KR102448926B1 - 핑거 프린팅을 이용한 실내 위치 측정 방법 및 이를 이용한 전자 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 핑거 프린트를 이용한 실내 위치 측정 방법은, 복수의 무선 신호원과 무선 통신을 기반으로 실내에서의 측위를 수행하는 전자 장치에서 수행되는 위치 측정 방법으로서, 실내 공간에서 사전 설정된 복수의 위치에서, 상기 실내 공간에 배치된 복수의 무선 신호원에 대한 무선 신호 세기 정보를 수집하여 측위 데이터베이스를 구축하는 단계, 현재 위치에서 상기 복수의 무선 신호원으로부터 각각 개별적으로 복수의 무선 신호를 수신하는 단계, 수신된 복수의 무선 신호의 세기를 확인하는 단계 및 수신된 복수의 무선 신호에 대하여, 세기의 크기를 기준으로 시퀀셜하게 설정된 무선 신호원의 순서를 이용하여 유사도를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

핑거 프린팅을 이용한 실내 위치 측정 방법 및 이를 이용한 전자 장치 {Indoor location measurement method using fingerprint and electronic device using same}

본 발명은 무선 환경에서의 위치 측위 기술에 관한 것으로서, 구체적으로는 핑거 프린팅을 이용한 실내 위치 측정 방법 및 이를 이용하는 전자 장치에 관한 것이다.

전자 기술의 발전에 따라 다양한 휴대용 전자 장치가 일상에서 사용되고 있으며, 이러한 휴대용 전자 장치는 무선 통신 기술을 기반으로 위치를 측정하는 기술들이 개발되고 있다.

실외 환경에서는 GPS(Global Positioning System)을 이용하여 간단하고 정확하게 위치 측정이 가능한 반면, 실내 공간에서는 휴대용 전자 장치의 위치를 정확하게 측정하기 어려운 한계가 있다.

종래의 실내 환경에서의 위치 측정 기술로는 삼변측량(Trilateration) 기술이 있으며, 이는 단말에서 측량한 신호세기를 거리로 환산하여, 방정식으로 위치를 계산하는 방식이다. 이러한 삼변측량법의 경우 범위 넓은 지역에서 대략적인 위치를 찾는데 정확하다는 장점이 있지만, 실내의 좁은 공간의 경우에서는 물리적 장애물, 신호의 간섭 등의 요인에 의해 오차가 높은 단점이 있다.

최근에는 이러한 단점을 보완할 수 있는 핑거 프린팅 기법이 개발되고 있다. 핑거 프린팅 기법은 미리 측량한 기준 위치에서의 측량된 신호세기와 단말에서 측량한 신호세기를 비교하여 가장 유사한 기준 위치를 현재 위치로 추정하는 방식이다.

이러한 핑거 프린팅 기법은 실제 환경에서의 참조 위치를 지정 및 참조 위치를 기반으로 측위하기 때문에 삼각측량보다 외부 요인에 의한 오차는 낮아 삼변 측량보다 정확도가 높지만, 휴대용 전자 장치에 따라 측량되는 신호세기가 다른 점에서 오측위가 빈번하게 발생하는 문제가 있다.

