KR102424580B1 - 실내측위시스템 - Google Patents

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KR102424580B1
KR102424580B1 KR1020220016148A KR20220016148A KR102424580B1 KR 102424580 B1 KR102424580 B1 KR 102424580B1 KR 1020220016148 A KR1020220016148 A KR 1020220016148A KR 20220016148 A KR20220016148 A KR 20220016148A KR 102424580 B1 KR102424580 B1 KR 102424580B1
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김도완
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송암시스콤 주식회사
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Abstract

본 발명은 실내측위시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 기설정된 위치에 설치된 전력량계의 모뎀 및 모뎀에 장착되는 UWB태그를 포함하고, 슬롯 할당 정보를 포함하는 스케줄 메시지를 브로드캐스팅하는 복수의 UWB앵커, 슬롯 요청메시지를 브로드캐스팅하고, 수신된 스케줄 메시지에 자신에게 할당된 슬롯이 있으면, 할당된 슬롯에 응답메시지를 브로드캐스팅하는 복수의 사용자 단말 및 셀단위로 스케줄 메시지를 생성하여 해당 UWB앵커로 송신하고, 복수의 UWB앵커를 통해 수신된 사용자 단말별 응답메시지를 이용하여 각 사용자 단말의 위치를 판단하는 측위 서비스 서버를 포함하는, 실내측위시스템에 관한 것이다.

Description

실내측위시스템{INDOOR LOCALIZATION SYSTEM}
본 발명은 실내측위시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내공간에 기설치되어 있는 전력량계에 탈장착되는 모뎀에 UWB태그를 장착하여 고정노드인 UWB앵커로 이용함으로써 이미 알고있는 전력량계의 위치를 기반으로 다수의 사용자단말의 정확한 위치를 판단하여 실내측위서비스를 제공할 수 있는 실내측위시스템에 관한 것이다.
기존의 GPS를 활용한 위치 측정 시스템은 위성으로부터 송출되는 무선신호를 이용하기 때문에 실외 위주의 사용이 가능하며, 위치정보만을 제공하고 통신 및 네트워크 기능을 제공하지 않는다. 따라서, 실내 공간에서는 GPS를 활용할 수 없기 때문에 Wi-Fi, 블루투스, RFID 등의 네트워크를 활용한 공간 측위 시스템이 GPS 기술을 대체하여 활용되고 있다.
그러나, 기존의 대체 시스템은 m단위의 오차가 발생한다. 이러한 오차발생에 대한 대안으로 UWB신호를 이용한 측위시스템이 있다. UWB신호를 이용한 측위시스템은 매체 접근 제어(medium access control, MAC)에 있어서 UWB(Ultra Wide Band)를 이용하여 전자 디바이스들 간의 거리를 측정하는 레인징(ranging) 기술이 사용한다.
UWB는, 무선 반송파를 사용하지 않고 기저 대역에서 수 GHz이상의 매우 넓은 주파수 대역을 사용하는 무선통신 기술로, 높은 보안성, 저전력 및 정확한 위치 인식(cm단위) 등의 장점이 있어 측위시스템에 적합하다.
하지만, UWB 측위시스템은 2차원 공간 측위만 가능하고, 높이에 따른 변화량을 추적할 수 없다는 한계점이 있다.
또한, 측위시스템은 네트워크 영역에서 한정된 자원(슬롯)을 이용하여 다수의 측정대상물(일예로, 사용자단말)에 공정한 액세스를 제공해야할 필요가 있다. 이를 위해, 슬롯 할당에 대한 최적의 스케줄링이 요구된다.
: 한국공개특허 제10-2016-0135584호(2016.11.28.공개)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실내공간에 기설치되어 있는 전력량계에 탈장착되는 모뎀에 UWB태그를 장착하여 고정노드인 UWB앵커로 이용함으로써 이미 알고있는 전력량계의 위치를 기반으로 다수의 사용자단말의 정확한 위치를 판단하여 실내측위서비스를 제공할 수 있는 실내측위시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 기등록된 사용자단말의 셀로밍 예측 및 슬롯 유효성, 슬롯 재사용 가능성 및 슬롯할당 우선순위를 고려하여 생성된 최적의 스케줄을 기반으로 측위를 수행함으로써, 셀 단위로 한정된 슬롯을 이용하여 최대 사용자에게 측위서비스를 제공할 수 있는 실내측위시스템을 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실내측위시스템은, 기설정된 위치에 설치된 전력량계의 모뎀 및 상기 모뎀에 장착되는 UWB태그를 포함하고, 슬롯 할당 정보를 포함하는 스케줄 메시지를 브로드캐스팅하는 복수의 UWB앵커, 슬롯 요청메시지를 브로드캐스팅하고, 수신된 상기 스케줄 메시지에 자신에게 할당된 슬롯이 있으면, 할당된 슬롯에 응답메시지를 브로드캐스팅하는 복수의 사용자 단말 및 셀단위로 스케줄 메시지를 생성하여 해당 UWB앵커로 송신하고, 복수의 UWB앵커를 통해 수신된 사용자 단말별 응답메시지를 이용하여 각 사용자 단말의 위치를 판단하는 측위 서비스 서버를 포함할 수 있다.
또한, 상기 UWB앵커, 사용자단말 및 측위 서비스 서버는, 주기적 슈퍼프레임을 이용하여 서로 통신할 수 있다.
이때, 상기 슈퍼프레임은, 동기화메시지 전송을 위한 제1서버구간, 상기 복수의 UWB앵커들의 시간 동기를 위한 동기화 구간, 스케줄메시지 전송을 위한 제2서버구간, 사용자단말에 대한 슬롯 할당을 위한 스케줄 구간, 상기 스케줄 구간에서 슬롯을 할당받지 못한 사용자단말의 슬롯 요청을 위한 경쟁구간 및 상기 스케줄 구간에서 할당된 슬롯을 이용하여 사용자단말이 응답메시지를 전송하는 비경쟁구간을 시간순으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 측위 서비스 서버는, 셀단위로 슬롯이 할당된 사용자단말을 등록 관리하고, 사용가능한 슬롯 개수 내에서 상기 슈퍼프레임마다 기등록된 사용자단말의 위치를 기반으로 슬롯 할당을 예약하고, 상기 경쟁구간에 슬롯할당을 요청한 새로운 사용자단말에 슬롯 요청순으로 슬롯을 할당을 예약하여 스케줄메시지를 생성할 수 있다.
또한, 상기 측위 서비스 서버는, 하기의 수학식을 이용하여 사용가능한 슬롯 개수를 산출할 수 있다.
