KR102518422B1 - 위치 측정 방법, 장치 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

무선 환경의 변화를 고려하여 측위 대상 단말의 위치를 정확하게 측정하는 위치 측정 방법이 제공된다. 측위 서버에 의해 수행될 수 있는 측위 대상 단말의 위치 측정 방법은, 복수의 기준 측위 노드로부터, 각각의 기준 측위 노드에 의하여 측정된 신호 세기 정보를 수신하는 단계, 상기 측위 대상 단말의 과거 위치의 변화를 기초로 상기 측위 대상 단말의 현재 예측 위치를 추정하는 단계, 상기 추정된 상기 측위 대상 단말의 현재 예측 위치를 기초로 상기 기준 측위 노드 각각의 예측 신호 세기 정보를 결정하는 단계 및 상기 기준 측위 노드에 의하여 측정된 신호 세기 정보와 상기 결정된 상기 기준 측위 노드의 예측 신호 세기 정보의 차이가 기 설정된 임계값 이상인 기준 측위 노드를 제외하고, 나머지 기준 측위 노드의 신호 세기 정보를 이용하여 상기 측위 대상 단말의 현재 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
위치 측정 방법.

Description

위치 측정 방법, 장치 및 시스템 {Method, Apparatus and System for Positioning}
본 발명은 위치 측정 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 복수의 측위 노드로 구성된 네트워크를 이용하여 측위 대상 단말의 위치를 정확하게 측정하는 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
이동 통신 기술의 빠른 발전과 컴퓨터를 이용한 정보 처리 기술이 확산되면서 위치 기반 서비스(Location Based Service; LBS)의 기반 기술이 되는 위치 측정 기술에 대한 요구가 빠르게 증가하고 있다. 위치 측정 기술은 일반적으로 정확하고 신뢰성 있는 위치 정보를 제공하는 GPS(Global Positioning System)를 널리 사용하고 있지만 GPS 신호가 닿지 않는 건물 내부 등의 음영 지역에서는 센서 네트워크(Sensor Network), RFID(Radio Frequency Identification) 또는 WiFi 등 다양한 무선 신호를 활용한 위치 측정 기술이 이용되고 있다.
무선 신호를 활용한 위치 측정 기술은 크게 핑거프린트(Fingerprint) 기반의 위치 측정 방식과 신호 감쇠 모델 기반의 위치 측정 방식으로 나눌 수 있다. 이중 핑거프린트 방식은 지정된 위치 별로 무선 신호 세기 등의 신호 특성을 데이터베이스로 미리 구축하여야 하고, 위치 측정 시스템이 구축되는 장소마다 상술한 데이터베이스를 구축하여야 하기 때문에 초기에 많은 자원과 시간이 소모된다. 따라서, 핑거프린트 기반의 위치 측정 방식은 일반적으로 실용적이지 못하다는 문제가 있다.
신호 감쇠 모델 기반의 위치 측정 방식은 별도의 데이터베이스를 필요로 하지 않기 때문에 핑거프린트 기반의 위치 측정 방식에 비해 실용적인 위치 측정 방법을 제공한다. 그러나, 무선 신호의 특성은 주변의 장애물의 종류에 따라 달라지고 동적 장애물인 사람에 의해서도 큰 영향을 받기 때문에, 신호 감쇠 모델 기반의 위치 측정 방식은 위치 측정의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다. 최근, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 무선 신호의 도착 각도(AOA; Angle of Arrival)와 도달 시간(TOF; Time of Flight) 등을 이용하는 방식이 소개되고 있으나, 이와 같은 방식은 특정 제조사의 칩셋, 펌웨어(Firmware) 등의 지원이 필요하기 때문에 범용적으로 적용되기 어렵다.
따라서, 실용적이고 범용적인 위치 측정 방법을 제공함과 동시에 주변 환경에 따라 가변적인 무선 신호의 특성을 반영하여 정확한 위치 측정 방법을 제공하는 기술이 요구된다.
한국공개특허 제2016-0070594호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 복수의 측위 노드를 포함하는 위치 측정 시스템에서 측위 대상 단말의 위치를 정확하게 측정하는 위치 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 장애물 등에 따른 무선 환경의 변화를 감지하고 이를 반영하여 측위 대상 단말의 위치를 정확하게 측정하는 위치 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 신호 감쇠 모델 기반으로 범용적으로 적용될 수 있는 위치 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 방법은, 측위 서버가 수행하는 측위 대상 단말의 위치 측정 방법에 있어서, 복수의 기준 측위 노드로부터, 각각의 기준 측위 노드에 의하여 측정된 신호 세기 정보를 수신하는 단계, 상기 측위 대상 단말의 과거 위치의 변화를 기초로 상기 측위 대상 단말의 현재 예측 위치를 추정하는 단계, 상기 추정된 상기 측위 대상 단말의 현재 예측 위치를 기초로 상기 기준 측위 노드 각각의 예측 신호 세기 정보를 결정하는 단계 및 상기 기준 측위 노드에 의하여 측정된 신호 세기 정보와 상기 결정된 상기 기준 측위 노드의 예측 신호 세기 정보의 차이가 기 설정된 임계값 이상인 기준 측위 노드를 제외하고, 나머지 기준 측위 노드의 신호 세기 정보를 이용하여 상기 측위 대상 단말의 현재 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 현재 예측 위치를 추정하는 단계는, 상기 측위 대상 단말의 과거 위치의 변화를 기초로 칼만 필터를 이용하여 상기 측위 대상 단말의 현재 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 측위 노드에 의하여 구성된 측위 그룹에 대한 정보를 수신하는 단계 및 상기 복수의 측위 노드 각각의 신호 세기 정보를 이용하여 상기 측위 그룹 중 적어도 하나 이상의 기준 측위 그룹을 결정하는 단계를 더 포함하되, 상기 기준 측위 노드는 상기 기준 측위 그룹에 속하는 노드일 수 있다.
일 실시예에서, 제2 측위 노드가 측정한 제1 측위 노드의 신호 세기 정보를 수집하는 단계, 제1 기간 동안 수집된 상기 제1 측위 노드의 신호 세기 정보의 대푯값과 제1 기간 이후의 제2 기간 동안 수집된 상기 제1 측위 노드의 신호 세기 정보의 대푯값을 비교하는 단계 및 상기 비교 결과, 두 대푯값의 차이가 기 설정된 임계값 이상인 경우, 상기 제1 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 갱신하는 단계를 더 포함하고, 상기 측위 대상 단말의 현재 위치를 측정하는 단계는, 상기 제1 측위 노드가 상기 기준 측위 노드에 포함되는 경우, 상기 갱신된 신호 감쇠 모델을 기초로 상기 측위 대상 단말의 현재 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 측위 서버는, 하나 이상의 프로세서, 네트워크 인터페이스, 상기 프로세서에 의하여 수행되는 컴퓨터 프로그램을 로드(Load)하는 메모리 및 상기 컴퓨터 프로그램, 측위 대상 단말의 위치 정보를 저장하는 스토리지를 포함하되, 상기 컴퓨터 프로그램은, 복수의 기준 측위 노드로부터, 각각의 기준 측위 노드에 의하여 측정된 신호 세기 정보를 수신하는 오퍼레이션, 상기 측위 대상 단말의 과거 위치의 변화를 기초로 상기 측위 대상 단말의 현재 예측 위치를 추정하는 오퍼레이션, 상기 추정된 상기 측위 대상 단말의 현재 예측 위치를 기초로 상기 기준 측위 노드 각각의 예측 신호 세기 정보를 결정하는 오퍼레이션 및 상기 기준 측위 노드에 의하여 측정된 신호 세기 정보와 상기 결정된 상기 기준 측위 노드의 예측 신호 세기 정보의 차이가 기 설정된 임계값 이상인 기준 측위 노드를 제외하고, 나머지 기준 측위 노드의 신호 세기 정보를 이용하여 상기 측위 대상 단말의 현재 위치를 측정하는 오퍼레이션을 수행할 수 있다.