본 발명의 일 기술적 측면은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 무선 신호원들 간의 신호 세기를 기준으로 시퀀셜하게 설정된 순서를 이용하여 유사도를 판단함으로써, 각 전자 장치의 특성에 따라 신호 세기가 다르게 측정되는 경우에도 정확하게 위치를 측정할 수 있는 핑거 프린팅 측위 방법 및 이를 이용한 전자 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 일 기술적 측면은, 각 무선 신호원들 간의 유사도를 기반으로 전체 유사도를 산출함으로써, 위치적 정확성을 보다 강화할 수 있는 핑거 프린팅 측위 방법 및 이를 이용한 전자 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 기술적 측면은 핑거 프린트를 이용한 실내 위치 측정 방법을 제안한다. 상기 핑거 프린트를 이용한 실내 위치 측정 방법은, 복수의 무선 신호원과 무선 통신을 기반으로 실내에서의 측위를 수행하는 전자 장치에서 수행되는 위치 측정 방법으로서, 실내 공간에서 사전 설정된 복수의 위치에서, 상기 실내 공간에 배치된 복수의 무선 신호원에 대한 무선 신호 세기 정보를 수집하여 측위 데이터베이스를 구축하는 단계, 현재 위치에서 상기 복수의 무선 신호원으로부터 각각 개별적으로 복수의 무선 신호를 수신하는 단계, 수신된 복수의 무선 신호의 세기를 확인하는 단계 및 수신된 복수의 무선 신호에 대하여, 세기의 크기를 기준으로 시퀀셜하게 설정된 무선 신호원의 순서를 이용하여 유사도를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 기술적 측면은 전자 장치를 제안한다. 상기 전자 장치는, 복수의 무선 신호원이 배치된 실내 공간에서 무선 통신을 기반으로 실내에서의 측위를 수행하는 전자 장치로서, 실내 공간에서 사전 설정된 복수의 위치에서, 상기 실내 공간에 배치된 복수의 무선 신호원에 대한 무선 신호 세기 정보를 저장하는 측위 데이터베이스, 현재 위치에서 상기 복수의 무선 신호원으로부터 각각 개별적으로 복수의 무선 신호를 수신하는 신호 수신부 및 수신된 복수의 무선 신호의 세기를 확인하고, 수신된 복수의 무선 신호에 대하여, 세기의 크기를 기준으로 시퀀셜하게 설정된 무선 신호원의 순서를 이용하여 유사도를 계산하는 위치 추정부를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 무선 신호원들 간의 신호 세기를 기준으로 시퀀셜하게 설정된 순서를 이용하여 유사도를 판단함으로써, 각 전자 장치의 특성에 따라 신호 세기가 다르게 측정되는 경우에도 정확하게 위치를 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 각 무선 신호원들 간의 유사도를 기반으로 전체 유사도를 산출함으로써, 위치적 정확성을 보다 강화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거프린트 측위 방법을 설명하기 위한 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치를 설명하는 블록 구성도이다.
도 3는 도 2에 도시된 프로세서의 일 실시예를 설명하는 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거프린트 측위 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 도 3에 도시된 위치 추정부의 일 실시예를 설명하는 블록 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 위치 추정부에 의한 위치 추정 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 위치 추정이 이루어진 일 예시를 도시하는 도면이다.
도 8은 동일한 위치에서 서로 다른 전자 장치마다 다르게 신호가 수신되는 예를 설명하는 그래프이다.
도 9 및 도 10은 도 7에 도시된 예에서의 일 측정 결과를 설명하는 데이터이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.

그러나 이는 특정한 실시 형태에 대해 범위를 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다

본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 개시에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 개시에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.

"제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예를 들어, 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다.

어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.

실시예에 있어서 '모듈' 혹은 '부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하며, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 '모듈' 혹은 복수의 '부'는 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 '모듈' 혹은 '부'를 제외하고는 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다

본 출원의 다양한 실시예들은 기기(machine)에 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예를 들어, 프로그램)로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 프로세서(301)는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 장치가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예를 들어, 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.

본 출원의 실시형태를 설명하기 위하여 다양한 순서도가 개시되고 있으나, 이는 각 단계 또는 동작의 설명의 편의를 위한 것으로, 반드시 순서도의 순서에 따라 각 단계가 수행되는 것은 아니다. 즉, 순서도에서의 각 단계는, 서로 동시에 수행되거나, 순서도에 따른 순서대로 수행되거나, 또는 순서도에서의 순서와 반대의 순서로도 수행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거프린트 측위 방법을 설명하기 위한 시스템 구성도이다.

도 1을 참조하면, 전자 장치(100)는 실내 공간에 위치하는 사용자가 휴대하는 장치로서, 무선 신호원(10)과 무선으로 통신이 가능한 전자 기기이다. 예를 들어, 전자 장치(100)는 스마트 폰(smart phone), 휴대폰, 노트북 컴퓨터(laptop computer), PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 워치형 단말기(smartwatch)와 같은 웨어러블 디바이스(wearable device) 등을 포괄한다.

