기화하는 방법으로서, 비콘의 상태를 실시간으로 확인하는 것이 어려워 시각 동기 타이밍을 정확히 맞추는 것이 어려운 단점이 있다. 특히 복수의 비콘을 사용하는 무선 통신 시스템에서 비콘의 시각 동기화가 이루어진 상태에서도, 정해진 시간에 동기 신호를 생성하여 시각 동기화를 수행하므로, 불필요한 시각 동기화에 따라 재원 낭비가 발생하는 단점이 있다.
한편, 무선 통신 시스템에서 시간 동기화를 위해 종래에 제안된 또 다른 기술이 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 은 비콘 신호를 생성하여 전송하는 코디네이터와 주변 장치 간의 통신 시에, 비콘 신호 외에 시간 정보와 스케줄 정보를 포함하는 데이터 패킷을 주기적으로 전송함으로써 주변 장치가 비콘 신호를 손실하는 경우에도 시간을 동기화시킬 수 있는 동기화 방법 및 통신 장치를 제공한다.
그러나 이러한 종래기술은 주변 장치가 비콘 신호를 손실하는 경우에 시간 동기화를 구현하는 것으로서, 실시간으로 비콘의 상태를 확인하는 것은 불가능하고, 복수 비콘의 실시간 시각 동기화를 구현하는 것도 불가능한 단점이 있다.
대한민국 공개특허 10-2008-0049577(2008.06.04. 공개)(무선 통신 시스템의 시간 동기화 방법 및 장치)
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 무선 통신 시스템에서 시각 동기화를 구현하는 방법 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA; Field Programmable Gate Array)로 구현한 시각 동기 모듈을 이용하여 다수의 비콘이 송신하는 신호를 감시하고, 비콘 상태에 따라 실시간으로 동기를 맞추도록 한 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치"는, 시각 동기화 시작 또는 중지 신호를 전송하는 메인 서버; 주기적으로 Advertising 신호를 전송하는 복수의 무선 단말; 상기 메인 서버로부터 시각 동기화 시작 신호를 수신하면 상기 복수의 무선 단말로부터 주기적으로 전송되는 Advertising 신호를 기초로 무선 단말 간의 시각을 확인하고, 시각 오차 발생시 상기 복수의 무선 단말에 동기 신호를 전송하여 시각을 동기화하는 시각 동기화 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 시각 동기화 모듈은 시각 오차 발생시 오차 발생 다음 사이클에서 상기 복수의 무선 단말의 시각 동기화를 구현하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 시각 동기화 모듈은 복수의 무선 단말에서 전송되는 Advertising 신호의 시간 간격을 기초로 시각 오차 발생 유무를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 시각 동기화 모듈은 상기 메인 서버로부터 전송된 시각 동기화 시작 신호를 수신하는 통신부; 상기 복수의 무선 단말로부터 전송된 비콘 신호를 수신하는 저전력 블루투스부; 시각 동기 알고리즘을 탑재하고, 상기 저전력 블루투스부에서 수신한 복수의 무선 단말의 Advertising 신호의 시간 간격을 기초로 시각 오차 발생 유무를 판단하고, 시각 오차 발생시 동기 신호를 생성하는 프로그래머블 게이트 어레이; 상기 프로그래머블 게이트 어레이에서 생성한 동기 신호를 상기 복수의 무선 단말로 전송하는 동기 신호 전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 시각 동기화 모듈은 시각 동기 모듈의 상태를 시각적으로 표시하는 상태 표시부; 시각 동기 제어를 위한 프로그램을 내장한 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 프로그래머블 게이트 어레이는 상기 통신부 및 저전력 블루투스부의 데이터를 수신하는 데이터 수신모듈; 상기 데이터 수신모듈에서 수신한 복수의 무선 단말의 Advertising 신호의 시간 간격을 계산하여 시각 오차 발생 유무를 판단하는 시각 오차 판단모듈; 상기 시각 오차 판단모듈에서 시각 오차 발생시 상기 복수의 무선 단말의 동기화를 위해 클록 및 동기 신호를 생성하여 동기화를 제어하고 시각 동기화 모듈의 상태 표시를 제어하는 제어부; 상기 제어부에서 생성한 클록 및 동기신호를 복수의 무선 단말에 전송하는 동기신호 출력부; 상기 제어부의 시각 동기화 모듈의 상태 표시 제어에 따라 시각 동기화 모듈의 상태를 시각적으로 표시해주는 시각 동기 상태표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치"는, (a) 