상술한 발명에 따르면, 측위 노드의 지리적 위치를 기초로 측위 노드를 그룹핑하고 위치 측정을 수행하는 영역을 최소화함으로써 물리적으로 멀리 떨어진 측위 노드 선정으로 인해 발생할 수 있는 오차의 범위를 줄이고 위치 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 지리적 위치를 기초로 그룹핑 된 측위 그룹의 전체 신호 세기를 기초로 위치 측정을 수행할 기준 측위 그룹을 결정함으로써, 위치 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 예측 신호 세기와 측정된 신호 세기를 기초로 무선 환경이 불안정한 측위 노드를 기준 측위 그룹에서 제외함으로써, 위치 측정의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 수집된 무선 신호의 세기 정보를 기초로 무선 환경의 변화에 적응적으로 신호 감쇠 모델을 갱신함으로써, 위치 측정의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 시스템의 구성도이다.
도 2는 위치 측정 시스템을 구성하는 측위 노드와 측위 서버의 기능블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 측위 서버의 하드웨어 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위치 측정 방법의 순서도이다.
도 5 내지 도 6은 복수의 측위 노드가 측위 그룹을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 8은 도 4에 도시된 단계 중 기준 측위 그룹 결정 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 10은 도 4에 도시된 단계 중 기준 측위 노드 제외 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 12는 무선 환경의 변화에 따라 신호 감쇠 모델을 갱신하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통으로 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. 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 구성 요소, 단계 및/또는 동작 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 위치 측정 시스템(10)은 복수의 측위 노드(100) 및 측위 서버(300)를 포함하는 시스템으로써, 상기 복수의 측위 노드를 통해 측위 대상 단말(500)의 무선 신호를 수신하고, 수신 신호 세기(Received Signal Strength Indication; RSSI) 등의 신호 특성과 각 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 기초로 측위 대상 단말(500)의 위치를 측정하는 시스템이다.
보다 자세하게는, 위치 측정 시스템(10)은 측위 노드의 지리적 위치를 기초로 측위 그룹을 형성하고, 위치 측정의 기준이 되는 신호 세기를 측정하는 기준 측위 그룹을 결정할 수 있다. 또한, 위치 측정 시스템(10)은 기준 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 기초로 기준 측위 그룹에 소속된 기준 측위 노드와 측위 대상 단말(500)의 거리를 측정하며, 삼변측량(Trilateration) 등의 다변 측위 기법을 통해 측위 대상 단말(500)의 위치를 측정할 수 있다. 상기 삼변측량은 당해 기술 분야에서 잘 알려진 기법이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 위치 측정 시스템(10)에서 위치를 측정하는 방법은 이후 도 4 내지 도 12를 참조하여 후술하기로 한다.
측위 노드(100)는 측위 대상 단말(500)이 송출하는 무선 신호 또는 다른 측위 노드가 송출하는 무선 신호의 세기 정보를 수집하고 측위 서버(300)로 전송하는 장치이다. 또한, 측위 노드(100)는 각 측위 노드의 지리적 위치를 기초로 자율적으로 지리적으로 근접한 측위 노드를 하나의 측위 그룹으로 형성할 수 있다.
측위 노드(100)는 무선 신호의 세기 정보 외에도 RTT(Round Trip Time), 패킷 손실율 등 무선 환경의 영향을 가리키는 다양한 정보를 수집할 수 있다. 상기 수집된 정보는 측위 대상 단말(500)의 위치를 측정하거나 무선 환경의 변화를 감지하는데 이용될 수 있다.
상기 측위 노드는 센서(Sensor), AP(Access Point)와 같이 무선 데이터 통신을 중계하는 장치일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 무선랜(WiFi), UWB(UltraWideBand), 무선 주파수(Radio Frequency), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), 지그비(Zigbee) 및 WPAN(Wireless Personal Area Networks) 등과 같은 근거리 통신을 이용하여 측위가 가능하다면 그 어떠한 장치로도 구현될 수 있다.
또한, 도 1의 경우 복수의 측위 노드가 일정한 간격으로 배치되어 있으나 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 상기 복수의 측위 노드는 위치 측정 시스템(10)이 구축되는 장소의 특성을 고려하여 다양한 형태로 배치될 수 있다.
측위 서버(300)는 상기 복수의 측위 노드가 산출한 거리 정보를 토대로 측위 대상 단말(500)의 위치를 측정하고 저장하는 장치이다. 보다 자세하게는, 상기 측위 서버는 복수의 측위 노드 중에서 측위 대상 단말(500)의 위치 측정에 이용되는 신호 정보를 수집할 기준 측위 그룹 및 기준 측위 노드를 결정하고, 상기 기준 측위 노드가 측정한 신호 세기 정보를 기초로 측위 대상 단말(500)의 위치를 측정하고 저장할 수 있다.
또한, 측위 서버(300)는 측위 노드(100)가 측정한 신호 세기 정보를 기초로 각 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 갱신할 수도 있다.
상기 측위 서버는 예를 들어 노트북, 데스크톱(desktop), 랩탑(laptop) 등의 모든 종류의 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다.
네트워크는 근거리 통신망(Local Area Network; LAN), 개인 근거리 무선통신(Personal Area Network; PAN), 이동 통신망(Mobile Radio Communication Network) 등과 같은 모든 종류의 유/무선 네트워크로 구현될 수 있다.
한편, 구현 방식에 따라 기준 측위 노드가 측위 대상 단말(500)의 신호 세기 정보 및 신호 감쇠 모델을 기초로 측위 대상 단말(500)까지의 거리를 산출하고, 산출된 거리를 측위 서버(300)로 전송하면, 상기 측위 서버가 삼변측량 등의 다변 측위 기법을 이용하여 측위 대상 단말(500)의 위치를 측정할 수도 있다. 또한, 측위 노드(100)가 복수의 측위 노드 또는 측위 대상 단말(500)로부터 수집한 신호 세기 정보를 기초로 무선 환경 변화에 적응적으로 신호 감쇠 모델을 갱신할 수도 있다. 이와 같이, 측위 서버(300)가 수행하는 기능은 측위 노드(100)에서 수행될 수도 있으며, 이는 구현 방식의 차이에 불과할 수 있다.
또한, 도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 시스템(10)은 측위 서버(300)를 별도의 물리적 장치로 도시하고 있으나, 실시예에 따라 위치 측정 시스템(10)은 상기 측위 서버를 포함하지 않을 수도 있다. 이와 같은 경우, 복수의 측위 노드 중 어느 하나의 측위 노드(100)가 상기 측위 서버의 역할을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 측위 노드(100)가 측위 대상 단말(500)의 위치 측정에 이용되는 신호 세기 정보를 측정할 기준 측위 노드를 결정하고, 측위 노드(100)가 기준 측위 노드에 의해 산출된 측위 대상 단말(500)의 거리를 기초로 측위 대상 단말(500)의 위치를 측정하고 저장할 수도 있다.
지금까지, 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 시스템에 대하여 설명하였다. 다음으로, 위치 측정 시스템에 포함되는 측위 노드(100) 및 측위 서버(300)의 기능에 대하여 도 2에 도시된 기능블록도를 참조하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 측위 노드(100)는 무선 신호 송신부(110), 측위 그룹 형성부(130), 무선 신호 수집부(150)를 포함할 수 있다. 다만, 도 2에는 본 발명의 실시예와 관련 있는 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자라면 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 측위 노드(100)는 측위 노드의 각 기능을 전반적으로 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
측위 노드(100)의 구성 요소를 살펴보면, 무선 신호 송신부(110)는 주기 또는 비주기적으로 이웃 노드 탐색 메시지를 브로드캐스트 함으로써 인접한 이웃 측위 노드에게 자신의 존재 여부를 전파한다. 측위 노드(100)는 인접한 이웃 측위 노드의 이웃 노드 탐색 메시지를 통해 상기 이웃 측위 노드를 발견하고 측위 그룹을 형성할 수 있다. 지리적으로 근접한 측위 노드를 측위 그룹으로 형성하기 위해 이웃 노드 탐색 메시지에는 측위 노드(100)의 위치 정보가 포함될 수 있으며, 필요에 따라 측위 노드(100)의 상태 정보, 측위 노드(100)가 수신한 무선 신호의 세기 정보 등이 포함될 수도 있다. 단, 구현 방식에 따라 상술한 정보들을 별도의 메시지로 정의하여 전송할 수도 있다.