무선 신호원(10)은 무선 신호를 발생시키는 장치로서, 예를 들어, 이동통신망, 와이파이, 블루투스 비콘 중 적어도 하나의 통신 방식을 이용하여 상기 전자 장치에 무선으로 신호를 송신하는 억세스 포인트(AP)일 수 있다.

무선 신호원(10)은 실내 공간의 여러 위치에 배치될 수 있고, 전자 장치(100)는 각각의 무선 신호원으로부터 제공된 무선 신호의 세기를 기초로, 핑거 프린팅 방식으로 전자 장치의 위치를 판단할 수 있다.

여기에서, 전자 장치(100)는 핑거 프린팅 방식을 적용함에 있어서, 각 무선 신호원(10)들에 대하여 신호의 세기를 기초로 시퀀셜 정보, 즉, 무선 신호의 세기의 순서를 기준으로 시퀀셜 정보를 생성하고, 이를 기초로 유사도를 판단함으로써 현재 위치를 판정할 수 있다.

이는, 도 8은 서로 다른 3가지 전자 장치의 수신 신호세기를 도시하는 그래프이다. 도 8에서는 3가지 종류의 전자 장치가, 동일한 위치에서 서로 다른 10개의 무선 신호원으로부터 수신한 신호의 세기를 도시하고 있으며, 도 8에 예시된 것과 같이, 전자 장치의 신호 수신 감도에 따라 동일한 위치에서도 서로 다르게 신호 세기가 감지되는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 종래의 경우에는, 각 전자 장치의 신호 감도의 차이, 즉, 감도 오차에 의하여 현재 위치가 다르게 판단되는 한계가 있음을 알 수 있다.

반면, 본 발명에서는 무선 신호의 세기를 기초로 시퀀셜 정보를 생성하고 이를 이용함으로써 전자 장치에 따라 수신 감도가 상이한 상황에서도 보다 정확하게 현재 위치를 판정할 수 있다.

실시예에 따라, 전자 장치(100)는 서버(20)와 연동하여 핑거 프린팅을 위한 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 예컨대, 핑거 프린팅을 위하여, 실내 공간에서 사전 설정된 복수의 위치에서 실내 공간에 배치된 복수의 무선 신호원에 대한 무선 신호 세기 정보를 수집하여 구축된 측위 데이터베이스를 서버(20)로부터 제공받을 수 있다.

이하에서는, 전자 장치(100)에서 각 무선 신호원으로부터 무선 신호를 수신하고, 수신된 무선 신호의 세기를 기초로 위치를 추정하는 것으로 기술하나, 전자 장치(100)의 일부 기능은 서버(20)에 의하여 수행되어 전자 장치(100)에 제공되거나 또는 서버(20)와 연동하여 수행되는 등 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 핑거프린트 측위 방법 및 이를 이용한 전자 장치의 다양한 실시예에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치를 설명하는 블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 전자 장치(100)는 통신부(210), 카메라부(220), 출력부(230), 메모리(240), 전원 공급부(250) 및 프로세서(260)를 포함한다. 도 3에 도시된 구성요소들은 휴대 단말을 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 휴대 단말은 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.

통신부(210)는, 전자 장치(100)와 통신 시스템 사이, 전자 장치(100)와 다른 전자 장치(100) 사이, 또는 전자 장치(100)와 단말 거치대(100) 사이의 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 이러한 통신부(210)는, 이동통신 모듈(211), 무선 인터넷 모듈(212) 및 근거리 통신모듈(213)을 포함할 수 있다. 근거리 통신모듈(213)은 유선 또는 무선으로 단말 거치대(100)과 통신 연결을 수행할 수 있다. 예컨대, 근거리 통신모듈(213)은 블루투스 등의 근거리 무선통신 모듈 또는 RS232와 같은 유선 통신모듈을 포함할 수 있다.

카메라부(220)는 적어도 하나의 카메라부를 포함할 수 있다. 카메라부(220)는 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.