시각 동기화 모듈에서 메인 서버로부터 전송된 시각 동기 시작 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 시각 동기화 모듈에서 복수의 무선 단말로 클록 및 동기신호를 출력하는 단계; (c) 상기 시각 동기화 모듈에서 복수의 무선 단말로부터 전송된 Advertising 신호의 시간 간격을 확인하여 시각 오차 발생을 판단하는 단계; (d) 상기 시각 동기화 모듈에서 상기 (c)단계의 확인 결과 시각 오차 발생으로 판단되면 시각 동기 신호를 생성하고, 생성한 시각 동기 신호를 복수의 단말에 전송하여 복수의 단말 간 동기화를 구현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (c)단계는 복수의 무선 단말로부터 각각 전송된 Advertising 신호를 카운트하여 무선 모듈 간의 시간 간격 값을 산출하고, 산출한 시간 간격 값을 시각 오차 발생 판단을 위해 미리 설정된 평균 시간 간격 값과 비교하여 시각 오차 발생 유무를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA; Field Programmable Gate Array)로 구현한 시각 동기 모듈을 이용하여 다수의 무선 단말(비콘)이 송신하는 신호를 감시하고, 비콘 상태에 따라 실시간으로 동기를 맞출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치의 구성도,
도 3은 도 2의 프로그래머블 게이트 어레이의 실시 예 구성도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에서 무선 단말 간의 시간 간격을 추출하는 개념도,
도 5는 본 발명에서 무선 단말 간의 시각 오차 발생을 판단하는 개념도,
도 6은 본 발명에서 무선 단말 간의 시각 오차 발생시 시각 동기화하는 개념도,
도 7은 본 발명에 따른 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기방법을 보인 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기개념도로서, 저전력 블루투스(BLE)를 내장한 시각 동기 모듈(1)에서 초기에 복수의 무선 단말(예를 들어, 비콘일 수 있음)(BLE1 - BLE4)에 클록(CLK) 및 동기신호(SYNC)를 제공하여 각 무선 단말 간의 시각 동기를 맞추어 준다. 여기서 본 발명에서는 복수의 무선 단말로 4개의 무선 단말을 이용하는 것으로 설명하나 이것에 한정되는 것은 아니다. 무선 단말을 4개로 가정한 것은 본 발명의 설명을 위한 실시 예에 불과하며, 더 적은 수의 무선 단말이나 더 많은 수의 무선 단말에서도 본 발명의 시각 동기 방식이 동일하게 적용됨을 당해 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 자명하다 할 것이다.
시각 동기가 이루어진 복수의 무선 단말(BLE1 - BLE4)은 주기적으로 Advertising 신호(이하, "Adv.신호"라고 명명한다)를 송신한다.
시각 동기 모듈(1)은 복수의 무선 단말에서 전송된 Adv.신호를 실시간으로 모니터링하여 무선 단말 간의 시간 간격을 확인하여 시각 오차 발생 유무를 판단한다(인지 기능). 이어, 시각 오차가 발생한 것으로 판단이 되면, 시각 동기화를 위한 동기 신호를 생성하여 복수의 무선 단말에 전송한다(시각 동기 보정기능). 동기 신호를 수신한 각각의 무선 단말은 시각 동기화를 하고, 이어 보정된 Adv.신호를 발신하며, 시각 동기 모듈(1)은 시각 동기화 후 수신된 Adv.신호를 확인하여 시각 동기화 유무를 판단한다(시각 동기화 확인기능).
도 2는 상기와 같은 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기개념을 이용하여 시각 동기화를 구현하는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치는 메인 서버(100), 시각 동기화 모듈(200) 및 무선 단말(300)을 포함한다.
메인 서버(100)는 시각 동기화 시작(Start) 또는 중지(Stop) 신호를 시각 동기화 모듈(200)에 전송하여 시각 동기화를 제어하는 역할을 한다.
무선 단말(300)은 클록 및 동기 신호(CLK 및 SYNC)를 수신하면 동기화를 수행한 후 주기적으로 Adv.신호를 송신하는 역할을 한다. 도 2의 무선 단말(300)은 비컨(Beacon)을 실시 예로 설명하며, 도면에는 1개만 도시되었으나 이것은 설명의 편의를 위해 하나만 도시한 것이며, 본 발명에서는 실시 예로 4개의 무선 단말이 운영되는 것으로 가정한다.