측위 그룹 형성부(130)는 주변 측위 노드로부터 수신한 이웃 노드 탐색 메시지를 기초로 측위 그룹을 형성한다. 보다 자세하게는, 측위 그룹 형성부(130)는 이웃 노드 탐색 메시지를 브로드캐스트 한 이웃 측위 노드 중 지리적으로 근접한 이웃 측위 노드를 기초로 측위 그룹을 형성한다. 상기 측위 그룹을 형성하는 방법에 대한 자세한 설명은 도 5 내지 도 6을 참조하여 후술한다.
무선 신호 수집부(130)는 측위 대상 단말(500)의 무선 신호 세기 정보 또는 주변 측위 노드의 무선 신호 세기 정보를 수집한다. 수집된 무선 신호 세기 정보는 측위 서버(300)로 송신되고, 상기 측위 서버는 수신한 무선 신호 세기 정보를 기초로 측위 대상 단말(500)의 위치를 측정하거나, 측위 노드(100)의 신호 감쇠 모델을 갱신할 수 있다.
다음으로, 측위 서버(300)는 측위 정보 수집부(301), 기준 측위 그룹 결정부(303), 측위부(305), 위치 정보 관리부(307), 신호 감쇠 모델 갱신부(309)를 포함할 수 있다. 다만, 도 2에는 본 발명의 실시예와 관련 있는 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자라면 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 측위 서버(300)는 측위 서버의 각 기능을 전반적으로 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
측위 정보 수집부(301)는 측위 대상 단말(500)의 위치를 측정하기 위한 무선 신호 세기 정보를 수집한다. 또한, 상기 측위 정보 수집부는 측위 노드가 형성한 측위 그룹 정보, RTT, 패킷 손실율 등의 정보를 더 수집할 수도 있다.
기준 측위 그룹 결정부(303)는 복수의 측위 노드가 포함된 측위 그룹 중에서 측위 대상 단말(500)의 위치 측정에 이용되는 무선 신호 세기 정보를 수집할 기준 측위 그룹을 결정한다. 상기 기준 측위 그룹을 결정하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 7 내지 도 8을 참조하여 후술한다.
또한, 기준 측위 그룹 결정부(300)는 장애물이 인접하는 등의 이유로 무선 환경이 불안정해진 곳에 위치한 기준 측위 노드를 기준 측위 그룹에서 제외할 수 있다. 또한, 장애물이 사라지는 등의 이유로 무선 환경이 다시 안정적으로 변동된 경우, 제외된 기준 측위 노드를 다시 기준 측위 그룹에 추가할 수도 있다. 상기 기준 측위 노드를 제외하거나 추가하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 9 내지 도 10을 참조하여 후술한다.
측위부(305)는 측위 정보 수집부(301)가 수집한 측위 대상 단말(500)의 신호 세기 정보 및 기준 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 기초로 기준 측위 노드와 상기 측위 대상 단말 사이의 거리를 산출하고, 삼변측량 등의 다변 측위 기법을 이용하여 상기 측위 대상 단말의 위치를 측정할 수 있다.
정보 관리부(307)는 측정된 측위 대상 단말(500)의 위치 정보 또는 수집된 무선 신호 세기 정보 등을 저장하고 관리할 수 있다. 상기 정보 관리부는 상술한 정보를 관리하기 위해 DB화된 저장장치를 포함할 수도 있다.
신호 감쇠 모델 갱신부(309)는 측위 노드가 수집한 신호 세기 정보를 기초로 무선 환경의 변화를 감지하고, 변화된 무선 환경이 지속되는 경우 상기 신호 세기 정보 및 측위 노드 사이의 거리 정보 등을 기초로 무선 환경에 적응적으로 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 갱신할 수 있다. 신호 감쇠 모델 갱신부(309)는 회귀 분석을 통해 회귀 계수를 다시 산출함으로써 거리에 따른 신호 감쇠 정도를 가리키는 신호 감쇠 모델을 갱신할 수 있다. 상기 신호 감쇠 모델을 갱신하는 단계에 대한 상세한 설명은 도 11 내지 도 12을 참조하여 후술한다.
지금까지, 도 2를 참조하여 위치 측정 시스템(10)을 구성하는 측위 노드(100)와 측위 서버(300)의 구성 요소 및 동작에 대하여 설명하였다. 도 2에 도시된 상기 측위 노드 및 상기 측위 서버의 각 구성 요소는 소프트웨어(Software) 또는, FPGA(Field Programmable Gate Array)나 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어(Hardware)를 의미할 수 있다. 그렇지만, 상기 구성 요소들은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 어드레싱(Addressing)할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 상기 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 세분화된 구성 요소에 의하여 구현될 수 있으며, 복수의 구성 요소들을 합하여 특정한 기능을 수행하는 하나의 구성 요소로 구현될 수도 있다.
한편, 도 2에 도시된 측위 노드(100)와 측위 서버(300)의 각 구성 요소는 위치 측정 시스템(10)을 구현하기 위한 일 예에 불과함에 유의하여야 한다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 측위 서버의 각 구성 요소가 수행하는 기능은 측위 노드에서 수행되는 방식으로 구현될 수도 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 측위 서버의 하드웨어 구성에 대하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 측위 서버(300)는 하나 이상의 프로세서(310), 네트워크 인터페이스(370), 프로세서(310)에 의하여 수행되는 컴퓨터 프로그램을 로드(load)하는 메모리(330)와, 측위 대상 단말(500)의 위치 정보(391), 측위 노드(100) 또는 측위 대상 단말(500)의 신호 세기 정보(393) 또는 위치 측정 소프트웨어(395)를 저장하는 스토리지(390)를 포함할 수 있다. 다만, 도 3에는 본 발명의 실시예와 관련 있는 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자라면 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다.
프로세서(310)는 측위 서버(300)의 각 구성의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(310)는 CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit), 또는 본 발명의 기술 분야에 잘 알려진 임의의 형태의 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(310)는 본 발명의 실시예들에 따른 방법을 실행하기 위한 적어도 하나의 애플리케이션 또는 프로그램에 대한 연산을 수행할 수 있다.
메모리(330)는 각종 데이터, 명령 및/또는 정보를 저장한다. 메모리(330)는 본 발명의 실시예들에 따른 위치 측정 방법을 실행하기 위하여 스토리지(390)로부터 하나 이상의 프로그램(395)을 로드할 수 있다. 도 3에서 메모리(330)의 예시로 RAM이 도시되었다.
버스(350)는 측위 서버(300)의 구성 요소 간 통신 기능을 제공한다. 버스(350)는 주소 버스(Address Bus), 데이터 버스(Data Bus) 및 제어 버스(Control Bus) 등 다양한 형태의 버스로 구현될 수 있다.
네트워크 인터페이스(370)는 측위 서버(300)의 유선 또는 무선 통신을 지원한다. 이를 위해, 네트워크 인터페이스(370)는 본 발명의 기술 분야에 잘 알려진 통신 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
네트워크 인터페이스(370)는 네트워크를 통해 복수의 측위 노드(100)와 데이터를 송수신할 수 있다. 또한, 네트워크 인터페이스(370)는 상기 복수의 측위 노드 각각에 측위 대상 단말(500)의 위치 측정을 수행하기 위한 제어 명령을 송수신할 수도 있다.