Figure 112022013947686-pat00001
(여기서,
Figure 112022013947686-pat00002
는 사용가능한 슬롯 개수(n),
Figure 112022013947686-pat00003
는 슈퍼프레임 길이,
Figure 112022013947686-pat00004
는 경쟁구간 길이,
Figure 112022013947686-pat00005
는 서버 메시지의 슬롯 길이,
Figure 112022013947686-pat00006
는 동기화 구간 길이,
Figure 112022013947686-pat00007
는 스케줄구간 길이,
Figure 112022013947686-pat00008
는 할당된 슬롯 길이)
또한, 상기 측위 서비스 서버는, 슬롯 할당을 요청한 사용자단말에 할당 가능한 프리 슬롯이 없으면, 각 셀에 대해 기설정된 충돌도메인을 기반으로, 기등록된 사용자단말에 이미 예약된 슬롯을 재할당하여 스케줄링할 수 있다.
이때, 상기 충돌도메인은, 각 셀을 기준으로 원홉 이웃하는 셀(Cell)과, 각 셀의 영역을 기설정 개수로 구획한 서브 셀(Subcell)을 기준으로 사용자단말의 UWB전송범위에 포함되는 두홉 이웃하는 셀들로 설정될 수 있다.
또한, 상기 측위 서비스 서버는, 다음의 조건을 만족하면 이미 예약된 슬롯(x)을 이전 슈퍼프레임의 경쟁구간에서 슬롯할당을 요청한 사용자단말(t)에 할당하여 스케줄링할 수 있다.
Figure 112022013947686-pat00009
(여기서,
Figure 112022013947686-pat00010
는 슬롯x가 할당된 사용자단말(u)의 집합, t는 경쟁구간에서 슬롯할당을 요청한 사용자단말, Cell(t)는 t가 위치하는 셀, Cell(u)는 Sx가 위치하는 셀, CollisionSet은 상기 충돌도메인)
또한, 상기 측위 서비스 서버는, 기등록된 사용자단말의 현재위치, 가속도(a), 속도(v) 및 방향(θ)을 기반으로 다음 슈퍼프레임에서의 위치를 추정하여 셀 로밍이 예측되면, 예측 셀에서 기등록된 사용자단말의 현재슬롯이 충돌하는지 판단하고, 충돌하지 않으면 다음 슈퍼프레임에 현재 슬롯이 재할당되도록 스케줄링할 수 있다.
또한, 상기 사용자단말은, 상기 비경쟁구간에, 기구비된 센서를 이용하여 측정된 가속도(a), 속도(v) 및 방향(θ) 정보를 포함하는 응답메시지를 브로드캐스팅할 수 있다.
이때, 상기 측위 서비스 서버는, 수신된 가속도(a), 속도(v) 및 방향(θ) 정보, 기등록된 사용자단말의 현재위치 및 해당 전력량계의 위치를 기반으로 다음 슈퍼프레임에서의 3차원 위치를 추정할 수 있다.
또는, 상기 측위 서비스 서버는, 하기의 수학식을 이용하여 다음 슈퍼프레임에서의 기등록된 사용자단말의 위치(x,y)를 추정하고, 상기 전력량계의 위치를 기반으로 고도를 추정할 수 있다.
Figure 112022013947686-pat00011
(여기서,
Figure 112022013947686-pat00012
및
Figure 112022013947686-pat00013
는 초기위치, n은 n번째 슈퍼프레임,
Figure 112022013947686-pat00014
는 슈퍼프레임 길이)
또한, 상기 사용자 단말기는, 상기 스케줄 구간에 자신에게 할당된 슬롯이 있으면, 할당된 슬롯의 시작시간 전까지 UWB 송신모듈을 절전모드로 제어할 수 있다.
또한, 상기 사용자 단말기는, 상기 비경쟁구간에, 상기 스케줄 메시지를 기반으로 해당 UWB앵커로부터 호출신호를 수신시 UWB 송신모듈을 활성화시켜 할당된 슬롯에 응답메시지를 브로드캐스팅할 수 있다.
또한, 상기 UWB앵커는, 상기 수신된 스케줄 메시지로부터 현재 슈퍼프레임의 비경쟁구간에서 슬롯 할당이 없는 시간을 판단하여 상기 UWB태그를 PSM(Power Saving Mode)로 제어할 수 있다.
또한, 상기 측위 서비스 서버는, 사용자단말에서 브로드캐스팅된 응답메시지를 수신한 적어도 3개의 UWB앵커 각각에서 측정한 신호측정시간(Time Of Arrival, ToA)의 상호 간 차이인 TDOA(Time Difference Of Arrival) 정보를 이용하여 상기 사용자단말의 위치를 판단할 수 있다.
또한, 상기 측위 서비스 서버는, 상기 사용자단말의 등록시 슬롯 생존시간(Time to Live, TTL)을 부여하고, 주기적 슈퍼프레임에서 해당 사용자단말의 측위 실패시 TTL을 차감하여 네트워크에서 벗어난 기등록된 사용자단말의 할당 슬롯을 해지시킬 수 있다.
또한, 상기 경쟁구간은 알로하(aloha)방식에 의해 제어되고, 상기 비경쟁구간은 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식에 따라 구분된 적어도 하나의 슬롯을 포함할 수 있다.
또한, 상기 측위 서비스 서버는, 상기 경쟁구간에 슬롯할당을 요청한 사용자단말 순으로 슬롯할당을 예약하되, 이전 슈퍼프레임의 경쟁구간에 슬롯요청 후 슬롯을 할당받지 못한 사용자단말에 우선권을 부여하여 다음 슈퍼프레임에서의 슬롯할당을 스케줄링할 수 있다.
또한, 상기 측위 서비스 서버는, 상기 판단된 사용자단말의 위치를 기반으로, 사용자단말의 위치알림, 재난알림 및 대피경로 중 적어도 하나의 측위서비스를 상기 스케줄메시지에 포함시켜 제공할 수 있다.
이때, 상기 UWB앵커는, 상기 전력량계에 삽입 장착되되, 상기 전력량계의 전원 커넥터에 삽입된 모뎀의 전원핀을 통해 인가되는 상기 전력량계의 전원을 상기 UWB 태그로 분기시키기 위한 리드선, 상기 전원핀을 포함하는 모뎀핀이 삽입관통하는 삽입홀과 상기 리드선을 안착시키기 위한 안착부가 형성된 안착프레임을 포함하는 커넥터가 구비될 수 있다.