카메라부(220)는 하나 이상의 카메라, 예컨대, 제1 카메라(221) 내지 제2 카메라(222)를 포함할 수 있다. 제1 카메라(221) 또는 제2 카메라(222)는 전자 장치(100)의 촬영 방향, 예컨대 전방에 대하여 영상을 촬영할 수 있다.

출력부(230)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(231) 및 음향 출력부(152)를 포함할 수 있다. 디스플레이부(231)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 전자 장치(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스 또는 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.

메모리(240)는 프로세서(260)의 처리 및 제어를 위한 프로그램들(하나 이상의 인스트럭션들)을 저장할 수 있다. 메모리(240)에 저장된 프로그램들은 기능에 따라 복수 개의 모듈들로 구분될 수 있다. 일 실시예에 따라 메모리(240)는 도 4 내지 도 5를 참고하여 후술할 사용자 인터페이스부, 제어부, 정합부가 소프트웨어 모듈로 저장될 수 있다.

전원공급부(250)는 프로세서(260)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 전자 장치(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 배터리를 포함하며, 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리일 수 있다.

프로세서(260)는 전자 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(260)는 상술한 바와 같은 통신부(301) 및 메모리(302)를 포함하는 전자 장치(100)의 구성과 연결되며, 상술한 바와 같은 메모리(302)에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행하여 전자 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.

프로세서(303)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(303)는 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), 임베디드 프로세서, 마이크로 프로세서, 하드웨어 컨트롤 로직, 하드웨어 유한 상태 기계(hardware Finite State Machine, FSM), 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor, DSP) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 한편, 본 개시에서 프로세서(303)라는 용어는 CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphic Processing Unit) 및 MPU(Main Processing Unit)등을 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

프로세서(260)는 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(260)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(240)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.

프로세서(260)는 메모리(240)에 저장된 응용 프로그램, 즉, 어플리케이션을 구동하기 위하여, 도 3와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 프로세서(260)는 응용 프로그램의 구동을 위하여, 휴대 단말(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.

프로세서(260)는 메모리(240)에 저장된 인스트럭션들(instructions)을 실행하여 어플리케이션을 구동할 수 있다. 이하에서는, 프로세서(260)가 어플리케이션을 구동하여 제어, 지시 또는 기능의 주체로서 표현하나, 이는, 프로세서(260)가 메모리(240)에 저장된 인스트럭션 또는 어플리케이션을 구동하여 동작할 수 있다. 이하에서 설명하는 도 3 또는 도 5의 구성요소들은 메모리(240)에 저장된 인스트럭션에 따라 프로세서(260)에서 구현되는 기능 또는 소프트웨어 모듈일 수 있다.

한편, 상술한 실시예에 따른 전자 장치(100)에서 수행되는 제어 방법은 프로그램으로 구현되어 전자 장치(100)에 제공될 수 있다. 특히, 전자 장치(100)의 제어 방법을 포함하는 프로그램은 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다.

이상에서 전자 장치(100)의 제어 방법, 그리고 전자 장치(100)의 제어 방법을 실행하는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 대해 간략하게 설명하였으나, 이는 중복 설명을 생략하기 위한 것일 뿐이며, 전자장치(100)에 대한 다양한 실시예는 전자 장치(100)의 제어 방법, 그리고 전자 장치(100)의 제어 방법을 실행하는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 대해서도 적용될 수 있음은 물론이다.

도 3는 도 2에 도시된 프로세서의 일 실시예를 설명하는 블록 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거프린트 측위 방법을 설명하는 순서도이다.

도 3을 참조하면, 전자 장치(100), 예컨대, 프로세서(260)는 신호 수신부(310), 위치 추정부(320) 및 측위 데이터베이스(330)를 포함할 수 있다.

측위 데이터베이스(330)는 실내 공간에서 사전 설정된 복수의 위치에서, 상기 실내 공간에 배치된 복수의 무선 신호원에 대한 무선 신호 세기 정보를 수집하여 구축된 측위 데이터베이스이다(S401). 도 7의 예를 들면, 실내 공간에는 10개의 무선 신호원이 구비되고, 지점 A 내지 C에서 사전에 10개의 무선 신호원에서 수집된 무선 신호의 세기 데이터를 포함하는 무선 신호 세기 정보를 저장하여 데이터베이스로서 구축될 수 있다.