스토리지(390)는 상기 하나 이상의 프로그램(395)을 비임시적으로 저장할 수 있다. 도 3에서 상기 하나 이상의 프로그램(395)의 예시로 위치 측정 소프트웨어(395)가 도시되었다.
스토리지(390)는 ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리, 하드 디스크, 착탈형 디스크, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 포함하여 구성될 수 있다.
위치 측정 소프트웨어(395)는 메모리(330)에 로드되어, 하나 이상의 프로세서(310)에 의해, 복수의 기준 측위 노드로부터, 각각의 기준 측위 노드에 의하여 측정된 신호 세기 정보를 수신하는 오퍼레이션(331), 상기 측위 대상 단말의 과거 위치의 변화를 기초로 상기 측위 대상 단말의 현재 예측 위치를 추정하는 오퍼레이션(333), 상기 추정된 상기 측위 대상 단말의 현재 예측 위치를 기초로 상기 기준 측위 노드 각각의 예측 신호 세기 정보를 결정하는 오퍼레이션(335) 및 상기 기준 측위 노드에 의하여 측정된 신호 세기 정보와 상기 결정된 상기 기준 측위 노드의 예측 신호 세기 정보의 차이가 기 설정된 임계값 이상인 기준 측위 노드를 제외하고, 나머지 기준 측위 노드의 신호 세기 정보를 이용하여 상기 측위 대상 단말의 현재 위치를 측정하는 오퍼레이션(337)을 수행할 수 있다.
지금까지, 본 발명의 다른 실시예에 따른 측위 서버의 하드웨어 구성에 대하여 설명하였다. 다음으로, 도 4 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위치 측정 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 위치 측정 방법에 포함되는 각 동작의 주체는 그 기재가 생략될 수 있음에 유의한다.
또한, 본 발명에 따른 위치 측정 방법은 다른 언급이 없는 한 측위 서버(300)에 의해 수행되는 것을 전제하여 설명한다. 단, 구현 방식에 따라 상기 위치 측정 방법은 측위 노드(100)가 수행할 수 있고, 측위 노드(100)와 측위 서버(300)가 각각 일부 단계를 수행하는 방식으로 수행될 수도 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 위치 측정 방법의 각 단계의 수행 주체는 달라질 수 있으나, 이는 구현 방식의 차이에 불과할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위치 측정 방법의 순서도이다.
도 4를 참조하면, 측위 서버(300)는 먼저 측위 노드의 지리적 위치를 기초로 기 설정된 거리 이내의 측위 노드로 구성된 측위 그룹의 정보와 복수의 측위 노드에 의해 측정된 측위 대상 단말(500)의 신호 세기 정보를 수신한다. 측위 그룹을 기 설정된 거리 이내에 위치한 측위 노드로 구성하는 이유는 측위 대상 단말(500)의 신호 세기 정보를 측정하는 영역을 최소화함으로써 물리적으로 멀리 떨어진 측위 노드 선정으로 인해 발생할 수 있는 측정 오차를 줄이기 위해서이다. 상기 측위 그룹을 형성하는 방법은 이후 도 5 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.
다음으로, 측위 서버(300)는 복수의 측위 노드가 수신하는 측위 대상 단말(500)의 신호 세기를 기초로 실제로 상기 측위 대상 단말의 위치 측정에 이용되는 신호 세기를 측정할 기준 측위 그룹을 결정한다(S300). 기준 측위 그룹을 결정하는 단계(S300)의 자세한 설명은 도 7 내지 도 8을 참조하여 후술한다.
다음으로, 측위 서버(300)는 기준 측위 그룹에 소속된 기준 측위 노드로부터 수집된 측위 대상 단말(500)의 실제 신호 세기와 상기 측위 대상 단말의 예측 신호 세기를 비교하고 두 신호 세기의 차이가 기 설정된 임계값 이상인 기준 측위 노드를 상기 기준 측위 그룹에서 제외한다(S500). 여기서, 상기 예측 신호 세기는 측위 대상 단말(500)의 현재 예측 위치에서 기준 측위 노드까지의 거리를 고려 시 수신되어야 하는 신호의 세기를 의미한다. 여기서, 예측 신호 세기와 실제 신호 세기의 차이가 큰 경우는 장애물이 인접하는 등의 이유로 무선 환경이 불안정하다는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 측위 서버(300)는 무선 환경이 불안정한 곳에 위치한 기준 측위 노드를 제외하고, 나머지 기준 측위 노드를 기초로 측위 대상 단말의 위치를 측정함으로써 위치 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 상기 예측 신호 세기를 측정하고 제외하는 단계(S500)에 대한 상세한 설명 또한 도 9 내지 도 10을 참조하여 후술한다.
마지막으로, 측위 서버(300)는 이전 단계(S500)에서 제외된 기준 측위 노드 외의 나머지 기준 측위 노드에 의해 측정된 측위 대상 단말(500)의 신호 세기 정보를 기초로 측위 대상 단말(500)의 위치를 측정한다(S700). 보다 자세하게는, 측위 서버(300)는 상기 나머지 기준 측위 노드에 의해 측정된 신호 세기 정보 및 상기 나머지 기준 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 기초로 상기 나머지 기준 측위 노드와 상기 측위 대상 단말의 거리를 산출하고, 삼변측량 등의 다변 측량 기법을 이용하여 측위 대상 단말(500)의 현재 위치를 측정할 수 있다. 또한, 측위 서버(300)는 측정한 위치를 저장하고 상기 저장된 위치 정보를 측위 대상 단말(500)의 현재 예측 위치를 추정하는데 이용할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 상기 나머지 기준 측위 노드가 측위 대상 단말(500)의 신호 세기 및 상기 나머지 기준 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 기초로 상기 측위 대상 단말까지의 거리를 산출하여 측위 서버(300)에 송신하고, 측위 서버(300)는 수신된 거리를 기초로 다변 측위 기법을 이용하여 측위 대상 단말(500)의 위치를 측정할 수도 있다.
지금까지, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 위치 측정 방법에 대하여 설명하였다. 상술한 방법에 따르면, 지리적으로 근접한 측위 노드를 하나의 측위 그룹으로 구성함으로써, 멀리 떨어진 측위 노드 선정에 따른 측정 오차를 최소화하고, 장애물에 인접하는 등으로 인해 무선 환경이 불안정한 곳에 위치한 기준 측위 노드를 기준 측위 그룹에서 제외함으로써, 위치 측정의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 4에 도시된 각 단계의 상세한 과정에 대하여 도 5 내지 도 12를 참조하여 설명한다. 먼저, 도 5 내지 6을 참조하여 측위 노드(100)가 측위 그룹을 형성하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 5는 측위 노드(100)가 측위 그룹을 형성하는 방법에 대한 상세 순서도이다.
도 5를 참조하면, 각 측위 노드는 주기 또는 비주기적으로 이웃 노드 탐색 메시지를 1 홉(Hop) 브로드캐스트 하고 측위 노드(100)는 이웃 측위 노드가 브로드캐스트 한 이웃 노드 탐색 메시지를 수신하여 액티브(Active) 상태의 이웃 측위 노드의 정보를 획득한다(S110). 예를 들어, 각 측위 노드가 주기적으로 메시지의 TTL(Time To Live) 필드를 1로 설정된 이웃 노드 탐색 메시지를 브로드캐스트 하는 이웃 노드 탐색 과정을 수행함으로써, 측위 노드(100)는 1 홉 내에 위치한 이웃 측위 노드 정보를 획득할 수 있다. 또한, 상기 이웃 노드 탐색 메시지는 이웃 측위 노드의 동작 상태를 감지하기 위한 하트비트 메시지로 이용될 수도 있다.