또한, 상기 리드선은, 상기 안착부에 안착시 모뎀핀이 관통할 수 있는 관통홀을 구비한 헤드부 및 상기 헤드부로부터 연장되어 일정 길이를 형성하는 바디부를 포함하고, 상기 헤드부로부터 연장된 바디부의 끝단은 상기 UWB태그의 전원단자에 삽입 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 실내측위시스템은, 실내공간에 기설치되어 있는 전력량계에 탈장착되는 모뎀에 UWB태그를 장착하여 고정노드인 UWB앵커로 이용함으로써 이미 알고있는 전력량계의 위치를 기반으로 측위서비스에 가입된 사용자단말로 3차원 실내측위서비스를 제공할 수 있다.
이때, UWB 신호를 이용하여 측위되는 사용자단말의 2차원 위치 및 전력량계의 위치에 기반한 고도를 이용하여 사용자단말의 3차원 실내측위를 할 수 있다. 따라서, 사용자단말의 정확한 위치를 기반으로 측위서비스(위치알림, 재난알림, 대피경로알림 등)를 제공할 수 있다.
또한, TDMA방식의 MAC프로토콜을 통해 네트워크에 공정하고 충돌없는 액세스를 보장할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 충돌도메인에 기반한 슬롯할당조건에 따라 충돌없는 슬롯을 할당할 수 있다.
특히, 기등록된 사용자단말의 슬롯예약 및 셀로밍을 통해 슈퍼프레임마다 슬롯할당을 스케줄링하고, 경쟁구간에서 슬롯할당을 요청한 사용자단말에 슬롯요청순으로 슬롯을 할당하되, 프리슬롯이 없는 경우 슬롯의 재사용을 통해 슬롯할당을 최적 스케줄링할 수 있다. 이에, 셀 단위로 한정된 슬롯을 이용하여 최대 사용자에게 측위서비스를 제공할 수 있다.
또한, 슬롯을 요청한 순서대로 사용자단말에 슬롯할당을 스케줄하되 이전 슈퍼프레임에서 슬롯할당을 받지못한 대기상태의 사용자단말에 우선권을 부여함으로써 네트워크 접근의 공정성을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 측위서비스시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 UWB 앵커의 전원 공급구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 측위서비스서버의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 슈퍼프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 5은 도 4의 슈퍼프레임을 이용한 측위서비스방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 충돌도메인을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로써 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력량계기반 실내측위시스템은, 실내공간에 기설치되어 있는 전력량계에 탈장착되는 모뎀에 UWB태그를 장착하여 고정노드인 UWB앵커로 이용함으로써 이미 알고있는 전력량계의 위치를 기반으로 측위서비스에 가입된 사용자단말로 3차원 실내측위서비스를 제공할 수 있다.
이때, 실내측위서비스는, 사용자 위치, 재난 알림, 대피경로 등의 제공이 될 수 있으며, 이외에도 측위된 사용자 위치를 기반으로 제공될 수 있는 다양한 서비스로 활용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력량계기반 실내측위시스템의 개략적인 설명을 위한 도면이다. 도 2는 도1의 UWB앵커 구성을 나타내는 구성 블록도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력량계기반 실내측위시스템(이하, 측위시스템)은 전력량계에 장착되는 모뎀(110) 및 모뎀(110)에 장착되는 UWB태그(120)로 구성된 UWB앵커(100), UWB앵커(100)와 UWB통신을 수행하는 사용자단말(200) 및 UWB앵커(100)를 통해 사용자단말(200)로 측위서비스를 제공하는 측위서비스서버(300)를 포함할 수 있다.
사용자단말(200)은 측위서비스를 제공받기 위한 앱이 설치된 단말기로, 일 예로 스마트폰 등이 될 수 있으며, UWB 통신을 위해 UWB모듈을 내장하거나 태그 등의 형태로 별도 구비할 수도 있다.
앱이 설치된 사용자 단말(200)에 대한 정보(사용자ID, UWB모듈 정보 등)들은 서비스(앱) 가입시 측위서비스서버(300)에 등록될 수 있으며, 사용자단말(200)은 측위서비스를 수신하기 위해 앱을 통해 UWB신호를 브로드캐스팅하도록 UWB모듈을 백그라운드에서 구동시킬 수 있다.
본 발명의 측위시스템은 실내측위서비스 제공을 위해 네트워크 공간을 셀(a) 단위로 구분하고, 각 셀은 서브-셀(b)로 구분하였으며, 셀 단위로 이동노드인 사용자단말(200)에 슬롯을 할당시, TDMA 프로토콜을 통해 충돌없는 액세스를 보장할 수 있다.
UWB앵커(100)와 사용자단말(200)은 IEEE 802.15.4a 표준에 따른 UWB 물리계층(PHY)을 통해 서로 통신을 수행할 수 있으며, UWB앵커(100)들은 이더넷(c) 또는 Wifi 연결된 메시네트워크 등을 형성할 수 있다. 도 1에서는 설명의 이해를 위해, 이더넷 환경에서의 측위시스템을 도시하였으나, Wifi 네트워크 등에도 적용될 수 있다.
UWB앵커(100)는 전력량계에 장착되는 모뎀(110) 및 모뎀(110)에 장착되는 UWB태그(120)를 포함한다. 일반적으로, 모뎀(110)은 검침서버(미도시)로부터 전력량 검침명령을 수신시 장착연결된 전력량계(10)에 전송하여 검침정보를 수신하고, 수신된 검침정보를 검침서버(미도시)로 전송하여 검침서버에서 사용전력을 수집할 수 있게 한다. 본 발명에서는, 전력량계의 이미 알고있는 고정위치와 모뎀(110)의 통신기능에 더하여, UWB통신이 가능한 UWB태그(120)를 UWB앵커(100)로 이용함으로써 측위서비스를 제공할 수 있다.
이때, UWB 앵커(100)는 전력량계(10)로부터 전원을 공급받을 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 UWB 앵커(100)의 구성결합(전원공급을 위한 구조)을 설명하기 위한 도면이다. 도 2a 내지 2c에서는 전력량계(10)로부터 전원을 공급받기 위한 결합구조를 도시하는 것으로, 전력량계(10), 모뎀(110), UWB태그(120)의 세부구성에 대한 도식은 생략하도록 한다.
본 발명에서는, 도 2a와 같이, 전력량계(10)에 UWB 앵커(100)가 장착될 수 있으며, 모뎀(110)은 전력량계(10)에 장착시 전력량계(10)의 전원 공급을 위한 커넥터(10C)에 모뎀(100)의 모뎀핀(1111)을 삽입 결합하여 전력량계(10)의 전원을 공급받을 수 있다.
