KR102432952B1 - Uwb 기반 다중 접속 효율을 높이기 위한 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방법 및 장치 - Google Patents

Uwb 기반 다중 접속 효율을 높이기 위한 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

UWB 기반 다중 접속 효율을 높이기 위한 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방법 및 장치를 개시한다.
본 실시예는 UWB를 이용한 무선통신 기기 및 IoT 기기에 적용하여 UWB 시스템에서 RTLS(Real-Time Locating System)의 바운더리 내의 사용자 수를 파악하고, 사용자 수에 따라 가변적으로 이븐 프레임(Even Frame)과 오드 프레임(Odd Frame)의 길이를 조절하여 TDoA 및 TWR 방식으로 타임 슬롯을 동적으로 할당하도록 하는 UWB 기반 다중 접속 효율을 높이기 위한 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방법 및 장치를 제공한다.

Description

UWB 기반 다중 접속 효율을 높이기 위한 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방법 및 장치{Method And Apparatus for Assigning Time Division Dynamic Time Slot}
본 발명의 일 실시예는 UWB 기반 다중 접속 효율을 높이기 위한 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방법 및 장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
종래 UWB 무선 신호로 위치 정보 인식을 위해 신호 송수신은 TDoA(Time Difference of Arrival) 및 TWR(Two-way Ranging)를 이용한다. 복수의 기기들 간 무선 간섭없이 통신하도록 시분할(Time Division) 방식을 사용하여 다중 접속(Multiple Access)을 지원하고 있다.
다중 접속을 지원하기 위해 시분할 방식은 일정한 간격을 두고 시간을 할당하고 있다. 해당 값은 신호 전송에 필요한 시간에 여유 공간을 주어 다중 접속할 수 있도록 한다. 정확한 위치 정보를 산출하기 위해서는 TWR 방식을 선호되고 있으나, 전술한 TWR은 신호를 주고받는 구조이기 때문에 TDoA 방식에 비해 시분할 할당 시 다른 간격을 보장해주어야 한다.
종래의 TDoA와 TWR을 동시에 사용하는 기술은 비효율적인 간격으로 할당되기 때문에 동시 접속할 수 있는 기기의 수가 약 30% 감소되는 문제가 있다. 특히, TDoA 종래 기술 중 랜덤 액세스(Random Access)를 시도할 경우 일정한 간격을 보장되어야 하는 TWR 방식과는 혼용하여 사용하기 어렵다는 문제가 있다.
본 실시예는 UWB를 이용한 무선통신 기기 및 IoT 기기에 적용하여 UWB 시스템에서 RTLS(Real-Time Locating System)의 바운더리 내의 사용자 수를 파악하고, 사용자 수에 따라 가변적으로 이븐 프레임(Even Frame)과 오드 프레임(Odd Frame)의 길이를 조절하여 TDoA 및 TWR 방식으로 타임 슬롯을 동적으로 할당하도록 하는 UWB 기반 다중 접속 효율을 높이기 위한 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방법 및 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, TDoA(Time Difference of Arrival) 및 TWR(Two-way Ranging) 방식 모두를 이용하여 기 설정된 영역(Zone) 내의 사용자 수에 따라 기본 단위 프레임 내의 타임슬롯의 길이를 가변적으로 할당하는 타임슬롯 동적 할당장치; 상기 TDoA 및 상기 TWR 방식 중 하나 이상의 방식으로 고유 식별자(ID)를 송출하는 태그(Tag); 상기 타임슬롯 동적 할당장치에 의해 가변적으로 할당된 프레임 주기로 상기 태그로부터 상기 고유 식별자(ID)를 무선으로 인식하여 전송하는 앵커(Anchor); 및 상기 앵커로부터 수집된 상기 고유 식별자(ID)를 수집한 후 가공하여 상기 태그의 위치를 추적하여 사물에 대한 측위 서비스를 제공하는 