여기서, 상기 이웃 측위 노드는 무선 신호의 최대 전송 거리 이내의 모든 이웃 측위 노드를 포함하지 않고, 무선 신호의 최대 전송 거리 이내 및 기 설정된 거리 이내에 위치한 이웃 측위 노드만을 포함할 수 있다. 즉, 측위 노드(100)는 지리적 근접성(Proximity)을 기초로 측위 그룹을 형성하기 위해 지리적으로 가까운 곳에 위치한 측위 노드만을 이웃 측위 노드로 결정할 수 있다. 예를 들어, 각 측위 노드는 자신의 위치 정보를 포함하는 이웃 노드 탐색 메시지를 브로드캐스트하고, 측위 노드(100)는 상기 위치 정보를 기초로 지리적으로 가까운 곳에 위치한 측위 노드만을 1 홉 이웃 측위 노도로 결정할 수 있다. 참고로, 상기 위치 정보는 측위 노드의 지리적 위치를 기초로 사전에 설정될 수 있다.
다음으로, 측위 노드(100)는 인접한 이웃 측위 노드와 각자의 이웃 측위 노드 정보를 브로드캐스팅 하는 등의 방식으로 상호 교환한다(S120). 이에 따라, 측위 노드(100)는 자신의 이웃 측위 노드(이하, '제1 이웃 측위 노드')와 상기 이웃 측위 노드의 이웃 측위 노드(이하, '제2 이웃 측위 노드')의 정보를 획득할 수 있다.
다음으로, 측위 노드(100)는 제1 이웃 측위 노드와 제2 이웃 측위 노드를 기초로 자신을 루트 노드로 하는 측위 노드 트리를 구축한다(S130). 구체적으로, 측위 노드(100)는 자신을 루트 노드로 구성하고, 상기 제1 이웃 측위 노드에 포함되는 측위 노드를 상기 루트 노드의 자식 노드로 연결하고, 상기 제2 이웃 측위 노드에 포함되는 측위 노드를 상기 자식 노드의 자식 노드로 연결하여 측위 노드 트리를 구축할 수 있다.
측위 노드 트리를 구축한 뒤, 측위 노드(100)는 루트 노드부터 각 측위 노드 트리를 구성하는 노드를 탐색한다. 상기 탐색 방식은 구현 방식에 따라 재귀적 또는 반복적으로 수행될 수 있으며, 탐색 순서 또한 구현 방식에 따라 레벨 우선 탐색, 깊이 우선 탐색 등 다양한 탐색 방식이 이용될 수 있다.
다음으로, 측위 노드(100)는 상기 측위 노드 트리를 탐색하면서 루트 노드, 루트 노드의 자식 노드 및 상기 자식 노드의 자식 노드 중 상기 루트 노드의 자식 노드와 동일한 식별자를 가진 노드를 그룹핑하여 측위 그룹을 형성한다(S150). 예를 들어, 루트 노드의 자식 노드가 제1 노드인 경우, 측위 노드(100)는 상기 루트 노드, 상기 제1 노드 및 상기 제1 노드의 자식 노드 중 상기 루트 노드의 자식 노드와 동일한 식별자를 가진 노드를 하나의 측위 그룹으로 형성할 수 있다. 또한, 측위 그룹을 형성한 뒤, 측위 노드(100)는 측위 그룹 정보를 측위 서버(300)에 전송할 수 있다.
지금까지 상술한 측위 그룹 형성 단계는 주기적으로 수행될 수 있다. 즉, 일정 주기마다 각 측위 노드는 이웃 노드 탐색 메시지를 브로트캐스트 함으로써 액티브 상태의 이웃 측위 노드 정보를 갱신하고 측위 노드 트리를 갱신함으로써 자율적으로 측위 그룹을 재구성할 수 있다. 이에 따라, 측위 노드의 통신 불량, 전원 이상 등의 장애가 발생한 경우, 장애가 발생한 측위 노드를 제외하고 새롭게 측위 그룹을 형성할 수 있다.
한편, 도 5의 경우 1 홉 이웃 노드 정보를 기초로 트리를 구축하는 순서를 도시하였으나, 측위 노드의 배치 간격 등을 고려하여 2 홉 이상의 이웃 노드 정보를 기초로 트리를 구축할 수도 있으며, 이는 구현 방식의 차이에 불과하다.
또한, 각 측위 노드는 제1 이웃 측위 노드 및 제2 이웃 측위 노드를 측위 서버(300)로 전송하고, 상기 측위 서버가 상술한 방법에 따라 측위 그룹을 형성할 수도 있다. 또는, 측위 서버(300)가 상기 제1 이웃 측위 노드 및 상기 제2 이웃 측위 노드 정보 없이, 각 측위 노드의 위치 정보만을 기초로 지리적으로 근접한 측위 노드를 하나의 측위 그룹으로 형성할 수도 있다.
또한, 측위 그룹을 형성하기 위해 다양한 제약 조건이 부가될 수도 있다. 예를 들어, 삼변측량이 가능하도록 각 측위 그룹에 포함되는 측위 노드는 적어도 3개 이상이 되어야 한다는 조건을 부가하여 측위 그룹을 형성할 수 있다. 또는 각 측위 그룹에 포함된 측위 노드의 위치가 선형이 되지 않도록 하는 조건 등이 부가될 수도 있다.
지금까지, 측위 노드(100)가 측위 그룹을 형성하는 방법에 대하여 설명하였다. 다음으로, 보다 이해의 편의를 제공하기 위해 도 6a 내지 도 6d에 도시된 예를 참조하여 측위 노드 트리를 구축하고 측위 그룹을 형성하는 방법을 부연 설명한다.
도 6a는 측위 노드의 배치도이다. 이후, 각 도면에서 원 모양의 도형은 측위 노드를 의미하고, 도형 안의 숫자는 측위 노드의 식별자를 의미한다.
도 6b는 측위 노드(1)가 구축한 측위 노드 트리를 도시한다. 도 6b를 참조하면, 측위 노드(1)의 제1 이웃 측위 노드는 측위 노드(2, 4, 5)인 것을 알 수 있다. 또한, 측위 노드(1)의 제2 이웃 측위 노드 중에서 측위 노드(2)의 이웃 측위 노드는 측위 노드(1, 3 내지 6)인 것을 알 수 있다. 즉, 측위 노드(1)는 이웃 측위 노드 탐색 과정에서 발견한 이웃 측위 노드 중에서 지리적으로 근접한 측위 노드(2, 4, 5)를 제1 이웃 측위 노드로 결정하고 측위 노드 트리의 자식 노드로 구성한 것을 알 수 있다.
도 6c는 측위 노드 트리 탐색을 통한 측위 그룹을 형성한 결과를 도시한다. 도 6c에서 측위 노드(1)는 깊이 우선 탐색 방식으로 탐색을 수행한다고 가정하였다.
도 6c를 참조하면, 측위 노드(1)는 루트 노드(1)부터 시작하여 루트 노드의 자식 노드(2)를 탐색하고, 루트 노드(1)의 손자 노드 중에서 측위 노드(2)의 자식 노드부터 탐색한 뒤, 루트 노드의 다른 자식 노드(4)를 탐색하는 방식으로 탐색을 수행할 수 있다. 탐색 과정에서, 측위 노드(1)는 루트 노드(1)와 자식 노드(2)를 하나의 측위 그룹(101)으로 저장하고 측위 노드(2)의 자식 노드(1, 3 내지 6) 중에서 루트 노드(1)의 자식 노드와 식별자가 동일한 측위 노드(4, 5)를 상기 측위 그룹(101)에 추가함으로써 측위 그룹을 형성할 수 있다.
또한, 루트 노드의 다른 자식 노드(4, 5)의 경우 이미 측위 그룹(101)에 포함되었으므로 더 이상의 탐색을 수행하지 않고 측위 노드 트리의 탐색 과정을 종료할 수 있다.
한편, 측위 그룹에 포함되는 노드의 개수를 3개로 설정한 경우, 측위 노드(1)는 측위 노드(1, 2, 4), 측위 노드(1, 2, 5) 또는 측위 노드(1, 4, 5) 3개의 측위 그룹을 형성하거나, 상기 3개의 측위 그룹 중 적어도 하나 이상의 측위 그룹을 선택적으로 형성할 수도 있다.