신호 수신부(310)는 현재 위치에서 복수의 무선 신호원으로부터 각각 개별적으로 복수의 무선 신호를 수신하고(S402), 수신된 복수의 무선 신호의 세기를 확인할 수 있다(S403). 신호 수신부(310)는 수신된 무선 신호를 위치 추정부(320)에 제공할 수 있다.

위치 추정부(320)는 측위 데이터베이스(330)를 기초로, 신호 수신부(310)에서 제공된 현재 위치에서 수신된 복수의 무선 신호의 세기를 이용하여 현재 위치를 추정할 수 있다.

위치 추정부(320)는 수신된 복수의 무선 신호에 대하여, 세기의 크기를 기준으로 시퀀셜하게 설정된 무선 신호원의 순서를 이용하여 유사도를 계산하고(S404), 계산된 상기 유사도를 이용하여, 사전 설정된 복수의 위치를 기초로 전자 장치의 현재 위치를 계산할 수 있다(S405).

이하에서는, 위치 추정부(320)가 복수의 무선 신호원으로부터 수신된 무선 신호의 세기를 기초로 신호 벡터를 생성하여 유사도를 판단하는 예를 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 다양한 신호 유사도 판단 기법이 적용될 수 있음은 자명하다.

이하에서, 위치 추정부(320)에 의하여, 측위 데이터베이스(330)에 저장된 무선 신호 세기 정보, 즉, 사전 설정된 복수의 위치에서 복수의 무선 신호원에 대한 무선 신호 세기를 저장하는 정보를 기초로 도출하는 기준이 되는 벡터를, 기준값 벡터

라 칭한다.

또한, 신호 수신부(310)에서 수신된 복수의 무선 신호원에 대한 무선 신호 세기를 기초로 생성된 측량 데이터에 대한 벡터를, 측량값 벡터

라 칭한다. 한편, 이러한 측량값 벡터는, 전자 기기의 수신 감도에 의한 오차가 발생하므로, 이상적인 실제 측량 데이터인 실제값 벡터

에 다양한 오차가 반영된 값이다. 이를 표현하면 아래의 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

여기에서, s는 스케일 오차(Noise Error)로서 단말 자체의 발생하는 크기 오차이고,

는 노이즈 오차(Noise Error)로서 단말 자체의 발생하는 랜덤 노이즈에 의한 오차이다.

는 편향 오차(Bias Error)로서 단말 자체의 한 쪽으로 치우진 오차이고,

는 외란(Disturbance)으로서 외부로부터 발생되는 영향으로 발생되는 오차이다.

이러한 오차에 대응하여 위하여, 종래에는 유사도 계산 방식을 이용하여 오차를 최소화 하고자 하는 방식이 있었다. 예컨대, 유클리디언 유사도, 가우시안 유사도 내지 코사인 유사도 등을 기초로 유사도를 판단함으로써 오차를 최소화하고자 하였다.

그러나, 유클리디언 유사도는 스케일 오차와 편향 오차, 노이즈 오차를 영향을 받아, 유사도의 오차가 발생하게 되어 측위 오차의 발생하게 하는 한계가 있다.

가우시안 유사도는 노이즈에 의한 유사도 오차는 줄일 수 있다. 그러나 편향 오차나 스케일 오차에 의한 유사도 계산 오차를 발생한다. 단말기 종류에 대한 안테나 및 무선 칩의 특성에 따라 유사도 오차가 발생한다.

코사인 유사도는 유사도 계산 시, 벡터 크기가 반영 되지 않기 때문에, 유사도 변별력이 떨어지고 편향오차에 대한 유사도 계산 오차가 발생하여, 위치 측위 오차 범위가 커진다.