RTLS(Real-Time Locating System)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템을 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 타임슬롯 동적 할당장치에서 TDoA(Time Difference of Arrival) 및 TWR(Two-way Ranging) 방식 모두를 이용하여 기 설정된 영역(Zone) 내의 사용자 수에 따라 기본 단위 프레임 내의 타임슬롯의 길이를 가변적으로 할당하는 과정; 태그(Tag)에서 상기 TDoA 및 상기 TWR 방식 중 하나 이상의 방식으로 고유 식별자(ID)를 송출하는 과정; 앵커(Anchor)에서 상기 타임슬롯 동적 할당장치에 의해 가변적으로 할당된 프레임 주기로 상기 태그로부터 상기 고유 식별자(ID)를 무선으로 인식하여 전송하는 과정; 및 RTLS(Real-Time Locating System)에서 상기 앵커로부터 수집된 상기 고유 식별자(ID)를 수집한 후 가공하여 상기 태그의 위치를 추적하여 사물에 대한 측위 서비스를 제공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, UWB를 이용한 무선통신 기기 및 IoT 기기에 적용하여 UWB 시스템에서 RTLS(Real-Time Locating System)의 바운더리 내의 사용자 수를 파악하고, 사용자 수에 따라 가변적으로 이븐 프레임(Even Frame)과 오드 프레임(Odd Frame)의 길이를 조절하여 TDoA 및 TWR 방식으로 타임 슬롯을 동적으로 할당할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 TDoA 및 TWR 방식으로 시분할 타임 슬롯을 동적으로 할당하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 시분할 동적 타임 슬롯 할당하기 위한 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방식을 적용한 지하철 개찰구의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 지하철 개찰구에서 BLE 검출 신호를 이용하여 대상 지정 방식을 나타낸 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 TDoA 및 TWR 방식으로 시분할 타임 슬롯을 동적으로 할당하는 방법을 나타낸 도면이다.
타임슬롯 동적 할당장치(110)는 TDoA 및 TWR 방식으로 시분할 타임 슬롯을 할당한다. 타임슬롯 동적 할당장치(110)는 일정한 규칙을 적용하여 시분할 할당을 유연하게 적용할 수 있다. 타임슬롯 동적 할당장치(110)는 TDoA 및 TWR 방식 모두 타임 슬롯(Slot)을 의미하나 TDoA 및 TWR 방식을 통합하여 사용할 경우 할당 구간이 달라진다.
타임슬롯 동적 할당장치(110)는 TDoA 방식을 이용할 때, 최소 기기 할당 단위 TTDOA_slot(= 2ms), TWR은 10개의 TDoA 최소 기기 할당 단위의 10배 TTWR _slot(= 20ms) 필요로 한다.
타임슬롯 동적 할당장치(110)는 TDoA 및 TWR 통합 방식으로 최소 할당 단위를 도입한다. 타임슬롯 동적 할당장치(110)는 TDoA 및 TWR 통합 방식으로 최소 할당 단위로 프레임(Frame)을 200ms로 설정하고, 이븐 프레임(Even Frame)과 오드 프레임(Odd Frame)으로 구분한다.
타임슬롯 동적 할당장치(110)는 1초를 디폴트(Default) 할당 단위로 이용한다. 이때, 통상 사람의 걷는 속도를 약 1m/s로 가정한다. 예컨대, 타임슬롯 동적 할당장치(110)는 200ms로 할당된 프레임 중 TDoA 방식으로 100ms(50개의 태그 할당)를 할당하고, TWR 방식으로 100ms(5개의 태그 할당)를 할당한다.
타임슬롯 동적 할당장치(110)는 1초로 환산할 경우 TDoA 방식으로 250대의 태그를 할당 가능하고, TWR 방식으로 25대의 태그가 할당 가능하다. 타임슬롯 동적 할당장치(110)는 이븐 프레임(Even Frame)과 오드 프레임(Odd Frame)의 100ms 단위는 가변으로 20ms ~ 180ms가 할당 가능하다. 여기서, TDoA 할당 영역(Even frame)은 시분할 할당 방식 외 랜덤 액세스(Random Access)로 변경 가능하다.