또한, 모뎀(110)에는 결합부재(121)를 이용하여 UWB태그(120)가 결합될 수 있다. 이를 위해, UWB태그(120)에는 클립, 끼움 형태 등의 결합부재(121)가 구비될 수 있다. 도 2b 및 도 2c와 같이, 모뎀(110)에 결합된 UWB태그(120)는 본 발명의 커넥터(130)를 통해 전력량계(10)에서 모뎀(110)으로 공급되는 전원을 분기 공급받아 구동될 수 있다.
구체적으로, 도 2b및 도 2c를 살펴보면, 모뎀(110)에는 전력량계(10)의 커넥터(10c)연결을 통해 전력량계(10)의 전원부(미도시)로부터 전원을 공급받기 위한 전원핀을 포함하는 모뎀핀(1111)이 구비된 프레임(111)이 구비될 수 있다.
이때, 커넥터(130)는 모뎀핀(1111)을 통해 공급되는 전원을 UWB 태그(120)로 분기시키기 위한 리드선(113)과, 모뎀핀(1111)이 삽입관통하는 삽입홀(1122)과 리드선(113)을 안착시키기 위한 안착부(1121)가 형성된 안착프레임(112) 및 리드선(113)을 포함을 포함할 수 있다. 여기서, 안착프레임(112)은 절연소재로 형성될 수 있다.
이때, 리드선(113)은 안착부(1121)에 안착시 모뎀핀(1111)이 관통할 수 있는 관통홀(1131)을 구비한 헤드부(1131) 및 헤드부(1131)로부터 일정 길이를 형성하는 바디부(1132)를 포함할 수 있으며, 헤드부(1131)로부터 연장된 바디부(1132)의 끝단은 UWB태그(120)의 전원단자(Vdd, GND)에 삽입될 수 있다. 이때, 커넥터(130)는 일체형으로 형성될 수도 있다.
모뎀핀(1111)은 전력량계(10)로부터 전원공급을 위한 전원핀, 통신을 위한 통신핀 등을 포함할 수 있다. 이때, 모뎀핀(1111) 중 전원핀의 위치에 리드선(113)의 헤드부(1131)가 안착될 수 있으며, 헤드부(1131)는 갈고리 형태로 구현되어 전원핀에 걸리는 구조가 될 수도 있다.
한편, 모뎀(110)과 UWB태그(120)의 전원공급구조는 도 2A 내지 2C와 같은 실시예 이외에도 다양한 형태로 변경 설계될 수도 있다.
이와 같이, 전력량계(10)에 장착된 UWB앵커(100)의 모뎀(110)은 측위서비스서버(300)와 직접 또는 중계 스위치(도1의 d)를 통해 통신을 수행하고, UWB태그(120)는 사용자단말(200)의 UWB모듈(미도시)과 메시지(비콘)를 UWB신호로 브로드캐스팅하여 송수신할 수 있다.
측위서비스서버(300)는 사용자단말(200)에서 브로드캐스팅되는 슬롯할당 요청메시지를 UWB앵커(100)를 통해 수신하면 할당 가능한 슬롯수를 산출하여 슬롯 할당을 스케줄링하고, 할당된 타임슬롯에 사용자단말(200)로부터 브로드캐스팅된 응답메시지를 수신한 적어도 3개의 UWB앵커(100)로부터 도달 시간을 측정하는 TDoA 방식에 의하여 위치를 측정하여 측위서비스를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 측위서비스서버(300)는 정확한 측위서비스제공을 위해, 예약기반 스케줄링, 충돌도메인기반의 슬롯 재사용, 사용자단말(200)에 대한 로밍예측 등에 기반하여 슬롯할당을 스케줄링하여 셀단위로 충돌없이 다수의 사용자단말(200)에 최적 슬롯을 할당할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 측위시스템은 MAC 프로토콜의 동적 슈퍼프레임 구조를 활용하여 측위서비스를 제공할 수 있으며, 측위서비스서버(300)는 도 3과 같은 구성을 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 측위서비스서버(300)의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 슈퍼프레임 구조를 나타내는 도면이다. 또한, 도 5는 도 4의 슈퍼프레임을 이용한 측위서비스방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참고하면, 측위서비스서버(300)는 통신부(310), 동기화부(320), 슬롯 관리부(330), 위치 판단부(340) 및 스케줄 생성부(350)를 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 슈퍼프레임(20)은 제1서버구간(21), 동기화구간(22, Sync), 제2서버구간(23), 스케줄구간(24, Scheduling), 경쟁구간(25, CAP: Contention Access Period) 및 비경쟁구간(26, Contention Free Period)을 포함한다.
해당 구간에서 UWB앵커(100), 사용자단말(200) 및 측위서비스서버(300)가 메시지를 송수신함으로써, 측위서비스서버(300)가 사용자단말(200)의 위치를 판단하여 해당 측위서비스를 제공할 수 있다.
측위서비스서버(300)는 네트워크를 구성하는 UWB앵커(100)가 장착된 전력량계(10) ID, 전력량계별 위치정보, 해당 모뎀(110) ID, UWB태그(120) ID 등의 앵커정보를 셀단위로 구분하여 매칭저장할 수 있다. 또한, 네트워크에 가입된 사용자단말 ID, 사용자단말의 UWB모듈 ID 등을 이용하여 슬롯할당을 요청한 사용자단말을 관리할 수 있다.
통신부(310)는 중계스위치를 통해 복수의 UWB앵커의 모뎀(110)과 데이터를 송수신할 수 있다. 통신부(310)는 슈퍼프레임의 제1서버구간(21)에 동기화 메시지를 송신하고, 제2서버구간(23)에 스케줄 메시지를 송신할 수 있다.
본 발명의 측위시스템에서는 주기적 슈퍼프레임을 이용하여 측위서비스를 제공하며, TDoA 방식을 기반으로 측위함으로써 정확한 측위를 위해 슈퍼프레임의 시작시마다 UWB앵커(100)들의 동기화가 필요가 있다.
제1서버구간(21)에, 통신부(310)는 기등록된 복수의 UWB앵커(100) 중에서 중심노드로 설정된 UWB앵커로 시간 동기를 위한 동기화 메시지를 송신할 수 있다. 중심노드는 위치적으로 네트워크 영역의 중심에 위치하는 UWB앵커가 될 수 있다.
동기화구간(22)에, 중심노드로 설정된 UWB앵커(100a)의 모뎀(110)에서 수신된 동기화메시지는 UWB태그(120)에 의해 원홉 이웃하는 UWB앵커들(100b)로 브로드캐스팅될 수 있다. 이후, 원홉 이웃하는 UWB앵커들(100b)은 자신을 기준으로 원홉 이웃하는 UWB앵커로 브로드캐스팅하여, 네트워크영역의 UWB앵커(100)들이 동기화될 수 있다.