시각 동기화 모듈(200)은 상기 메인 서버(100)로부터 시각 동기화 시작 신호를 수신하면 상기 복수의 무선 단말(300)로부터 주기적으로 전송되는 Adv.신호를 기초로 무선 단말 간의 시각을 확인하고, 시각 오차 발생시 상기 복수의 무선 단말(300)에 동기 신호를 전송하여 무선 단말 간의 시각 동기화를 구현하는 역할을 한다.
이러한 시각 동기화 모듈(200)은 시각 오차 발생시 오차 발생 다음 사이클(cycle)에서 상기 복수의 무선 단말(300)의 시각 동기화를 구현하며, 복수의 무선 단말(300)에서 전송되는 Adv.신호의 시간 간격을 기초로 시각 오차 발생 유무를 판단한다.
상기 시각 동기화 모듈(200)은 클록 생성 및 동기 신호 생성을 위한 주파수를 제공하는 발진기(210), 상기 메인 서버(100)로부터 전송된 시각 동기화 시작 신호를 수신하는 통신부(270), 상기 복수의 무선 단말(300)로부터 전송된 비콘 신호를 수신하는 저전력 블루투스부(230), 시각 동기 알고리즘을 탑재하고, 상기 저전력 블루투스부(230)에서 수신한 복수의 무선 단말의 Adv.신호의 시간 간격을 기초로 시각 오차 발생 유무를 판단하고, 시각 오차 발생시 동기 신호를 생성하는 프로그래머블 게이트 어레이(220), 상기 프로그래머블 게이트 어레이(220)에서 생성한 동기 신호를 상기 복수의 무선 단말(300)로 전송하는 동기 신호 전송부(240)를 포함한다.
또한, 상기 시각 동기화 모듈(200)은 시각 동기 모듈의 상태를 시각적으로 표시하는 상태 표시부(250), 시각 동기 제어를 위한 프로그램을 내장한 메모리(260)를 더 포함할 수 있다.
상기 프로그래머블 게이트 어레이(200)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 통신부(270) 및 저전력 블루투스부(230)의 데이터를 수신하는 데이터 수신모듈(221), 상기 데이터 수신모듈(221)에서 수신한 복수의 무선 단말(300)의 Adv.신호의 시간 간격을 계산하여 시각 오차 발생 유무를 판단하는 시각 오차 판단모듈(222), 상기 시각 오차 판단모듈(222)에서 시각 오차 발생시 상기 복수의 무선 단말(300)의 동기화를 위해 클록 및 동기 신호를 생성하여 동기화를 제어하고 시각 동기화 모듈의 상태 표시를 제어하는 제어부(223), 상기 제어부(223)에서 생성한 클록 및 동기신호를 복수의 무선 단말(300)에 전송하는 동기신호 출력부(224), 상기 제어부(223)의 시각 동기화 모듈의 상태 표시 제어에 따라 시각 동기화 모듈의 상태를 시각적으로 표시해주는 시각 동기 상태표시부(225)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 메인 서버(100)는 시각 동기화 모듈(200)로 UART를 통해 시각 동기화 시작(Start) 신호를 전송한다.
시각 동기화 모듈(200)은 통신부(270)를 통해 메인 서버(100)로부터 전송된 시각 동기화 시작 신호를 수신한다. 시각 동기화 시작 신호를 수신하면, 프로그래머블 게이트 어레이(200)에서 클록(CLK) 및 동기신호(SYNC)를 생성하여 동기신호 전송부(240)에 전달한다. 동기신호 전송부(240)는 수신한 클록 및 동기신호를 무선 단말(300)로 전송하여, 초기에 무선 단말(300)을 시각 동기화한다.
무선 단말(300)은 클록 및 동기 신호(CLK 및 SYNC)를 수신하면 동기화를 수행한 후, 주기적으로 Adv.신호를 송신한다. 여기서 복수의 무선 단말은 각각 자신만의 송신 주기를 통해 Adv.신호(장치 ID 및 RSSI값)를 송신하게 되는 데, 이때 복수의 무선 단말 간에 송신 주기가 동일해지면 패킷 충돌이 발생하여 측위 오차를 유발한다.