TDoA 2ms 단위는 기기 분할 단위이나 실제 UWB 송신 시간은 100~150us 이기 때문에 이븐 프레임의 경우 랜덤 액세스(Random Access)가 더 많은 기기를 수용할 수 있다 여기서, 충돌 확률을 5% 목표로 할 때, 대략 100개의 태그가 할당 가능하다. 제어 신호는 송수신 소모 전류가 낮은 802.15.4나 BLE 5.0 시분할 할당 포로토콜 이용한다.
도 2는 본 실시예에 따른 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템은 타임슬롯 동적 할당장치(110), RTLS(Real-Time Locating System)(210), 앵커(Anchor)(220), 태그(Tag)(230)를 포함한다. 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
타임슬롯 동적 할당장치(110)는 TDoA(Time Difference of Arrival) 및 TWR(Two-way Ranging) 방식 모두를 이용하여 기 설정된 영역(Zone) 내의 사용자 수에 따라 기본 단위 프레임 내의 타임슬롯의 길이를 가변적으로 할당한다.
타임슬롯 동적 할당장치(110)는 앵커(220)에서 복수의 태그를 인식하기 위해 기본 단위 프레임 타임 슬롯 내의 이븐 프레임(Even Frame)과 오드 프레임(Odd Frame)의 길이를 서로 다른 길이를 갖도록 가변적으로 할당한다.
타임슬롯 동적 할당장치(110)는 기 설정된 영역(Zone)의 용도를 기반으로 정밀한 측정을 필요로 할 때, 기본 단위 프레임에 할당된 타임 슬롯 중 이븐 프레임을 짧게 할당하고, 오드 프레임을 길게 할당한다.
타임슬롯 동적 할당장치(110)는 기 설정된 영역(Zone)의 용도를 기반으로 빠른 측정을 필요로 할 때, 기본 단위 프레임에 할당된 타임 슬롯 중 이븐 프레임을 길게 할당하고, 오드 프레임을 짧게 할당한다.
타임슬롯 동적 할당장치(110)는 기 설정된 시간단위(1 초당 한번 씩)로 TDoA 존을 확인한 후 제2 카운트 결과가 제1 임계치(예컨대, 25) 미만(25 < count 2)이면 기본 단위 프레임 중 TDoA 타임 슬롯(100ms)과 TWR 타임 슬롯(100ms)을 동일한 값으로 설정한다.
타임슬롯 동적 할당장치(110)는 기 설정된 시간단위(1 초당 한번 씩)로 TDoA 존을 확인한 후 제2 카운트 결과가 제1 임계치(예컨대, 25)를 초과하고 제2 임계치(예컨대, 45) 미만(25 < count 2 < 45)이면, 기본 단위 프레임 중 TDoA 타임 슬롯을 TWR 타임 슬롯보다 짧은값으로 설정한다.
RTLS(210)는 실시간 위치추적 시스템으로서 사람이나 사물의 위치를 실시간으로 확인하는 시스템을 의미한다. RTLS(210)는 UWB(Ultra-Wideband) 기술을 이용하고 있으며, 사용되는 목적이나 방법에 따라 다양한 분야에 적용 가능하다.
RTLS(210)는 앵커(220)로부터 태그(230)가 부착된 사물의 고유 식별자(ID)를 수집한다. RTLS(210)는 앵커(220)로부터 수집된 고유 식별자(ID)를 수집, 가공, 저장, 추적하여 사물에 대한 측위 서비스를 제공한다.
RTLS(210)는 앵커(220)로부터 수집된 고유 식별자(ID)를 수집한 후 가공하여 태그(230)의 위치를 추적하여 사물에 대한 측위 서비스를 제공한다.
RTLS(210)는 태그(230)로부터 BLE 검출 신호를 수신하면, 태그(230)가 BLE 존에 위치하는 것으로 확인한다. RTLS(210)는 태그(230)에 대한 위치 계산(location calculation)을 위한 조건(Condition)을 확인한다. RTLS(210)는 조건을 기반으로 태그(230)의 위치를 계산한다.
RTLS(210)는 태그(230)를 소지한 사람이 BLE 존에 진입하면 BLE를 이용하여 인원수를 제1 카운트(count1)로 계수한다.