다음으로, 동기화구간(22) 이후 제2서버구간(23)에서, 측위서비스서버(300)는 각 셀에 대한 슬롯 할당 정보를 포함하는 스케줄메시지를 전송할 수 있다.
여기서, 슬롯 할당 정보는, 비경쟁구간의 구분된 슬롯 및 해당 슬롯을 할당받을 사용자ID, 슬롯시작시각 및 슬롯길이(시간) 등이 기록된 정보가 될 수 있다.
스케줄메시지를 수신한 복수의 UWB앵커(100)들 중에서, 셀단위로 기설정되어 있는 대표앵커가 신호범위의 최소 2배거리로 스케줄메시지를 브로드캐스팅할 수 있다. 여기서, 대표앵커는 스케줄메시지를 배포할 책임이 부여된 앵커로 관리자에 의해 셀단위로 기설정될 수 있다.
스케줄 구간에, 네트워크 영역에 위치하는 사용자단말(200)들은 해당 대표앵커에서 브로드캐스팅되는 스케줄메시지를 수신할 수 있다. 이때, 사용자단말(200)은 수신된 스케줄메시지를 확인하여, 자신에게 할당된 슬롯이 있으면 해당 슬롯의 시작전까지 UWB모듈을 절전모드로 제어할 수 있다.
이때, 스케줄메시지에서 슬롯이 할당된 사용자단말(200)은 할당된 슬롯의 시작시간 전까지 UWB모듈(송수신포함)을 절전시켜 현재 슈퍼프레임의 비경쟁구간의 해당 타임슬롯에 활성화되거나, 송신모듈만 절전모드로 제어하고 UWB앵커로부터 해당 타임슬롯에 호출신호(도5, ttx)를 수신시 활성화시킬 수도 있다.
한편, 현재 슈퍼프레임의 스케줄 구간에서 슬롯을 할당받지 못한 사용자단말(200x)은 스케줄 구간의 다음구간인 경쟁구간에 슬롯할당을 요청할 수 있다.
경쟁구간에, 현재 슈퍼프레임에서 슬롯을 할당받지 못한 사용자단말들이 알로하(Aloha)방식을 사용하여 다음 슈퍼프레임에 대한 슬롯할당 요청메시지를 브로드캐스팅할 수 있다. 이때, 충돌이 발생한 사용자단말은 다음 슈퍼프레임의 경쟁구간에 슬롯할당 요청메시지를 다시 브로드캐스팅할 수 있다.
슬롯요청은 적어도 세개의 앵커노드에서 수신되어야 성공하며, 측위서비스서버(300)는 적어도 세개의 앵커노드로부터 슬롯요청 메시지를 수신시 슬롯요청메시지를 전송한 사용자단말의 위치를 판단할 수 있다. 측위서비스서버(300)는 슬롯할당을 요청한 사용자단말의 위치를 기반으로 다음 슈퍼프레임에서의 슬롯 할당을 스케줄 할 수 있다.
이때, 측위서비스서버(300)는 슬롯요청메시지가 수신되는 순으로 사용자단말에 슬롯을 할당하되, 할당가능한 슬롯이 없는 경우 해당 사용자단말에 대한 슬롯할당을 대기설정하고, 다음 슈퍼프레임의 경쟁구간에서 슬롯할당을 요청한 사용자단말보다 우선권을 부여하여 슬롯을 할당할 수 있다.
다음으로, 비경쟁구간에, 스케줄 메시지에서 슬롯을 할당받은 사용자단말들은 할당받은 슬롯에 응답메시지를 브로드캐스팅할 수 있다. 즉, 비경쟁구간은 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식에 따라 구분된 적어도 하나의 슬롯을 포함하며, 사용자단말은 자신이 할당받은 전용 슬롯을 사용하여 응답메시지를 브로드캐스팅할 수 있다.
이때, UWB앵커(100)는 브로드캐스팅된 응답메시지를 수신시, 신호측정시간(Time Of Arrival , ToA)을 포함하는 응답메시지를 측위서비스서버(300)로 전송할 수 있다.
한편, UWB앵커(100)는 수신된 스케줄 메시지로부터 현재 슈퍼프레임의 비경쟁구간에서, 슬롯 할당이 없는 시간동안 UWB태그(120)를 PSM(Power Saving Mode)로 제어할 수 있으며, 다음 슈퍼프레임에서 모듈(110)이 동기화메시지를 수신시 UWB태그(120)를 활성화시킬 수 있다.
비경쟁구간에, 측위서비스서버(300)의 위치판단부(340)는 사용자단말에서 브로드캐스팅된 응답메시지를 수신한 적어도 3개의 UWB앵커 각각에서 측정한 신호측정시간(ToA)의 상호 간 차이인 TDOA(Time Difference Of Arrival) 정보를 이용하여 사용자단말의 위치를 판단할 수 있다.
또한, 측위서비스서버(300)는 비경쟁구간에서 수신된 응답메시지로부터 판단된 기등록된 사용자단말의 (현재)위치를 기반으로 이동을 예측하여, 다음 슈퍼프레임에서의 위치를 추정할 수 있다. 이때, 추정된 위치로부터 셀 로밍을 예측할 수 있다.
기등록된 사용자단말의 셀로밍 예측
구체적으로, 기등록된 사용자단말의 현재위치, 가속도(a), 속도(v) 및 방향(θ)을 기반으로 다음 슈퍼프레임에서의 위치를 추정하여 셀 로밍을 예측할 수 있다. 이를 위해, 사용자단말(200)은 구비된 가속센서, 자이로센서, 지자기센서 등의 센서를 이용하여 측정된 가속도(a), 속도(v) 및 방향(θ) 정보를 응답메시지에 포함시켜 비경쟁구간에 브로드캐스팅할 수 있다.
측위서비스서버(300)의 위치판단부(340)는 응답메시지에 포함된 가속도(a), 속도(v) 및 방향(θ) 정보, 기등록된 사용자단말의 현재위치 및 해당 전력량계의 위치를 기반으로 다음 슈퍼프레임에서의 3차원 위치를 추정하여 셀 이동을 예측할 수 있다.
또는, 측위 서비스 서버(300)의 위치판단부(340)는, 사용자단말(200)로부터 가속도(a), 속도(v) 및 방향(θ) 정보를 수신하지 못하는 경우, 다음의 수학식1을 이용하여 다음 슈퍼프레임에서의 기등록된 사용자단말의 위치(x,y)를 추정하고, 상기 전력량계의 위치를 기반으로 고도를 추정하여 3차원 위치를 추정할 수 있다.