따라서 이러한 측위 오차를 해소하기 위해서, 시각 동기화 모듈(200)은 저전력 블루투스부(230)를 통해 상기 복수의 무선 단말(300)로부터 전송된 Adv.신호를 실시간으로 감시하여 시각 오차 발생 여부를 판단한다.
즉, 시각 동기화 모듈(200)의 프로그래머블 게이트 어레이(220)는 데이터 수신 모듈(221)을 이용하여 무선 단말(300)로부터 전송된 Adv.신호(iBeacon_Tx)를 수신하여 시각 오차 판단모듈(222)에 전달한다.
시각 오차 판단모듈(222)은 상기 데이터 수신모듈(221)에서 수신한 복수의 무선 단말(300)의 Adv.신호(Rx_Byte[7:0])의 시간 간격을 계산하여 시각 오차 발생 유무를 판단한다.
이를 위해 시각 오차 판단모듈(222)은 내부의 프리-카운터를 이용하여 각각의 무선 모듈의 Adv.신호의 시간 간격을 카운트한다. 즉, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 첫 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신되면 프리-카운터를 이용하여 두 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신될 때까지 카운트를 하고, 두 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신되면 첫 번째 카운팅을 종료하고 카운팅 값을 저장한다. 이어, 다시 프리-카운터를 이용하여 세 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신될 때까지 카운트를 하고, 세 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신되면 두 번째 카운팅을 종료하고 카운팅 값을 저장한다. 이러한 방식으로 마지막 무선 단말(BLE4)로부터 Adv.신호가 수신될 때까지 각각의 무선 단말 간의 시간 간격을 추출한다.
이를 정리하면 다음과 같다.
BLE1 수신 시 프리-카운트를 시작하고, BLE2 수신을 하면 BLE1과 BLE2 간의 시간 간격(ΔT1)을 추출한다(ΔT1 = BLE2 수신 시간 - 0ns(초기값)). 여기서 T1은 BLE1과 BLE2 간의 지연 시간이다.
이어, BLE2 수신 시 프리-카운트를 시작하고, BLE3 수신을 하면 BLE2과 BLE3 간의 시간 간격(ΔT2)을 추출한다(ΔT2 = BLE3 수신 시간 - ΔT1). 여기서 T2는 BLE2과 BLE3 간의 지연 시간이다.
아울러 BLE3 수신 시 프리-카운트를 시작하고, BLE4 수신을 하면 BLE3과 BLE4 간의 시간 간격(ΔT3)을 추출한다(ΔT3 = BLE4 수신 시간 - (ΔT1 + ΔT2). 여기서 T3은 BLE3과 BLE4 간의 지연 시간이다.
다음으로, BLE4 수신 시 프리-카운트를 시작하고, BLE1 수신을 하면 BLE4와 BLE1 간의 시간 간격(ΔT4)을 추출한다(ΔT4 = BLE4 수신 시간 - (ΔT1 + ΔT2 + ΔT3). 여기서 T4는 BLE4와 BLE1 간의 지연 시간이다(프리 카운트 초기화 및 재시작 시간).
이러한 과정으로 각각의 무선 단말 간의 시간 간격 값(ΔT1, ΔT2, ΔT3, ΔT4)을 추출한 후, 이전 주기의 구간별 평균 값(ΔT)과 각각 비교하여 시각 오차 발생 유무를 판단한다. 여기서 구간별 평균값은 BLE1과 BLE2의 시간 간격 평균값, BLE2와 BLE3의 시간 간격 평균값, BLE3과 BLE4의 시간 간격 평균값, BLE4와 BLE1의 시간 간격 평균값을 의미하며, 대응하는 구간별로 비교하는 것이 바람직하다. 구간별 평균값은 적어도 10회 이상의 누적 데이터를 기반으로 산출하는 것이 바람직하다.
오차 발생 유무는 상기 무선 단말 간의 시간 간격 값이 상기 평균값의 범 이내이면 오차가 발생하지 않은 것으로 판단을 하고, 이와는 달리 상기 시간 간격 값이 상기 평균값을 벗어나면 시각 오차(ΔTe)가 발생한 것으로 판단을 한다.
이 판단 결과 시각 오차가 발생한 것으로 판단이 되면 제어부(223)에 시각 오차가 발생한 것을 알려준다. 여기서 시각 오차 발생 정보를 제어부(223)에 전달해 줄 때, 어느 구간에서 시각 오차가 발생했는지도 알려주는 것이 바람직하다.