도 6d는 도 6a에 도시된 복수의 측위 노드가 상술한 측위 노드 트리 탐색을 이용하여 형성한 일부 측위 그룹(101, 103, 105, 107)을 도시한다. 측위 그룹(103, 105, 107)을 형성하는 방법은 상술한 측위 그룹(101)의 형성 방법과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
지금까지, 도 5 내지 도 6을 참조하여 측위 노드(100)가 측위 그룹을 형성하는 방법에 대하여 설명하였다. 정리하면, 각 측위 노드는 이웃 노드 탐색 메시지를 브로드캐스트 함으로써 동적으로 측위 그룹을 구성할 수 있고, 측위 노드의 지리적 위치를 기초로 이웃 측위 노드를 결정함으로써 지리적으로 근접한 측위 노드를 하나의 측위 그룹으로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 7 내지 도 8을 참조하여 도 4에 도시된 기준 측위 그룹 결정 단계(S300)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 7은 기준 측위 그룹 결정 단계(S300)의 상세 순서도이다.
도 7을 참조하면, 측위 서버(300)는 측위 대상 단말(500)의 신호 세기가 상대적으로 강하게 측정되는 측위 노드를 결정한다(S310). 결정되는 측위 노드의 개수는 구현 방식에 따라 달라질 수 있다.
다음으로, 측위 서버(300)는 이전 단계(S310)에서 결정된 측위 노드가 소속된 측위 그룹을 후보 측위 그룹으로 선정한다. 또한, 상기 후보 측위 그룹에서 수집된 측위 대상 단말(500)의 신호 세기의 대푯값을 기초로 기준 측위 그룹을 결정한다. 예를 들어, 상기 대푯값은 각 후보 측위 그룹에 소속된 측위 노드가 측정한 측위 대상 단말(500)의 신호 세기의 평균값, 중간값 또는 최빈값 중 적어도 하나 이상의 값이 될 수 있다. 측위 서버(300)는 상기 대푯값이 상대적으로 높은 값을 갖는 적어도 하나 이상의 후보 측위 그룹을 기준 측위 그룹으로 결정할 수 있다. 기준 측위 그룹의 개수 또한 구현 방식에 따라 달라질 수 있다.
보다 이해의 편의를 제공하기 위해 도 8a 내지 도 8c에 도시된 예를 참조하여 기준 측위 그룹을 결정하는 단계(S300)를 부연 설명한다. 도 8a 내지 도 8c에 도시된 예에서, 측위 서버(300)는 3개의 측위 노드를 결정하고, 기준 측위 그룹을 결정 기준은 후보 측위 그룹의 신호 세기의 평균값이며, 2개의 후보 측위 그룹을 기준 측위 그룹으로 결정한다고 가정하였다. 또한, 이하 도면에서 원 도형 주변의 숫자는 측위 노드가 수신하는 측위 대상 단말(500)의 신호 세기(dBm)를 의미하고, 사각 블록은 급격한 무선 신호 감쇠의 원인이 되는 장애물을 의미한다. 참고로, 상기 장애물은 벽과 같은 정적 장애물, 사람과 같은 동적 장애물 등 무선 환경을 변화시킬 수 있는 모든 종류의 방해물을 포함할 수 있다.
먼저, 도 8a를 참조하면, 복수의 측위 노드 중에서 측위 노드(4), 측위 노드(5), 측위 노드(6)가 측정한 신호 세기 값이 각각 '-52', '-41', '-50'으로 가장 강하게 측정되었고, 측위 노드(7, 8)의 경우 측위 대상 단말과 가까이 위치하고 있음에도 장애물 등의 영향으로 신호 세기가 약하게 측정된 것을 알 수 있다.
측위 서버(300)는 신호 세기가 상대적으로 강하게 측정된 측위 노드(4), 측위 노드(5) 및 측위 노드(6)를 선정하고, 측위 노드(4, 5, 6)가 소속된 측위 그룹(101, 103, 105, 107)을 후보 측위 그룹으로 결정할 수 있다. 도 8a에서 음영 표시가 된 노드는 단계(S310)에서 결정된 측위 노드를 의미한다.
다음으로, 각 후보 측위 그룹(101, 103, 105, 107)의 신호 세기의 평균값을 계산해보면, 후보 측위 그룹(101)의 평균값은 '-52'이고, 후보 측위 그룹(103)의 평균값은 '-53.75'이고, 후보 측위 그룹(105)의 평균값은 '-55.5'이고, 후보 측위 그룹(107)의 평균값은 '-53.25'가 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 측위 서버(300)는 후보 측위 그룹(101, 103, 105, 107) 중에서 평균값이 높은 후보 측위 그룹(101, 107)을 기준 측위 그룹으로 결정할 수 있다.
도 8b는 상술한 바와 같은 기준 측위 그룹 결정 단계에 따라 결정된 기준 측위 그룹(101, 107)을 도시하고 있다. 도 8b에서 음영 표시가 된 노드는 기준 측위 그룹에 소속된 기준 측위 노드를 의미한다.
다음으로, 도 8c는 측위 서버(300)가 최종적으로 결정하는 기준 측위 그룹(101, 107)과 기준 측위 노드(1 내지 6, 9)를 도시하고 있다. 도 8c에서 'X' 모양 도형이 표시된 노드(8)는 기준 측위 노드 제외 단계(S500)에 따라 제외되는 기준 측위 노드를 의미한다.
도 8c를 참조하면, 측위 서버(300)는 기준 측위 그룹(101, 107)에 소속된 기준 측위 노드 중 기준 측위 노드(8)를 제외한 것을 알 수 있다. 이는, 측위 서버(300)가 측위 대상 단말(500)과 기준 측위 노드(8) 사이에 장애물이 존재함을 감지하고, 기준 측위 노드(8)를 기준 측위 그룹에서 제외한 것으로 이해될 수 있다. 기준 측위 노드(8)를 제외하는 방법은 도 9 내지 도 10을 참조하여 후술한다.
도 9는 도 4에 도시된 기준 측위 노드 제외 단계(S500)의 상세 순서도이다.
도 9를 참조하면, 측위 서버(300)는 기 저장된 측위 대상 단말(500)의 과거 위치 정보를 기초로 측위 대상 단말(500)의 현재 예측 위치를 추정한다(S510). 즉, 측위 서버(300)는 측위 대상 단말(500)의 위치를 측정할 때마다 위치 정보를 저장하고, 저장된 과거 위치 정보를 현재 예측 위치를 추정하는데 활용할 수 있다. 상기 측위 대상 단말의 현재 예측 위치를 추정하기 위해 측위 서버(300)는 당해 기술 분야에서 널리 알려진 하나 이상의 알고리즘을 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 측위 서버(300)는 칼만 필터를 이용하여 측위 대상 단말의 과거의 위치 정보로부터 현재의 예측 위치를 추정할 수 있다. 칼만 필터는 당해 기술 분야에서 잘 알려진 기술이고 본 발명의 논지를 흐릴 수도 있으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 측위 서버(300)는 측위 대상 단말(500)의 현재 예측 위치 및 기준 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 기초로 측위 대상 단말의 예측 신호 세기를 결정한다(S520). 자세히 말하면, 측위 서버(300)는 기준 측위 노드의 위치 정보와 측위 대상 단말(500)의 현재 예측 위치를 토대로 상기 기준 측위 노드와 상기 측위 대상 단말과의 거리를 산출하고, 산출된 거리를 이용하여 상기 신호 감쇠 모델로부터 예측 신호 세기를 결정할 수 있다.