Figure 112022013947686-pat00015
여기서,
Figure 112022013947686-pat00016
및
Figure 112022013947686-pat00017
는 초기위치, n은 n번째 슈퍼프레임,
Figure 112022013947686-pat00018
는 슈퍼프레임 길이(시간)가 될 수 있다.
다음으로, 측위서비스서버(300)는 슈퍼프레임의 경쟁구간 및 비경쟁구간에 발생된 정보들을 기반으로, 기등록된 사용자단말 및 새로운 사용자단말에 대해 다음 슈퍼프레임의 슬롯할당을 스케줄링할 수 있다.
구체적으로, 측위서비스서버(300)의 스케줄 생성부(350)는 먼저 기등록된 사용자단말의 위치를 기반으로 각 셀에 대한 슬롯할당을 예약한 후, 경쟁구간에서 슬롯할당을 요청한 새로운 사용자단말에 대해 프리슬롯이 있는 경우 슬롯을 할당하여 스케줄하며, 프리슬롯이 없는 경우 기등록된 사용자단말에 예약된 슬롯의 재사용 가능여부를 판단하여 슬롯할당을 스케줄할 수 있다.
기등록된 사용자단말에 대한 슬롯 스케줄링
본 발명의 일 실시 예에 따른 측위서비스서버(300)는 예약기반 알고리즘에 따라 슬롯할당을 스케줄하는 것으로, 사용자단말(200)는 한번 자원(슬롯)을 획득하면 즉, 측위서비스서버(300)에 등록되면, 주기적 슈퍼프레임의 경쟁구간에서 슬롯할당을 주기적으로 요청하지 않아도 슬롯할당이 예약된다.
다만, 기등록된 사용자단말의 셀로밍이 예측되는 경우 슬롯의 유효성(충돌여부)을 판단하여 슬롯할당을 스케줄하고, 슬롯 생존시간(Time to Live , TTL)을 기반으로 네트워크에서 벗어난 것으로 판단된 경우 슬롯을 해지할 수 있다.
측위서비스서버(300)의 슬롯 관리부(330)는 슬롯이 할당된 사용자단말을 등록관리할 수 있으며, 등록된 모든 사용자단말에는 슬롯 생존시간(Time to Live , TTL)을 부여하고, 주기적 슈퍼프레임에서 해당 사용자단말의 측위 실패시마다 TTL을 차감하여 네트워크에서 벗어난 기등록된 사용자단말의 할당 슬롯을 해지시킬 수 있다.
새로운 사용자단말에 대한 슬롯 스케줄링
또한, 스케줄 생성부(350)는 새로운 사용자단말에 대한 슬롯 할당에 대해, 경쟁구간에서 슬롯할당을 요청한 순으로 사용자단말에 슬롯을 할당하되, 이전 슈퍼프레임의 경쟁구간에서 슬롯 요청 후, 슬롯할당을 받지못한 대기상태의 사용자단말을 우선순으로 하여 슬롯할당을 스케줄할 수 있다.
구체적으로, 스케줄 생성부(350)는 다음의 수학식2를 이용하여 네트워크에서 사용가능한 슬롯 개수를 산출할 수 있으며, 이는 슬롯 관리부(330)에서 관리할 수 있다.
Figure 112022013947686-pat00019
여기서,
Figure 112022013947686-pat00020
는 사용가능한 슬롯 개수(n),
Figure 112022013947686-pat00021
는 슈퍼프레임 길이,
Figure 112022013947686-pat00022
는 경쟁구간 길이,
Figure 112022013947686-pat00023
는 서버 메시지의 슬롯 길이,
Figure 112022013947686-pat00024
는 동기화 구간 길이,
Figure 112022013947686-pat00025
는 스케줄구간 길이,
Figure 112022013947686-pat00026
는 할당된 슬롯 길이가 될 수 있다.
측위서비스서버(300)는 기등록된 사용자단말 및 이전 슈퍼프레임의 경쟁구간에서 슬롯할당을 요청한 순으로 사용자단말(200)에 슬롯을 할당하되, 상기 수학식1에 따른 사용가능한 슬롯 개수내에서 슬롯할당을 스케줄링할 수 있다.
이때, 측위서비스서버(300)는 슬롯 할당을 요청한 사용자단말에 할당 가능한 프리 슬롯이 없으면, 각 셀에 대해 기설정된 충돌도메인을 기반으로, 기등록된 사용자단말에 예약된 슬롯을 재할당하여 스케줄링할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 충돌 도메인은 네트워크 영역의 각 셀을 기준으로 원홉 이웃하는 셀(Cell)과, 각 셀의 영역을 기설정 개수로 구획한 서브 셀(Subcell)을 기준으로 사용자단말의 UWB전송범위에 포함되는 두홉 이웃하는 셀들로 설정할 수 있으며, 도 6을 통해 설명할 수 있다.
여기서, 각 셀을 기준(기준셀)으로 설정된 충돌도메인에 포함된 셀 및 서브셀은 기준셀에 위치한 사용자단말이 충돌가능성이 있는 충돌집합이 될 수 있다.
도 6을 참고하면, 사용자단말(200)이 위치한 기준셀(30)에서 UWB모듈의 UWB전송범위(30a)를 고려할 때, 기준셀(30)에 원홉 이웃하는 셀(31)은 충돌도메인이 된다. 또한, 사용자단말(200)이 위치한 기준셀(30)의 서브셀위치를 기반으로, 기준셀(30)에 두홉 이웃하는 일부 셀(32)에서도 충돌이 발생한다.
본 발명의 측위서비스시스템은 인접한 홉들간에는 서로 다른 지슈퍼프레임을 할당하기 때문에 물리적인 거리에 따라 간섭이 미치지 않는 홉들간에는 슬롯의 재사용이 가능하다.
이를 고려하여, 본 발명의 일 실시 예에서는 상기와 같이 각 셀에 대해 충돌도메인을 설정하고, 충돌도메인을 기반으로 이미 예약된 슬롯을 재사용함으로써 충돌발생을 방지할 수 있다.
슬롯 재사용에 따른 스케줄링
구체적으로, 측위서비스서버(300)는 충돌도메인을 기반으로, 다음의 조건(슬롯 재사용 조건)을 만족하면 기등록된 사용자단말에 이미 예약된 슬롯(x)을 이전 슈퍼 프레임의 경쟁구간에서 슬롯할당을 요청한 사용자단말(t)에 할당하여 스케줄링할 수 있다.