제어부(223)는 상기 시각 오차 판단모듈(222)로부터 시각 오차 발생 정보가 수신되면 내부의 클록 생성기 및 동기신호 생성기를 이용하여 클록 및 동기신호(CLK 및 SYNC)를 생성하여 동기신호 출력부(224)에 전달한다. 여기서 동기신호는 리셋 신호일 수 있다. 동기신호 출력부(224)는 수신한 클록 및 동기신호를 동기신호 전송부(240)에 전달한다.
동기신호 전송부(240)는 프로그래머블 게이트 어레이(220)로부터 전달되는 클록 및 동기신호를 도 6에 도시한 바와 같이 복수의 무선 단말(300)(BLE1, BLE2, BLE3, BLE4)로 동시에 전송한다.
클록 및 동기신호를 수신한 복수의 무선 단말은 초기화 등을 통해 시각 동기화를 수행한다.
여기서 시각 동기화 모듈(200)은 시각 오차 발생시 오차 발생 다음 사이클에서 상기 복수의 무선 단말의 시각 동기화를 구현할 수 있다.
시각 동기화가 이루어진 후 다시 각각의 무선 단말은 자신의 주기에 Adv.신호를 송신하게 되고, 시각 동기화 모듈(200)에서는 이를 수신하여 전술한 바와 같이 시각 동기 오차를 다시 판단한다. 이후 시각 동기 오차가 발생하면 클록 및 동기신호를 다시 발생하여 무선 단말 간의 시각 동기화를 구현한다. 이러한 무선 단말의 시각 동기화는 메인 서버(100)에서 시각 동기화 모듈(200)에 중지신호(Stop)를 전송할 때까지 지속적으로 이루어진다.
한편, 프로그래머블 게이트 어레이(220)의 제어부(223)는 실시간으로 시각 동기 모듈의 상태 표시 제어신호를 시각 동기 상태 표시부(225)에 전달한다. 시각 동기 상태 표시부(225)는 전달되는 상태 표시 제어신호에 따라 시각 동기화 모듈의 상태를 표시해주기 위한 상태표시 정보를 생성하여 상태 표시부(250)에 전달한다. 여기서 상태 표시 정보에는 동기 상태 정보(정상 상태, 에러 상태)(SYNC_Good, SYNC_Error), 에러 발생한 비컨 정보(Beacon_error), 파워 상태 정보(POWER_Status) 등을 포함할 수 있다. 상태 표시부(250)는 상기와 같은 상태 표시 정보를 LED 등을 이용하여 시각적으로 표시하여, 관리자가 용이하게 시각 동기화 모듈의 상태를 실시간으로 인지할 수 있도록 해준다.
도 7은 본 발명에 따른 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기방법을 보인 흐름도로서, (a) 시각 동기화 모듈(200)에서 메인 서버(100)로부터 전송된 시각 동기 시작 신호를 수신하는 단계(S10), (b) 상기 시각 동기화 모듈(200)에서 복수의 무선 단말(300)로 클록 및 동기신호를 출력하는 단계(S20), (c) 상기 시각 동기화 모듈(200)에서 복수의 무선 단말(300)로부터 전송된 Adv.신호의 시간 간격을 확인하여 시각 오차 발생을 판단하는 단계(S30 -S40), (d) 상기 시각 동기화 모듈에서 상기 (c)단계의 확인 결과 시각 오차 발생으로 판단되면 시각 동기 신호를 생성하고, 생성한 시각 동기 신호를 복수의 단말에 전송하여 복수의 단말 간 동기화를 구현하는 단계(S50 - S60)를 포함한다.
상기 (c)단계는 복수의 무선 단말로부터 각각 전송된 Adv.신호를 카운트하여 무선 모듈 간의 시간 간격 값을 산출하고, 산출한 시간 간격 값을 시각 오차 발생 판단을 위해 미리 설정된 평균 시간 간격 값과 비교하여 시각 오차 발생 유무를 판단할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 단계 S10에서 메인 서버(100)는 시각 동기화 모듈(200)로 UART를 통해 시각 동기화 시작(Start) 신호를 전송하고, 시각 동기화 모듈(200)은 통신부(270)를 통해 메인 서버(100)로부터 전송된 시각 동기화 시작 신호를 수신한다.