RTLS(210)는 조건을 확인한 결과 TDoA 또는 TWR 중 어느 하나의 방식인지 확인한다. RTLS(210)는 확인 결과를 기반으로 태그(230)가 TDoA 존과 TWR 존 중 어느 존에 위치하는지를 확인한다.
RTLS(210)는 조건이 TDoA 방식인 것으로 확인하면, 앵커(220)에서 TDoA 존으로 TDoA 블링크 파라미터(Blink Parameter)를 시그럴닝(Signaling)하도록 한다. RTLS(210)는 조건이 TDoA 방식인 것으로 확인하면, 태그(230)에서 TDoA 존 내의 앵커(220)로 TDoA 블링크를 시작하도록 한 후 태그(230)가 TDoA 존에 위치하는 것으로 확인한다.
RTLS(210)는 태그(230)를 소지한 사람이 TDoA 존에 진입하면 TDoA 방식을 이용하여 인원수를 제2 카운트(count2)로 계수한다.
RTLS(210)는 조건이 TWR 존 진입 기준에 해당하는 것으로 확인되면, 태그(230)의 위치가 TDoA 존에서 TWR 존으로 이동한 것으로 확인한다.
RTLS(210)는 조건이 TWR 방식인 것으로 확인하면, 앵커(220)에서 TWR 존으로 TWR 블링크 파라미터(Blink Parameter)를 시그럴닝(Signaling)하도록 한다. RTLS(210)는 조건이 TWR 방식인 것으로 확인하면, 태그(230)에서 TWR 존 내의 앵커(220)로 TWR 블링크를 시작하도록 한다. 이후 RTLS(210)는 태그(230)가 TWR 존에 위치하는 것으로 확인한다.
RTLS(210)는 조건이 TDoA 존 진입 기준에 해당하는 것으로 확인되면, 태그(230)의 위치가 TWR 존에서 TDoA 존으로 이동한 것으로 확인한다.
앵커(220)는 RTLS 수신기(예컨대, 리더)로서 유무선으로 정밀하게 클락을 동기화한다. 앵커(220)는 태그(230)가 부착된 사물의 고유 식별자(ID)를 무선으로 인식한다. 여기서, 앵커(220)는 태그(230)의 위치를 파악하기 위해, 태그(230)의 전파 수신에 따른 신호의 세기와 신호 도착시간 및 신호 수신 방향을 포함하는 위치 정보를 이용하여 태그(230)의 위치를 인식한다. 앵커(220)는 태그(230)의 위치를 파악하기 위해, 정밀한 표준 시간으로 동기화한다.
앵커(220)는 타임슬롯 동적 할당장치(110)에 의해 가변적으로 할당된 프레임 주기로 태그로부터 고유 식별자(ID)를 무선으로 인식하여 전송한다. 앵커(220)는 BLE 존에 대한 BLE 비콘(Beacon)을 모니터링(Monitoring)하다가 BLE 비콘이 검출되는 경우, BLE 검출 신호를 RTLS(210)로 전송한다. 앵커(220)는 TDoA 존에 대한 TDoA 신호를 모니터링하다가 TDoA 신호가 검출되는 경우, TDoA 신호를 RTLS(210)로 전송한다. 앵커(220)는 TWR 존에 대한 TWR 신호를 모니터링하다가 TWR 신호가 검출되는 경우, TWR 신호를 RTLS(210)로 전송한다.
태그(230)는 타임슬롯 동적 할당장치(110)에 의해 가변적으로 할당된 이븐 프레임(Even Frame)과 오드 프레임(Odd Frame)의 길이를 갖는다. 태그(230)는 RTLS를 적용하기 위해서 각 사물에 부착된다. 태그(230)는 TDoA 및 TWR 방식 중 하나 이상의 방식으로 고유 식별자(ID)를 송출한다.
도 3은 본 실시예에 따른 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방법을 설명하기 위한 도면이다.
타임슬롯 동적 할당장치(110)는 TDoA 및 TWR 방식으로 시분할 타임 슬롯을 앵커(220)와 태그(230)에 할당한다.