따라서, 이러한 종래의 유사도 산출만으로는 오차가 여전히 존재하므로, 본 출원에 따른 위치 추정부(320)는 무선 신호의 세기에 대한 시퀀셜 특징을 이용하여 유사도를 산출함으로써, 보다 정확하게 유사도를 산출할 수 있다. 이는, 전자 장치에 의하여 발생하는 오차는 복수의 무선 송신원들에 대하여 대체적으로 공통적으로 투영되는 점을 이용한 것으로서, 무선 신호들의 크기에 의한 ＇순서＇, 즉, 시퀀셜 특징은 전자 장치가 변경되어 오차가 다르게 측정되는 경우에서도 거의 변화하지 않는 특징을 이용한 것이다. 예컨대, 오차가 발생하는 경우라도 크기 순서에 대한 시퀀셜 특징은 거의 변화하지 않으며, 노이즈나 환경적인 영향 때문에 일부 상황에서 시퀀셜 특징이 변화할 수 있으나 이 또한 오차범위 내에서 크기 순서가 변화하는 것에 불과하다. 따라서, 위치 추정부(320)는 이러한 시퀀셜 특징을 반영하여 유사도를 계산한다.

이하, 도 5 내지 도 6을 참조하여 이에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 5는 도 3에 도시된 위치 추정부의 일 실시예를 설명하는 블록 구성도이고, 도 6은 도 5에 도시된 위치 추정부에 의한 위치 추정 방법을 설명하는 도면이다.

도 5를 참조하면, 위치 추정부(320)는 기준 데이터 시퀀셜 모듈(510), 수신 신호 시퀀셜 모듈(520), 시퀀스 일치판단 모듈(530), 개별 유사도 산출모듈(540) 및 전체 유사도 산출모듈(550)을 포함할 수 있다.

기준 데이터 시퀀셜 모듈(510)은 측위 데이터베이스에 저장된 무선 신호 세기 정보를, 신호 세기를 기준으로 시퀀셜 특징을 반영할 수 있다.

예컨대, 기준 데이터 시퀀셜 모듈(510)은 무선 신호 세기 정보에 대하여, 무선 신호의 세기 순서에 따라 무선 신호원의 순서를 시퀀셜하게 배열하여 무선 신호 세기 정보에 대한 제1 시퀀셜 정보를 생성할 수 있다 (S610).

따라서, 기준 데이터 시퀀셜 모듈(510)에 의하여 기준값 벡터

은 신호 세기의 순서에 따라 배열된다.

실시예에 따라, 측위 데이터베이스에 저장된 무선 신호 세기 정보는 무선 신호의 세기 순서에 따라 배열되어 시퀀셜하게 저장될 수 있으며, 이러한 경우 기준 데이터 시퀀셜 모듈(510)은 생략될 수 있다.

수신 신호 시퀀셜 모듈(520)은 현재 위치에서 수신된 무선 신호에 대하여, 신호 세기를 기준으로 시퀀셜 특징을 반영할 수 있다.

예컨대, 수신 신호 시퀀셜 모듈(520)은, 현재 위치에서 수신된 복수의 무선 신호에 대하여, 무선 신호의 세기의 순서에 따라 무선 신호원을 시퀀셜 하게 배열하여 수신된 복수의 무선 신호에 대한 제2시퀀셜 정보를 생성할 수 있다(S620).

시퀀스 일치판단 모듈(530)은 기준 데이터 시퀀셜 모듈(510)에 의한 제1 시퀀셜 정보와, 수신 신호 시퀀셜 모듈(520)에 의한 제2시퀀셜 정보 간의 시퀀스 특징이 일치하는지 판단할 수 있다(S630).

도 6의 도시된 예에서는, 시퀀스 일치판단 모듈(530)은 R3,R4, R6, R7에서 시퀀스 특징이 불일치 되는 것을 판단할 수 있다.

개별 유사도 산출모듈(540)은 제1 시퀀셜 정보와 제2 시퀀셜 정보 간의 순서 및 서로 대응되는 무선 신호원 간의 유사도를 각각 개별적으로 산출할 수 있다(S640).

일 실시예에서, 개별 유사도 산출모듈(540)은 아래의 수학식 2를 이용하여 각 무선 신호원별 유사도를 계산할 수 있다.