시각 동기화 모듈(200)은 단계 S20에서 시각 동기화 시작 신호를 수신하면, 프로그래머블 게이트 어레이(200)에서 클록(CLK) 및 동기신호(SYNC)를 생성하여 동기신호 전송부(240)에 전달한다. 동기신호 전송부(240)는 수신한 클록 및 동기신호를 무선 단말(300)로 전송하여, 초기에 무선 단말(300)을 시각 동기화한다.
무선 단말(300)은 클록 및 동기 신호(CLK 및 SYNC)를 수신하면 동기화를 수행한 후, 주기적으로 Adv.신호를 송신한다. 여기서 복수의 무선 단말은 각각 자신만의 송신 주기를 통해 Adv.신호(장치 ID 및 RSSI값)를 송신하게 되는 데, 이때 복수의 무선 단말 간에 송신 주기가 동일해지면 패킷 충돌이 발생하여 측위 오차를 유발한다.
따라서 이러한 측위 오차를 해소하기 위해서, 시각 동기화 모듈(200)은 단계 S30 및 S40에서 저전력 블루투스부(230)를 통해 상기 복수의 무선 단말(300)로부터 전송된 Adv.신호를 실시간으로 감시하여 시각 오차 발생 여부를 판단한다.
즉, 시각 동기화 모듈(200)의 프로그래머블 게이트 어레이(220)는 데이터 수신 모듈(221)을 이용하여 무선 단말(300)로부터 전송된 Adv.신호(iBeacon_Tx)를 수신하여 시각 오차 판단모듈(222)에 전달한다. 시각 오차 판단모듈(222)은 상기 데이터 수신모듈(221)에서 수신한 복수의 무선 단말(300)의 Adv.신호(Rx_Byte[7:0])의 시간 간격을 계산하여 시각 오차 발생 유무를 판단한다.
이를 위해 시각 오차 판단모듈(222)은 내부의 프리-카운터를 이용하여 각각의 무선 모듈의 Adv.신호의 시간 간격을 카운트한다. 즉, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 첫 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신되면 프리-카운터를 이용하여 두 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신될 때까지 카운트를 하고, 두 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신되면 첫 번째 카운팅을 종료하고 카운팅 값을 저장한다. 이어, 다시 프리-카운터를 이용하여 세 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신될 때까지 카운트를 하고, 세 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신되면 두 번째 카운팅을 종료하고 카운팅 값을 저장한다. 이러한 방식으로 마지막 무선 단말(BLE4)로부터 Adv.신호가 수신될 때까지 각각의 무선 단말 간의 시간 간격을 추출한다.
이를 정리하면 다음과 같다.
BLE1 수신 시 프리-카운트를 시작하고, BLE2 수신을 하면 BLE1과 BLE2 간의 시간 간격(ΔT1)을 추출한다(ΔT1 = BLE2 수신 시간 - 0ns(초기값)). 여기서 T1은 BLE1과 BLE2 간의 지연 시간이다.
이어, BLE2 수신 시 프리-카운트를 시작하고, BLE3 수신을 하면 BLE2과 BLE3 간의 시간 간격(ΔT2)을 추출한다(ΔT2 = BLE3 수신 시간 - ΔT1). 여기서 T2는 BLE2과 BLE3 간의 지연 시간이다.
아울러 BLE3 수신 시 프리-카운트를 시작하고, BLE4 수신을 하면 BLE3과 BLE4 간의 시간 간격(ΔT3)을 추출한다(ΔT3 = BLE4 수신 시간 - (ΔT1 + ΔT2). 여기서 T3은 BLE3과 BLE4 간의 지연 시간이다.
다음으로, BLE4 수신 시 프리-카운트를 시작하고, BLE1 수신을 하면 BLE4와 BLE1 간의 시간 간격(ΔT4)을 추출한다(ΔT4 = BLE4 수신 시간 - (ΔT1 + ΔT2 + ΔT3). 여기서 T4는 BLE4와 BLE1 간의 지연 시간이다(프리 카운트 초기화 및 재시작 시간).