태그(230)는 BLE 비콘(Beacon)을 모니터링(Monitoring)한다(S310). 태그(230)는 BLE 비콘이 검출되는지의 여부를 확인한다(S320). RTLS(210)는 위치 계산(location calculation)을 위한 조건(Condition)을 확인(Check)한다(S330).
RTLS(210)는 위치 계산을 위한 조건을 확인한 결과 TDoA 또는 TWR 중 어느 하나의 방식인지를 확인한다(S340).
단계 S340의 확인 결과, TDoA 방식으로 확인된 경우, 앵커(220)는 TDoA 존에서 TDoA 블링크 파라미터(Blink Parameter)를 시그럴닝(Signaling)한다(S350). 태그(230)는 TDoA 존 내의 앵커(220)로 TDoA 블링크를 시작한다(S360). RTLS(210)는 기준(Criteria)을 확인하여 TWR 방식인지 기준을 벗어나는지를 확인한다(S370).
단계 S340의 확인 결과, TWR 방식으로 확인되거나 단계 S370의 확인 결과, 기준(Criteria)을 확인한 결과, TWR 방식으로 확인되는 경우, 앵커(220)는 TWR 블링크 파라미터(Blink Parameter)를 시그럴닝한다(S380). 태그(230)는 TWR 존 내의 앵커(220)로 TWR 블링크를 시작한다(S390).
RTLS(210)는 TWR 존을 유지하는 지를 확인한다(S392). 단계 S392의 확인 결과, TWR 존을 유지하는 경우, 단계 S390으로 돌아간다. 단계 S392의 확인 결과, TWR 존을 유지하지 못하는 경우,단계 S350으로 돌아간다.
도 3에서는 단계 S310 내지 단계 S392를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 3에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 3은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이 도 3에 기재된 본 실시예에 따른 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방법은 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 실시예에 따른 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
도 4는 본 실시예에 따른 시분할 동적 타임 슬롯 할당하기 위한 영역을 설명하기 위한 도면이다.
출입 게이트 또는 원거리 결제 장치는 위치 계산 방법을 위한 조건을 확인한다. 출입 게이트 또는 원거리 결제 장치는 BLE 비콘을 이용하여 존을 모터니링한다. 출입 게이트 또는 원거리 결제 장치는 BLE 비콘이 검출되면 제1 존(Zone1)으로 인지한다.
출입 게이트 또는 원거리 결제 장치는 태그(230)를 소지한 사람이 제1 존에 진입하면 BLE를 이용하여 인원수를 제1 카운트(count1)로 계수한다. 출입 게이트 또는 원거리 결제 장치는 태그(230)를 소지한 사람이 제2 존에 진입하면 TDoA를 이용하여 인원수를 제2 카운트(count2)로 계수한다. 출입 게이트 또는 원거리 결제 장치는 제1,2 존에 진입한 최소 인원을 50명으로 설정한다.
출입 게이트 또는 원거리 결제 장치는 TDoA 방식을 이용하여 제2 존(ZONE2)을 모니터링한다. 출입 게이트 또는 원거리 결제 장치는 1 초당 한번 씩 제2 존을 측정하여 측정결과가 제2 카운트 결과가 25미만(25 < count 2)이면 TDoA를 100ms로 설정하고, TWR를 100ms로 설정한다.
출입 게이트 또는 원거리 결제 장치는 1 초당 한번 씩 제2 존을 측정하여 측정결과가 25를 초과하고 45미만(25 < count 2 < 45)이면, TDoA를 20ms로 설정하고, TWR를 180ms로 설정한다. 출입 게이트 또는 원거리 결제 장치는 TWR 방식을 이용하여 제3 존(ZONE3)을 모니터링한다.
도 5는 본 실시예에 따른 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방식을 적용한 지하철 개찰구의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
앵커(220)가 복수의 지하철 개찰구(6~14개)에 각각 적용된 경우, BLE 비콘(Beacon)에 의해 입구에서 인식된 태그(230)까지 계산된 거리를 산출한다. 지하철 개찰구는 5m 이내의 태그(230)까지의 거리를 측정하면 UWB TDoA를 활성화한다. 지하철 개찰구는 앵커와 태그 모두와 통신한다. 지하철 개찰구는 위치 계산 프로세스를 동작한다.