Figure 112022013947686-pat00027
여기서,
Figure 112022013947686-pat00028
는 슬롯x가 할당된 사용자단말(u)의 집합, t는 경쟁구간에서 슬롯할당을 요청한 사용자단말, Cell(t)는 t가 위치하는 셀, Cell(u)는 Sx가 위치 하는 셀, CollisionSet은 상기 충돌도메인이 될 수 있다.
상기 조건을 만족시, 충돌도메인에 있는 사용자단말들은 한 슬롯을 공유하지 않으므로 충돌을 방지할 수 있다.
또한, 스케줄 생성부(350)는 위치판단부(340)에서 기등록된 사용자단말의 셀로밍을 예측한 경우, 예측된 셀에서 기등록된 사용자단말의 슬롯이 충돌이 없는지 상기 슬롯 재사용 조건을 이용하여 슬롯 유효성을 판단할 수 있다. 이때, 스케줄 생성부(350)는 현재슬롯이 유효하면(예측 셀에서 충돌이 없는 경우) 예측 셀에서 기등록된 사용자단말이 현재 슬롯을 재사용하도록 스케줄 할 수 있다.
한편, 사용자단말(200)이 예측되지 않은 셀로 이동할 경우, 사용자단말(200)은 이미 활용된 슬롯을 사용하여 전송할 수 있으며, 이 경우 충돌이 발생할 수 있다. 충돌 발생시, 사용자단말(200)은 다음 슈퍼프레임의 경쟁구간에 새로운 슬롯할당을 요청할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 측위서비스서버(300)는 1) 기등록된 사용자단말의 위치 및 셀로밍 예측를 기반으로 슬롯 할당을 예약하고, 2) 이전 슈퍼프레임의 경쟁구간에서 슬롯할당을 요청한 순서로 새로운 사용자단말에 슬롯 할당을 예약하되 대기상태의 새로운 사용자단말에 우선권을 부여하여 슬롯 할당을 스케줄하며, 3) 할당 가능한 슬롯이 없는 경우, 기등록 사용자단말에 이미 예약된 슬롯을 재사용하여 슬롯 할당을 스케줄링함으로써, 각 셀에 한정된 슬롯을 다수의 사용자단말에 할당할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : UWB 앵커
110 : 모뎀 120 : UWB 태그
200 : 사용자단말
300 : 측위 서비스 서버
310 : 통신부 320 : 동기화부
330 : 슬롯관리부 340 : 위치판단부
350 : 스케줄 생성부
10 : 전력량계 20 : 슈퍼프레임
21 : 제1서버구간 22 : 동기화 구간
23 : 제2서버구간 24 : 스케줄구간
25 : 경쟁구간 26 : 비경쟁구간

Claims (20)

  1. 기설정된 위치에 설치된 전력량계의 모뎀 및 상기 모뎀에 장착되는 UWB태그를 포함하고, 슬롯 할당 정보를 포함하는 스케줄 메시지를 브로드캐스팅하는 복수의 UWB앵커;
    슬롯 요청메시지를 브로드캐스팅하고, 수신된 상기 스케줄 메시지에 자신에게 할당된 슬롯이 있으면, 할당된 슬롯에 응답메시지를 브로드캐스팅하는 복수의 사용자 단말; 및
    셀단위로 스케줄 메시지를 생성하여 해당 UWB앵커로 송신하고, 복수의 UWB앵커를 통해 수신된 사용자 단말별 응답메시지를 이용하여 각 사용자 단말의 위치를 판단하는 측위 서비스 서버를 포함하고
    상기 UWB앵커, 사용자단말 및 측위 서비스 서버는, 주기적 슈퍼프레임을 이용하여 서로 통신하고,
    상기 슈퍼프레임은,
    동기화메시지 전송을 위한 제1서버구간, 상기 복수의 UWB앵커들의 시간 동기를 위한 동기화 구간, 스케줄메시지 전송을 위한 제2서버구간, 사용자단말에 대한 슬롯 할당을 위한 스케줄 구간, 상기 스케줄 구간에서 슬롯을 할당받지 못한 사용자단말의 슬롯 요청을 위한 경쟁구간 및 상기 스케줄 구간에서 할당된 슬롯을 이용하여 사용자단말이 응답메시지를 전송하는 비경쟁구간을 시간순으로 포함하는, 실내측위시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측위 서비스 서버는,
    셀단위로 슬롯이 할당된 사용자단말을 등록 관리하고, 사용가능한 슬롯 개수 내에서 상기 슈퍼프레임마다 기등록된 사용자단말의 위치를 기반으로 슬롯 할당을 예약하고, 상기 경쟁구간에 슬롯할당을 요청한 새로운 사용자단말에 슬롯 요청순으로 슬롯을 할당을 예약하여 스케줄메시지를 생성하는, 실내측위시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측위 서비스 서버는, 하기의 수학식을 이용하여 사용가능한 슬롯 개수를 산출하는, 실내측위시스템.
    Figure 112022013947686-pat00029

    (여기서,
    Figure 112022013947686-pat00030
    는 사용가능한 슬롯 개수(n),
    Figure 112022013947686-pat00031
    는 슈퍼프레임 길이,
    Figure 112022013947686-pat00032
    는 경쟁구간 길이,
    Figure 112022013947686-pat00033
    는 서버 메시지의 슬롯 길이,
    Figure 112022013947686-pat00034
    는 동기화 구간 길이,
    Figure 112022013947686-pat00035
    는 스케줄구간 길이,
    Figure 112022013947686-pat00036
    는 할당된 슬롯 길이)
  5. 제4항에 있어서,
    상기 측위 서비스 서버는,
    슬롯 할당을 요청한 사용자단말에 할당 가능한 프리 슬롯이 없으면, 각 셀에 대해 기설정된 충돌도메인을 기반으로, 기등록된 사용자단말에 이미 예약된 슬롯을 재할당하여 스케줄링하는, 실내측위시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 충돌도메인은,
    각 셀을 기준으로 원홉 이웃하는 셀(Cell)과, 각 셀의 영역을 기설정 개수로 구획한 서브 셀(Subcell)을 기준으로 사용자단말의 UWB전송범위에 포함되는 두홉 이웃하는 셀들로 설정되는, 실내측위시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 측위 서비스 서버는,
    다음의 조건을 만족하면 이미 예약된 슬롯(x)을 이전 슈퍼프레임의 경쟁구간에서 슬롯할당을 요청한 사용자단말(t)에 할당하여 스케줄링하는, 실내측위시스템.