이러한 과정으로 각각의 무선 단말 간의 시간 간격 값(ΔT1, ΔT2, ΔT3, ΔT4)을 추출한 후, 이전 주기의 구간별 평균 값(ΔT)과 각각 비교하여 시각 오차 발생 유무를 판단한다. 여기서 구간별 평균값은 BLE1과 BLE2의 시간 간격 평균값, BLE2와 BLE3의 시간 간격 평균값, BLE3과 BLE4의 시간 간격 평균값, BLE4와 BLE1의 시간 간격 평균값을 의미하며, 대응하는 구간별로 비교하는 것이 바람직하다. 구간별 평균값은 적어도 10회 이상의 누적 데이터를 기반으로 산출하는 것이 바람직하다.
오차 발생 유무는 상기 무선 단말 간의 시간 간격 값이 상기 평균값의 범 이내이면 오차가 발생하지 않은 것으로 판단을 하고, 이와는 달리 상기 시간 간격 값이 상기 평균값을 벗어나면 시각 오차(ΔTe)가 발생한 것으로 판단을 한다.
이 판단 결과 시각 오차가 발생한 것으로 판단이 되면 제어부(223)에 시각 오차가 발생한 것을 알려준다. 여기서 시각 오차 발생 정보를 제어부(223)에 전달해 줄 때, 어느 구간에서 시각 오차가 발생했는지도 알려주는 것이 바람직하다.
제어부(223)는 단계 S50에서 상기 시각 오차 판단모듈(222)로부터 시각 오차 발생 정보가 수신되면 내부의 클록 생성기 및 동기신호 생성기를 이용하여 클록 및 동기신호(CLK 및 SYNC)를 생성하여 동기신호 출력부(224)에 전달한다. 여기서 동기신호는 리셋 신호일 수 있다. 동기신호 출력부(224)는 수신한 클록 및 동기신호를 동기신호 전송부(240)에 전달한다.
동기신호 전송부(240)는 프로그래머블 게이트 어레이(220)로부터 전달되는 클록 및 동기신호를 도 6에 도시한 바와 같이 복수의 무선 단말(300)(BLE1, BLE2, BLE3, BLE4)로 동시에 전송한다.
클록 및 동기신호를 수신한 복수의 무선 단말은 초기화 등을 통해 시각 동기화를 수행한다.
여기서 시각 동기화 모듈(200)은 시각 오차 발생시 오차 발생 다음 사이클에서 상기 복수의 무선 단말의 시각 동기화를 구현할 수 있다.
시각 동기화가 이루어진 후 다시 각각의 무선 단말은 자신의 주기에 Adv.신호를 송신하게 되고, 시각 동기화 모듈(200)에서는 단계 S60과 같이 Adv.신호를 수신하여 전술한 바와 같이 시각 동기 오차를 다시 판단한다. 이후 시각 동기 오차가 발생하면 클록 및 동기신호를 다시 발생하여 무선 단말 간의 시각 동기화를 구현한다. 이러한 무선 단말의 시각 동기화는 메인 서버(100)에서 시각 동기화 모듈(200)에 중지신호(Stop)를 전송할 때까지 지속적으로 이루어진다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
100: 메인 서버 200: 시각 동기화 모듈
210: 발진기 220: 프로그래머블 게이트 어레이
221: 데이터 수신 모듈 222: 시각 오차 판단모듈
223: 제어부 224; 동기신호 출력부
225; 시각 동기 상태표시부 230: 저전력 블루투스부
240: 동기신호 전송부 241: 클록 전송부
242: 동기 전송부 250: 상태 표시부
260: 메모리 270: 통신부

Claims (8)

  1. 무선 통신 시스템에서 프로그래머블 게이트 어레이를 이용하여 시각을 동기화하기 위한 장치로서,
    시각 동기화 시작 또는 중지 신호를 전송하는 메인 서버;
    주기적으로 Advertising 신호를 전송하는 복수의 무선 단말;
    상기 메인 서버로부터 시각 동기화 시작 신호를 수신하면 상기 복수의 무선 단말로부터 주기적으로 전송되는 Advertising 신호를 기초로 무선 단말 간의 시각을 확인하고, 시각 오차 발생시 상기 복수의 무선 단말에 동기 신호를 전송하여 시각을 동기화하는 시각 동기화 모듈을 포함하며,
    상기 시각 동기화 모듈은 복수의 무선 단말에서 전송되는 Advertising 신호의 시간 간격을 기초로 시각 오차 발생 유무를 판단하며,
    상기 시각 동기화 모듈은 시각 동기 알고리즘을 탑재하고, 수신한 복수의 무선 단말의 Advertising 신호(Adv. 신호)의 시간 간격을 기초로 시각 오차 발생 유무를 판단하고, 시각 오차 발생시 동기 신호를 생성하는 프로그래머블 게이트 어레이를 포함하며,
    상기 프로그래머블 게이트 어레이는 수신한 복수의 무선 단말의 어드버타이징 신호(Rx_Byte[7:0])의 시간 간격을 계산하여 시각 오차 발생 유무를 판단하는 시각 오차 판단모듈을 포함하고,