다음으로, 측위 서버(300)는 기준 측위 노드에서 측정된 측위 대상 단말(500)의 신호 세기와 예측 신호 세기의 차이를 비교하고(S530), 두 신호 세기의 차이가 기 설정된 임계값 이상인 경우, 해당 기준 측위 노드를 기준 측위 그룹에서 제외한다(S540, S560). 두 신호 세기의 차이가 기 설정된 임계값 이상인 경우 장애물 등으로 인한 신호의 감쇠가 일어났을 확률이 높기 때문이다. 따라서, 측위 서버(300)는 제외된 기준 측위 노드 외에 다른 기준 측위 노드를 이용하여 측위 대상 단말(500)의 신호 세기 정보를 수집함으로써 위치 측정의 오차를 더욱 줄일 수 있다.
한편, 장애물 등으로 인한 신호의 급격한 감쇠 현상이 사라진 경우 측위 서버(300)는 제외된 기준 측위 노드를 다시 기준 측위 그룹에 추가할 수 있다. 즉, 두 신호 세기의 차이가 기 설정된 임계값 미만인 경우, 측위 서버(300)는 기준 측위 노드를 다시 소속된 기준 측위 그룹에 추가할 수도 있다(S540, S550).
보다 이해의 편의를 제공하기 위해 도 10a 내지 도 10d에 도시된 예를 참조하여 기준 측위 노드 제외 단계(S500)를 부연 설명한다.
도 10a는 복수의 측위 노드와 측위 대상 단말(500)의 과거 위치와 현재 예측 위치를 표시한 도면이다. 도 10a에서 상기 복수의 측위 노드 및 상기 측위 대상 단말을 위치를 2 차원 좌표계를 이용하여 도시하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 측위 노드 및 측위 대상 단말(500)의 위치는 3차원 좌표계, 위도 및 경도 등 다양한 방식으로 표시될 수 있으며, 이는 구현 방식의 차이에 불과하다. 또한, 이하 음영 표시된 측위 노드는 기준 측위 노드를 의미한다.
도 10a를 참조하면, 측위 대상 단말(500)의 과거 위치는 (10, 10)이고, 현재 예측 위치는 (15, 15)인 것을 알 수 있다. 상기 현재 예측 위치는 상술한 바와 같이 기 저장된 과거의 위치 정보를 기초로 칼만 필터 등의 알고리즘을 이용하여 추정된 위치 값일 수 있다.
다음으로, 도 10a를 확대한 도 10b를 참조하면, 측위 서버(300)는 기준 측위 노드(4, 5, 8)가 수집한 측위 대상 단말(500)의 무선 신호 세기(RSSI1, RSSI2, RSSI3)와 기준 측위 노드(4, 5, 6)와 측위 대상 단말(500)의 예측 거리(D1, D2, D3)를 기초로 예측 신호 세기를 산출한다.
측위 서버(300)는 기준 측위 노드(4, 5, 6)와 측위 대상 단말(500) 사이의 거리는 기 설정된 기준 측위 노드(4, 5, 6)의 위치 정보와 측위 대상 단말(500)의 현재 예측 위치를 기초로 산출될 수 있다. 예를 들어, 위치 정보가 2 차원 좌표계와 같이 직교 좌표계로 주어진 경우 측위 서버(300)는 유클리드 거리를 구함으로써 기준 측위 노드(4, 5, 6)와 측위 대상 단말(500) 사이의 예측 거리(D1, D2, D3)를 계산할 수 있다.
예측 신호 세기는 도 10c 및 도 10d에 도시된 기준 측위 노드(4, 8)의 신호 감쇠 모델을 예측 거리를 기초로 역산함으로써 산출될 수 있다.
도 10c는 기준 측위 노드(4)의 신호 감쇠 모델을 기초로 예측 신호 세기를 산출하는 예를 도시하고, 도 10d는 기준 측위 노드(8)의 신호 감쇠 모델을 기초로 예측 신호 세기를 산출하는 예를 도시한다. 도 10c 및 도 10d에서 빗금 친 구간은 임계값을 반영하여 허용되는 범위를 표시한 것으로 이해될 수 있다.
도 10c를 참조하면, 측위 서버(300)는 거리에 따른 RSSI 값을 나타내는 신호 감쇠 모델을 기초로 예측 신호 세기를 산출할 수 있다. 즉, 측위 서버(300)는 상기 신호 감쇠 모델에서 예측 거리(D1)를 기초로 예측 신호 세기(Y1) 값을 역산할 수 있다. 또한, 측위 서버(300)는 예측 신호 세기(Y1)와 측위 노드가 측정한 신호 세기(RSSI1)를 비교하고, 두 신호 세기의 차이가 임계값보다 작으므로 기준 측위 노드(4)의 주변에 장애물과 같이 무선 환경에 영향을 미치는 요인이 없다고 판단할 수 있다.
참고로, 신호 감쇠 모델은 일정한 거리에 따른 신호 세기 데이터를 수집하고, 거리와 신호 세기의 관계를 회귀 분석을 통해 결정함으로써 도출될 수 있다. 상기 신호 감쇠 모델은 초기의 무선 환경을 기초로 생성되어 기 설정될 수 있다.
다음으로, 도 10d를 참조하면 장애물과 인접한 곳에 위치한 기준 측위 노드(8)의 경우를 살펴본다. 동일한 방식으로 기준 측위 노드(8)의 신호 감쇠 모델을 기초로 예측 신호 세기를 역산하면 'Y2' 값이 산출되는 것을 알 수 있다. 또한, 예측 신호 세기(Y2)와 기준 측위 노드(8)가 측정한 신호 세기(RSSI3)의 차이가 임계값 이상인 것을 알 수 있다. 이는 기준 측위 노드(8)와 측위 대상 단말(500) 사이의 장애물로 인해 멀티패스 페이딩(Fading) 등이 발생하여 급격하게 신호가 감쇠된 것일 수 있다. 따라서, 측위 서버(300)는 기준 측위 노드(8)가 제외된 기준 측위 그룹(101, 107)을 기초로 보다 정확하게 측위 대상 단말(500)의 위치를 측정할 수 있다.
한편, 상술한 방법에 따라 기준 측위 노드를 제외하여 기준 측위 그룹에 포함되는 측위 노드의 개수가 3개 미만이 되는 경우 측위 서버(300)는 다른 기준 측위 그룹을 이용하여 위치를 측정하거나, 기준 측위 노드 그룹을 병합하여 측위 수행 단말(500)의 위치를 측정할 수 있다.
지금까지, 도 9 내지 도 10을 참조하여 무선 환경이 불안정한 곳에 위치한 기준 측위 노드를 제외하는 단계(S500)에 대하여 설명하였다. 다음으로, 다음으로, 도 11 내지 도 12를 참조하여 측위 서버(300)가 각 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 갱신하는 방법에 대하여 설명한다.
종래 신호 감쇠 모델 기반의 위치 측정 기술의 문제점 중 하나는 무선 환경이 변화하더라도 초기에 설정된 신호 감쇠 모델을 계속해서 이용하기 때문에 위치 측정의 정확도가 낮아진다는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 위치 측정 방법은 신호 세기를 기초로 무선 환경의 변화를 감지하고 무선 환경의 변화에 적응적으로 각 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 갱신한다.
도 11을 참조하여 제1 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 갱신하는 방법을 자세하게 설명하면, 측위 서버(300)는 복수의 측위 노드에 포함되는 제2 측위 노드가 측정한 제1 측위 노드의 신호 세기 정보를 수집한다(S910). 여기서, 제1 및 제2 측위 노드는 서로 다른 측위 노드를 의미한다. 측위 서버(300)는 보다 많은 신호 세기 데이터를 수집하기 위해 측위 대상 단말(500)의 신호 세기 정보를 더 수집할 수도 있다.