[수학식 2]

예컨대, 개별 유사도 산출모듈(540)은 각 무선 신호원 간의 순서가 같고, 신호 세기의 차이가 기 설정된 임계치 이하이면 1로 설정하고, 각 무선 신호원 간의 순서가 다르거나, 신호 세기의 차이가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우, 개별 유사도를 산출할 수 있다.

여기에서, Mi는 측정값 벡터에서의 무선 신호원 i의 세기를, Ri는 기준 벡터에서의 무선 신호원 i의 세기를, P_L은 기 설정된 임계치를,

는 무선 신호 세기의 표준 편차를 의미한다. P_L은 신호원의 특성에 따라 실험으로 결정될 수 있다.

전체 유사도 산출모듈(550)은 개별 유사도 산출모듈(540)에서 산출된, 무선 신호원 간의 개별적인 유사도를 기초로 전체 유사도를 산출할 수 있다. 예를 들어, 전체 유사도 산출모듈(550)은 아래의 수학식 3을 이용하여 전체 유사도를 산출할 수 있다.

[수학식 3]

이러한 시퀀셜 방식은 종래의 방식에 대하여 보다 높은 성능을 가짐을 실험적으로 확인할 수 있다. 도 7은 무선 신호원 10개가 설치된 환경에서 기종이 다른 2개의 스마트 폰으로 3개의 지점에서 측정을 한 후, 이를 기반으로 종래 방식과 본 발명에 따른 방식을 비교한 데이터를 도 9 및 도 10에서 확인할 수 있다.

도 9 및 도 10에서 확인할 수 있듯이, 크기순 유사도는 동일지점에서의 단말별 편차가 3.2%로 적고, 각 지점간의 유사도 차이가 32.6%, 50.5%, 18.0%로 크게 나와, 다른 종래 방식보다 고성능의 측위가 가능함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 출원은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 출원의 구성은 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

10 : 무선 신호원 20 : 서버
100: 전자 장치
310: 신호 수신부 320: 위치 추정부
330: 측위 데이터베이스
510: 기준 데이터 시퀀셜 모듈 520: 수신신호 시퀀셜 모듈
530: 시퀀스 일치판단 모듈 540: 개별 유사도 산출모듈
550 : 전체 유사도 산출모듈

Claims (9)

1. 복수의 무선 신호원과 무선 통신을 기반으로 실내에서의 측위를 수행하는 전자 장치에서 수행되는 위치 측정 방법으로서,
   a) 실내 공간에서 사전 설정된 복수의 위치에서, 상기 실내 공간에 배치된 복수의 무선 신호원에 대한 무선 신호 세기 정보를 수집하여 측위 데이터베이스를 구축하는 단계;
   b) 현재 위치에서 상기 복수의 무선 신호원으로부터 각각 개별적으로 복수의 무선 신호를 수신하는 단계;
   c) 수신된 복수의 무선 신호의 세기를 확인하는 단계; 및
   d) 수신된 복수의 무선 신호에 대하여, 세기의 크기를 기준으로 시퀀셜하게 설정된 무선 신호원의 순서를 이용하여 유사도를 계산하는 단계; 를 포함하고,
   상기 d) 단계는,
   d1) 상기 무선 신호 세기 정보에 대하여, 무선 신호의 세기 순서에 따라 상기 무선 신호원의 순서를 시퀀셜하게 배열하여 상기 무선 신호 세기 정보에 대한 제1 시퀀셜 정보를 생성하는 단계;
   d2) 수신된 복수의 무선 신호에 대하여, 무선 신호의 세기의 순서에 따라 상기 무선 신호원을 시퀀셜 하게 배열하여 상기 수신된 복수의 무선 신호에 대한 제2시퀀셜 정보를 생성하는 단계; 및
   d3) 상기 제1 시퀀셜 정보와 상기 제2 시퀀셜 정보 간의 순서 및 서로 대응되는 무선 신호원 간의 유사도를 기초로, 전체 유사도를 산출하는 단계; 를 포함하며,
   상기 d3) 단계는,
   d3-1) 수학식
   

   