    상기 시각 오차 판단모듈은 내부의 프리-카운터를 이용하여 각각의 무선 모듈의 Adv.신호의 시간 간격을 카운트하되, 첫 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신되면 프리-카운터를 이용하여 두 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신될 때까지 카운트를 하고, 두 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신되면 첫 번째 카운팅을 종료하고 카운팅 값을 저장하고, 다시 프리-카운터를 이용하여 세 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신될 때까지 카운트를 하고, 세 번째 무선 단말(BLE1)로부터 Adv.신호가 수신되면 두 번째 카운팅을 종료하고 카운팅 값을 저장하는 방식으로 마지막 무선 단말(BLE4)로부터 Adv.신호가 수신될 때까지 각각의 무선 단말 간의 시간 간격을 추출하고, 이전 주기의 구간별 평균 값(ΔT)과 각각 비교하여 시각 오차 발생 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 시각 동기화 모듈은 시각 오차 발생시 오차 발생 다음 사이클에서 상기 복수의 무선 단말의 시각 동기화를 구현하는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에서, 상기 시각 동기화 모듈은 상기 메인 서버로부터 전송된 시각 동기화 시작 신호를 수신하는 통신부; 상기 복수의 무선 단말로부터 전송된 비콘 신호를 수신하는 저전력 블루투스부; 상기 프로그래머블 게이트 어레이에서 생성한 동기 신호를 상기 복수의 무선 단말로 전송하는 동기 신호 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치.
  5. 청구항 4에서, 상기 시각 동기화 모듈은 시각 동기 모듈의 상태를 시각적으로 표시하는 상태 표시부; 시각 동기 제어를 위한 프로그램을 내장한 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치.
  6. 청구항 4에서, 상기 프로그래머블 게이트 어레이는 상기 통신부 및 저전력 블루투스부의 데이터를 수신하는 데이터 수신모듈; 상기 시각 오차 판단모듈에서 시각 오차 발생시 상기 복수의 무선 단말의 동기화를 위해 클록 및 동기 신호를 생성하여 동기화를 제어하고 시각 동기화 모듈의 상태 표시를 제어하는 제어부; 상기 제어부에서 생성한 클록 및 동기신호를 복수의 무선 단말에 전송하는 동기신호 출력부; 상기 제어부의 시각 동기화 모듈의 상태 표시 제어에 따라 시각 동기화 모듈의 상태를 시각적으로 표시해주는 시각 동기 상태표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치.
  7. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 내지 청구항 6중 어느 하나의 청구항에 기재된 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기장치를 이용하여 무선 통신 시스템의 시각을 동기화하는 방법으로서,
    (a) 시각 동기화 모듈에서 메인 서버로부터 전송된 시각 동기 시작 신호를 수신하는 단계;
    (b) 상기 시각 동기화 모듈에서 복수의 무선 단말로 클록 및 동기신호를 출력하는 단계;
    (c) 상기 시각 동기화 모듈에서 복수의 무선 단말로부터 전송된 Advertising 신호의 시간 간격을 확인하여 시각 오차 발생을 판단하는 단계; 및
    (d) 상기 시각 동기화 모듈에서 상기 (c)단계의 확인 결과 시각 오차 발생으로 판단되면 시각 동기 신호를 생성하고, 생성한 시각 동기 신호를 복수의 단말에 전송하여 복수의 단말 간 동기화를 구현하는 단계를 포함하고,
    상기 (c)단계는 복수의 무선 단말로부터 각각 전송된 Advertising 신호를 카운트하여 무선 모듈 간의 시간 간격 값을 산출하고, 산출한 시간 간격 값을 시각 오차 발생 판단을 위해 미리 설정된 평균 시간 간격 값과 비교하여 시각 오차 발생 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 게이트 어레이를 이용한 시각 동기방법.

  8. 삭제
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