지하철 개찰구는 조건(Condition)으로 속도(velocity)를 1m/s로 설정하고, TRX 주기(period)를 400ms로 설정한다. 지하철 개찰구는 TDoA 존 용량으로 최소 20명(디폴트 100)으로 설정한다. 지하철 개찰구는 TWR 존 용량으로 최소 10명(디폴트 10), 최대 18명으로 설정한다. 지하철 개찰구는 BLE 비콘으로 영역을 감지하면 제1 존으로 인식한다.
도 6은 본 실시예에 따른 지하철 개찰구에서 BLE 검출 신호를 이용하여 대상 지정 방식을 나타낸 도면이다.
앵커(220)가 적용된 복수의 지하철 개찰구와 태그(230)는 타이밍 동기화(Timing Sync)가 필요하지 않으며, Wi-Fi와 5G를 이용하여 무선 연결 가능하다.
앵커(220)가 적용된 지하철 개찰구는 AoA(Angle of Arrival) 기반의 위치 측위를 이용한다. 지하철 개찰구는 안테나 어레이의 개별 요소에서 신호가 수신기에 수신되는 각도를 추정하기 위해 안테나 어레이(Antenna Array)를 사용한다.
지하철 개찰구는 기본적으로 수신 각도를 기반으로 측위하는 솔루션으로 적용 상황에 따라 안테나 어레이, 어레이 안테나, 360도 수신 안테나 모두 적용 가능하다.
지하철 개찰구는 BLE 존으로 인식태그의 배터리 소모량을 최소화하기 위해 UWB전송시작 트리거(Trigger) 관리 영역을 설정한다. 지하철 개찰구는 TDoA 존 또는 TWR 존으로 UWB AoA기준 정밀 위치 판단에 따른 도어 작동 영역을 설정한다.
앵커(220)가 적용된 지하철 개찰구가 적어도 셋 이상의 안테나를 구비한다. 지하철 개찰구가 구비하는 적어도 셋 이상의 안테나를 이용하여 태그(230) 간 동작한다.
적어도 셋 이상의 안테나는 기본적으로 신호를 송신하거나, 신호를 수신한다. 즉, 적어도 셋 이상의 안테나는 특정 주파수 대역에 따른 신호를 선택하여 수신하거나, 특정 주파수 대역에 따른 신호를 공중(air)으로 방사한다. 예를 들어, 적어도 셋 이상의 안테나는 UWB 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. UWB는 앞서 설명한 바와 같이, 넓은 주파수 대역(예컨대, 3.1~10.6(Ghz)에서 동작하는 무선통신을 일컫는 것으로서, 적어도 셋 이상의 안테나는 UWB 가 제공하는 주파수 대역들 중에서 대한민국에 허용된 주파수 대역인 저주파 대역 3.1~4.8 Ghz 와, 고주파 대역 7.2~10.2 Ghz 을 수신 및/또는 송신할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 적어도 셋 이상의 안테나는 제1 방향(예컨대, 횡 방향)으로 평행하여 두 개 이상의 안테나가 배치되며, 제1 방향에 수직하는 방향(예컨대, 종 방향)으로 하나 이상의 안테나가 배치될 수 있다. 즉, 제1 안테나 및 제2 안테나는 횡 방향으로 일정거리 간격으로 평행하여 배치되며, 제3 안테나는 종 방향으로 제1 안테나와 일직선 상에 배치될 수 있다.
적어도 셋 이상의 안테나 중에서 적어도 하나는 팻 다이폴(Fat Dipole) 안테나, 보우타이(Bow-tie) 안테나, 모노폴(Monopole) 안테나 및 슬롯(Slot) 안테나 등으로 구현될 수 있으며, 이 때 각 안테나는 지하철 개찰구의 케이스 내에 실장 되는 소위 인테나(intenna)로 구현되거나 외장형 안테나로 구현될 수 있다.