    Figure 112022013947686-pat00037

    (여기서,
    Figure 112022013947686-pat00038
    는 슬롯x가 할당된 사용자단말(u)의 집합, t는 경쟁구간에서 슬롯할당을 요청한 사용자단말, Cell(t)는 t가 위치하는 셀, Cell(u)는 Sx가 위치하는 셀, CollisionSet은 상기 충돌도메인)
  8. 제3항에 있어서,
    상기 측위 서비스 서버는,
    기등록된 사용자단말의 현재위치, 가속도(a), 속도(v) 및 방향(θ)을 기반으로 다음 슈퍼프레임에서의 위치를 추정하여 셀 로밍이 예측되면, 예측 셀에서 기등록된 사용자단말의 현재슬롯이 충돌하는지 판단하고, 충돌하지 않으면 다음 슈퍼프레임에 현재 슬롯이 재할당되도록 스케줄링하는, 실내측위시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 사용자단말은,
    상기 비경쟁구간에, 기구비된 센서를 이용하여 측정된 가속도(a), 속도(v) 및 방향(θ) 정보를 포함하는 응답메시지를 브로드캐스팅하며,
    상기 측위 서비스 서버는,
    수신된 가속도(a), 속도(v) 및 방향(θ) 정보, 기등록된 사용자단말의 현재위치 및 해당 전력량계의 위치를 기반으로 다음 슈퍼프레임에서의 3차원 위치를 추정하는, 실내측위시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 측위 서비스 서버는,
    하기의 수학식을 이용하여 다음 슈퍼프레임에서의 기등록된 사용자단말의 위치(x,y)를 추정하고, 상기 전력량계의 위치를 기반으로 고도를 추정하는, 실내측위시스템.
    Figure 112022013947686-pat00039

    (여기서,
    Figure 112022013947686-pat00040
    및
    Figure 112022013947686-pat00041
    는 초기위치, n은 n번째 슈퍼프레임,
    Figure 112022013947686-pat00042
    는 슈퍼프레임 길이)
  11. 제1항에 있어서,
    상기 사용자 단말은,
    상기 스케줄 구간에 자신에게 할당된 슬롯이 있으면, 할당된 슬롯의 시작시간 전까지 UWB 송신모듈을 절전모드로 제어하는, 실내측위시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 사용자 단말은,
    상기 비경쟁구간에, 상기 스케줄 메시지를 기반으로 해당 UWB앵커로부터 호출신호를 수신시 UWB 송신모듈을 활성화시켜 할당된 슬롯에 응답메시지를 브로드캐스팅하는, 실내측위시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 UWB앵커는,
    상기 수신된 스케줄 메시지로부터 현재 슈퍼프레임의 비경쟁구간에서 슬롯 할당이 없는 시간을 판단하여 상기 UWB태그를 PSM(Power Saving Mode)로 제어하는, 실내측위시스템.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 측위 서비스 서버는,
    사용자단말에서 브로드캐스팅된 응답메시지를 수신한 적어도 3개의 UWB앵커 각각에서 측정한 신호측정시간(Time Of Arrival, ToA)의 상호 간 차이인 TDOA(Time Difference Of Arrival) 정보를 이용하여 상기 사용자단말의 위치를 판단하는, 실내측위시스템.
  15. 제3항에 있어서,
    상기 측위 서비스 서버는,
    상기 사용자단말의 등록시 슬롯 생존시간(Time to Live, TTL)을 부여하고, 주기적 슈퍼프레임에서 해당 사용자단말의 측위 실패시 TTL을 차감하여 네트워크에서 벗어난 기등록된 사용자단말의 할당 슬롯을 해지시키는, 실내측위시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 경쟁구간은 알로하(aloha)방식에 의해 제어되고, 상기 비경쟁구간은 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식에 따라 구분된 적어도 하나의 슬롯을 포함하는, 실내측위시스템.
  17. 제3항에 있어서,
    상기 측위 서비스 서버는,
    상기 경쟁구간에 슬롯할당을 요청한 사용자단말 순으로 슬롯할당을 예약하되, 이전 슈퍼프레임의 경쟁구간에 슬롯요청 후 슬롯을 할당받지 못한 사용자단말에 우선권을 부여하여 다음 슈퍼프레임에서의 슬롯할당을 스케줄링하는, 실내측위시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 측위 서비스 서버는,
    상기 판단된 사용자단말의 위치를 기반으로, 사용자단말의 위치알림, 재난알림 및 대피경로 중 적어도 하나의 측위서비스를 상기 스케줄메시지에 포함시켜 제공하는, 실내측위시스템.
  19. 기설정된 위치에 설치된 전력량계의 모뎀 및 상기 모뎀에 장착되는 UWB태그를 포함하고, 슬롯 할당 정보를 포함하는 스케줄 메시지를 브로드캐스팅하는 복수의 UWB앵커;
    슬롯 요청메시지를 브로드캐스팅하고, 수신된 상기 스케줄 메시지에 자신에게 할당된 슬롯이 있으면, 할당된 슬롯에 응답메시지를 브로드캐스팅하는 복수의 사용자 단말; 및
    셀단위로 스케줄 메시지를 생성하여 해당 UWB앵커로 송신하고, 복수의 UWB앵커를 통해 수신된 사용자 단말별 응답메시지를 이용하여 각 사용자 단말의 위치를 판단하는 측위 서비스 서버를 포함하고,
    상기 UWB앵커는, 상기 전력량계에 삽입 장착되되,
    상기 전력량계의 전원 커넥터에 삽입된 모뎀의 전원핀을 통해 인가되는 상기 전력량계의 전원을 상기 UWB 태그로 분기시키기 위한 리드선, 상기 전원핀을 포함하는 모뎀핀이 삽입관통하는 삽입홀과 상기 리드선을 안착시키기 위한 안착부가 형성된 안착프레임을 포함하는 커넥터가 구비된, 실내측위시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 리드선은,
    상기 안착부에 안착시 모뎀핀이 관통할 수 있는 관통홀을 구비한 헤드부 및 상기 헤드부로부터 연장되어 일정 길이를 형성하는 바디부를 포함하고,
    상기 헤드부로부터 연장된 바디부의 끝단은 상기 UWB태그의 전원단자에 삽입 결합되는, 실내측위시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100994840B1 (ko) * 2009-11-27 2010-11-16 주식회사 케이티 무선랜 신호 세기 기반의 실내 측위 방법 및 시스템
KR20160135584A (ko) 2015-05-18 2016-11-28 중소기업은행 Ｕｗｂ에 기반한 초정밀 측위 방법 및 시스템
KR20190044821A (ko) * 2017-10-23 2019-05-02 에이티온 주식회사 LoRa망 내 태그의 효율적인 위치를 측정하는 시스템 및 방법

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