   
   를 이용하여 신호원별 개별 유사도(S_i)를 산출하는 단계로써, 여기서, 각 무선 신호원 간의 순서가 같고 신호 세기의 차이가 기 설정된 임계치 이하이면 1로 설정하고, 각 무선 신호원 간의 순서가 다르거나 신호 세기의 차이가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우 개별 유사도를 산출하는 단계; 및,
   d3-2) 상기 산출된 개별 유사도(Si)를 수학식
   

   

   을 이용하여 전체 유사도(S_s)를 산출하는 단계; 를 포함하는 핑거 프린트를 이용한 실내 위치 측정 방법.
   여기에서, Mi는 측정값 벡터에서의 무선 신호원 i의 세기를, Ri는 기준 벡터에서의 무선 신호원 i의 세기를, PL은 상기 기 설정된 임계치를,

   

   는 무선 신호 세기의 표준 편차를 의미함.
   
2. 제1항에 있어서,
   e) 계산된 상기 유사도를 이용하여, 상기 사전 설정된 복수의 위치를 기초로 상기 전자 장치의 현재 위치를 계산하는 단계; 를 더 포함하는 핑거 프린트를 이용한 실내 위치 측정 방법.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 무선 신호원은,
   이동통신망, 와이파이, 블루투스 비콘 중 적어도 하나의 통신 방식을 이용하여 상기 전자 장치에 무선으로 신호를 송신하는 억세스 포인트인 핑거 프린트를 이용한 실내 위치 측정 방법.
   
6. 복수의 무선 신호원이 배치된 실내 공간에서 무선 통신을 기반으로 실내에서의 측위를 수행하는 전자 장치로서,
   실내 공간에서 사전 설정된 복수의 위치에서, 상기 실내 공간에 배치된 복수의 무선 신호원에 대한 무선 신호 세기 정보를 저장하는 측위 데이터베이스;
   현재 위치에서 상기 복수의 무선 신호원으로부터 각각 개별적으로 복수의 무선 신호를 수신하고, 수신된 복수의 무선 신호의 세기를 확인하는 신호 수신부; 및
   수신된 복수의 무선 신호에 대하여, 세기의 크기를 기준으로 시퀀셜하게 설정된 무선 신호원의 순서를 이용하여 유사도를 계산하는 위치 추정부; 를 포함하고,
   상기 위치 추정부는,
   상기 무선 신호 세기 정보에 대하여, 무선 신호의 세기 순서에 따라 상기 무선 신호원의 순서를 시퀀셜하게 배열하여 상기 무선 신호 세기 정보에 대한 제1 시퀀셜 정보를 생성하고,
   수신된 복수의 무선 신호에 대하여, 무선 신호의 세기의 순서에 따라 상기 무선 신호원을 시퀀셜 하게 배열하여 상기 수신된 복수의 무선 신호에 대한 제2시퀀셜 정보를 생성하고,
   상기 제1 시퀀셜 정보와 상기 제2 시퀀셜 정보 간의 순서 및 서로 대응되는 무선 신호원 간의 유사도를 기초로, 전체 유사도를 산출하며,
   상기 위치 추정부는,
   수학식
   

   

   
   를 이용하여 신호원별 개별 유사도(S_i)를 산출하되, 각 무선 신호원 간의 순서가 같고 신호 세기의 차이가 기 설정된 임계치 이하이면 1로 설정하고, 각 무선 신호원 간의 순서가 다르거나 신호 세기의 차이가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우 개별 유사도를 산출하며,
   상기 산출된 개별 유사도(S_i)를 수학식
   

   

   을 이용하여 전체 유사도(S_s)를 산출하는 전자 장치.
   여기에서, Mi는 측정값 벡터에서의 무선 신호원 i의 세기를, Ri는 기준 벡터에서의 무선 신호원 i의 세기를, P_L은 상기 기 설정된 임계치를,

   

   는 무선 신호 세기의 표준 편차를 의미함.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 위치 추정부는,
   계산된 상기 유사도를 이용하여, 상기 사전 설정된 복수의 위치를 기초로 상기 전자 장치의 현재 위치를 계산하는 전자 장치.
   
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