지하철 개찰구는 적어도 셋 이상의 안테나에서 검출된 신호의 도착 각도를 이용하여 태그(230)의 삼차원 방향을 산출할 수 있다.
지하철 개찰구는 제1 방향으로 평행하여 배치된 제1 및 제2 안테나로부터 수신된 신호 간의 시간차 및 도착 각도차를 이용하여 제1 이차원 평면(예컨대, XY 평면) 상에서의 태그(230)의 방향을 산출하며, 제1 및 제3 안테나로부터 수신된 신호 간의 시간차 및 도착각도차를 이용하여 제2 이차원 평면(예컨대, YZ 평면) 상에서의 태그(230)의 방향을 산출할 수 있다.
지하철 개찰구는 각 이차원 평면 상의 방향을 조합함으로써 삼차원 방향(즉, X축 각도, Y축 각도, Z축 각도)을 산출할 수 있다. 이때, 제3 안테나는 제1 안테나와 일직선 상에 배치됨으로써, 지하철 개찰구는 제1 안테나와 제3 안테나 간의 높이 차이에 따른 각도차를 보상함으로써 보다 정확하게 삼차원 방향이 산출되도록 할 수 있다.
이때, 태그(230)가 기준면(예컨대, 바닥 등)으로부터 일정 높이에 위치하는 경우, 지하철 개찰구는 태그(230)의 삼차원 방향과 기준면을 이용하여 태그(230)의 위치를 식별할 수 있다. 그러나, 태그(230)의 높이가 일정하지 않은 경우, 지하철 개찰구는 다른 관제장치나 태그(230) 간의 거리값을 산출하여 태그(230)의 위치를 식별할 수 있다.
지하철 개찰구는 태그(230)의 삼차원 방향 정보를 획득하여 태그(230)로의 거리값을 산출할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 타임슬롯 동적 할당장치
210: RTLS
220: 앵커
230: 태그

Claims (15)

  1. TDoA(Time Difference of Arrival) 및 TWR(Two-way Ranging) 방식 모두를 이용하여 기 설정된 영역(Zone) 내의 사용자 수에 따라 기본 단위 프레임 내의 타임슬롯의 길이를 가변적으로 할당하는 타임슬롯 동적 할당장치;
    상기 TDoA 및 상기 TWR 방식 중 하나 이상의 방식으로 고유 식별자(ID)를 송출하는 태그(Tag);
    상기 타임슬롯 동적 할당장치에 의해 가변적으로 할당된 프레임 주기로 상기 태그로부터 상기 고유 식별자(ID)를 무선으로 인식하여 전송하는 앵커(Anchor); 및
    상기 앵커로부터 수집된 상기 고유 식별자(ID)를 수집한 후 가공하여 상기 태그의 위치를 추적하여 사물에 대한 측위 서비스를 제공하는 RTLS(Real-Time Locating System)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타임슬롯 동적 할당장치는,
    상기 앵커에서 복수의 태그를 인식하기 위해 상기 기본 단위 프레임 타임 슬롯 내의 이븐 프레임(Even Frame)과 오드 프레임(Odd Frame)의 길이를 서로 다른 길이를 갖도록 가변적으로 할당하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 타임슬롯 동적 할당장치는,
    기 설정된 영역(Zone)의 용도를 기반으로 정밀한 측정을 필요로 할 때, 상기 기본 단위 프레임에 할당된 타임 슬롯 중 상기 이븐 프레임을 짧게 할당하고, 상기 오드 프레임을 길게 할당하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 타임슬롯 동적 할당장치는,
    기 설정된 영역(Zone)의 용도를 기반으로 빠른 측정을 필요로 할 때, 상기 기본 단위 프레임에 할당된 타임 슬롯 중 상기 이븐 프레임을 길게 할당하고, 상기 오드 프레임을 짧게 할당하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 앵커는 BLE 존에 대한 BLE 비콘(Beacon)을 모니터링(Monitoring)하다가 BLE 비콘이 검출되는 경우, BLE 검출 신호를 상기 RTLS로 전송하며,
    상기 RTLS는 상기 BLE 검출 신호를 수신하면, 상기 태그가 상기 BLE 존에 위치하는 것으로 확인한 후 상기 태그에 대한 위치 계산(location calculation)을 위한 조건(Condition)을 확인하고, 상기 조건을 기반으로 상기 태그의 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 RTLS는
    상기 태그를 소지한 사람이 상기 BLE 존에 진입하면 BLE를 이용하여 인원수를 제1 카운트(count1)로 계수하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 RTLS는,
    상기 조건을 확인한 결과 상기 TDoA 또는 상기 TWR 중 어느 하나의 방식인지 확인하고, 확인 결과를 기반으로 상기 태그가 TDoA 존과 TWR 존 중 어느 존에 위치하는지를 확인하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 RTLS는 상기 조건이 TDoA 방식인 것으로 확인하면,
    상기 앵커에서 상기 TDoA 존으로 TDoA 블링크 파라미터(Blink Parameter)를 시그럴닝(Signaling)하도록 하며, 상기 태그에서 상기 TDoA 존 내의 상기 앵커로 TDoA 블링크를 시작하도록 한 후 상기 태그가 TDoA 존에 위치하는 것으로 확인하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 RTLS는
    상기 태그를 소지한 사람이 상기 TDoA 존에 진입하면 상기 TDoA 방식을 이용하여 인원수를 제2 카운트(count2)로 계수하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 타임슬롯 동적 할당장치는
    기 설정된 시간단위로 상기 TDoA 존을 확인한 후 상기 제2 카운트 결과가 제1 임계치 미만이면 상기 기본 단위 프레임 중 TDoA 타임 슬롯과 TWR 타임 슬롯을 동일한 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 타임슬롯 동적 할당장치는
    기 설정된 시간단위로 상기 TDoA 존을 확인한 후 상기 제2 카운트 결과가 제1 임계치를 초과하고 제2 임계치 미만이면, 상기 기본 단위 프레임 중 상기 TDoA 타임 슬롯을 상기 TWR 타임 슬롯보다 짧은값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 RTLS는
    상기 조건이 TWR 존 진입 기준에 해당하는 것으로 확인되면, 상기 태그의 위치가 상기 TDoA 존에서 상기 TWR 존으로 이동한 것으로 확인하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 RTLS는 상기 조건이 TWR 방식인 것으로 확인하면, 상기 앵커에서 상기 TWR 존으로 TWR 블링크 파라미터(Blink Parameter)를 시그럴닝(Signaling)하도록 하며, 상기 태그에서 상기 TWR 존 내의 상기 앵커로 TWR 블링크를 시작하도록 한 후 상기 태그가 TWR 존에 위치하는 것으로 확인하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 RTLS는
    상기 조건이 TDoA 존 진입 기준에 해당하는 것으로 확인되면, 상기 태그의 위치가 상기 TWR 존에서 상기 TDoA 존으로 이동한 것으로 확인하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 시스템.
  15. 타임슬롯 동적 할당장치에서 TDoA(Time Difference of Arrival) 및 TWR(Two-way Ranging) 방식 모두를 이용하여 기 설정된 영역(Zone) 내의 사용자 수에 따라 기본 단위 프레임 내의 타임슬롯의 길이를 가변적으로 할당하는 과정;
    태그(Tag)에서 상기 TDoA 및 상기 TWR 방식 중 하나 이상의 방식으로 고유 식별자(ID)를 송출하는 과정;
    앵커(Anchor)에서 상기 타임슬롯 동적 할당장치에 의해 가변적으로 할당된 프레임 주기로 상기 태그로부터 상기 고유 식별자(ID)를 무선으로 인식하여 전송하는 과정; 및
    RTLS(Real-Time Locating System)에서 상기 앵커로부터 수집된 상기 고유 식별자(ID)를 수집한 후 가공하여 상기 태그의 위치를 추적하여 사물에 대한 측위 서비스를 제공하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 시분할 동적 타임 슬롯 할당 방법.
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