다음으로, 측위 서버(300)는 과거의 제1 기간 동안 수집된 제1 측위 노드의 신호 세기 정보의 대푯값과 제1 기간 이후의 제2 기간 동안 수집된 제2 측위 노드의 신호 세기 정보의 대푯값을 비교한다(S920). 상기 대푯값은 예를 들어 기 설정된 기간 동안의 신호 세기의 평균값, 중간값, 최빈값 중 적어도 하나 이상의 값이 될 수 있다. 일정 기간 동안의 신호 세기의 평균값을 비교하는 이유는 사람과 같은 이동 장애물에 따른 갑작스런 무선 환경 변화를 신호 감쇠 모델에 반영하는 경우 오히려 위치 측정의 정확도가 떨어질 수 있기 때문이다. 따라서, 측위 서버(300)는 일정 기간 동안 측정된 신호 세기의 평균값 등을 비교함으로써 무선 환경의 변화가 일정 시간 이상 지속되는 경우 신호 감쇠 모델을 갱신한다.
다음으로, 측위 서버(300)는 수집된 제2 기간 동안의 신호 세기 정보 및 제1 측위 노드와 제2 측위 노드 사이의 거리 정보를 기초로 회귀 분석을 수행하여 제1 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 갱신한다(S940). 자세하게는, 측위 서버(300)는 제1 측위 노드의 신호 감쇠 모델에 대하여 새롭게 수집된 신호 세기 정보를 부가하여 다시 회귀 분석을 수행하고 회귀 계수를 도출함으로써 상기 제1 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 갱신할 수 있다.
한편, 구현 방식에 따라, 상술한 신호 감쇠 모델 갱신 방법은 각 측위 노드가 수행할 수도 있다. 즉, 제2 측위 노드는 측정한 제1 측위 노드의 신호 세기 정보를 제1 측위 노드로 전달하고, 제1 측위 노드는 상기 제1 측위 노드와 상기 제2 측위 노드 사이의 거리 및 전달받은 신호 세기 정보를 기초로 자신의 신호 감쇠 모델을 갱신할 수도 있다.
보다 이해의 편의를 제공하기 위해 상술한 단계(S910, S920, S930, S940)가 수행되는 과정을 도 12a 내지 도 12d에 도시된 예를 참조하여 부연 설명한다.
도 12a는 무선 환경의 변동이 없는 이상적인 환경에서 측위 노드(5)가 송출하는 무선 신호의 세기를 측정하는 도면이다.
도 12a를 참조하면, 측위 노드(5)가 주기적으로 하트비트 등의 메시지를 브로드캐스트 하는 경우, 이웃 측위 노드(2, 4, 6, 8)는 측위 노드(5)의 무선 신호를 수신하고 신호 세기(RSSI5)를 측정할 수 있다. 도 12a의 경우 이상적인 무선 환경이므로 측위 노드(2, 4, 6, 8)가 수신하는 측위 노드(5)의 무선 신호는 균일한 신호 세기를 갖는 것을 알 수 있다
참고로, 도 12a에는 측위 노드(5)의 무선 신호를 인접한 측위 노드(2, 4, 5, 8)만이 수신하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 측위 노드(1, 3, 7, 9) 또한 측위 노드(5)의 무신 신호가 수신되는 경우 신호 세기 정보(RSSI5)를 측정하고 측위 서버(300)로 전송할 수 있다.
다음으로, 도 12b는 장애물로 인해 무선 환경이 변동된 환경에서 무선 신호의 세기를 측정하는 예를 도시한다. 도 12b를 참조하면, 도 12a와 비교하여 측위 노드(2, 4, 6, 8)가 측정하는 측위 노드(5)의 무선 신호 세기가 약해진 것을 알 수 있다.
측위 서버(300)는 측위 노드(2, 4, 6, 8)로부터 일정 기간 동안 수집된 측위 노드(5)의 신호 세기를 기초로 일시적이지 않은 무선 환경의 변화가 일어났다고 판단하여, 측위 노드(5)의 신호 감쇠 모델을 갱신할 수 있다.
예를 들어, 도 12c를 참조하면, 측위 서버(300)는 제1 기간(T1 ~ T2) 동안 수집된 측위 노드(5)의 무선 신호 세기 정보의 대푯값과 제2 기간(T2 ~T3) 동안 수집된 측위 노드(5)의 무선 신호 정보의 대푯값의 차이가 기 설정된 임계값 이상인 경우 측위 노드(5)의 신호 감쇠 모델을 갱신할 수 있다.
측위 서버(300)는 측위 노드(5)의 신호 감쇠 모델에 새롭게 수집된 신호 세기 정보를 반영하고 다시 회귀 분석을 함으로써 도 12d에 도시된 바와 같이 신호 감쇠 모델을 갱신할 수 있다. 다시 말하면, 측위 서버(300)는 회귀 분석을 통해 신호 감쇠 모델을 나타내는 회귀식의 계수를 다시 산출함으로써 측위 노드(5)의 신호 감쇠 모델을 갱신할 수 있다.
지금까지 도 11 내지 도 12를 참조하여, 신호 감쇠 모델을 갱신하는 방법에 대하여 설명하였다. 상술한 방법에 따르면, 일정 기간 동안 무선 환경의 변화가 지속되는 경우 신호 감쇠 모델을 갱신함으로써 측위 대상 단말(500)의 위치 측정의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.
지금까지 도 4 내지 도 12를 참조하여 설명된 본 발명의 개념은 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체 상에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는, 예를 들어 이동형 기록 매체(CD, DVD, 블루레이 디스크, USB 저장 장치, 이동식 하드 디스크)이거나, 고정식 기록 매체(ROM, RAM, 컴퓨터 구비 형 하드 디스크)일 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 기록된 상기 컴퓨터 프로그램은 인터넷 등의 네트워크를 통하여 다른 컴퓨팅 장치에 전송되어 상기 다른 컴퓨팅 장치에 설치될 수 있고, 이로써 상기 다른 컴퓨팅 장치에서 사용될 수 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 도시되어 있지만, 반드시 동작들이 도시된 특정한 순서로 또는 순차적 순서로 실행되어야만 하거나 또는 모든 도시 된 동작들이 실행되어야만 원하는 결과를 얻을 수 있는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 상황에서는, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수도 있다. 더욱이, 위에 설명한 실시예들에서 다양한 구성들의 분리는 그러한 분리가 반드시 필요한 것으로 이해되어서는 안 되고, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품으로 패키지 될 수 있음을 이해하여야 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (8)

  1. 측위 서버가 수행하는 측위 대상 단말의 위치 측정 방법에 있어서,
    복수의 기준 측위 노드로부터, 각각의 기준 측위 노드에 의하여 측정된 신호 세기 정보를 수신하는 단계;
    기 저장된 상기 측위 대상 단말의 과거 위치의 변화를 기초로 상기 측위 대상 단말의 현재 예측 위치를 추정하는 단계;
    상기 추정된 상기 측위 대상 단말의 현재 예측 위치를 기초로 상기 기준 측위 노드 각각의 예측 신호 세기 정보를 결정하는 단계; 및
    상기 기준 측위 노드에 의하여 측정된 신호 세기 정보와 상기 결정된 상기 기준 측위 노드의 예측 신호 세기 정보의 차이가 기 설정된 임계값 이상인 기준 측위 노드를 제외하고, 나머지 기준 측위 노드의 신호 세기 정보를 이용하여 상기 측위 대상 단말의 현재 위치를 측정하는 단계를 포함하는,
    위치 측정 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    복수의 측위 노드에 의하여 구성된 측위 그룹에 대한 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 복수의 측위 노드 각각의 신호 세기 정보를 이용하여 상기 측위 그룹 중 적어도 하나 이상의 기준 측위 그룹을 결정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 기준 측위 노드는 상기 기준 측위 그룹에 속하는 노드인,
    위치 측정 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 기준 측위 그룹을 결정하는 단계는,
    상기 복수의 측위 노드에 의하여 측정된 신호 세기 정보를 기초로 기 설정된 개수의 측위 노드를 선정하는 단계;
    상기 선정된 측위 노드가 소속된 후보 측위 그룹을 결정하는 단계; 및
    상기 후보 측위 그룹에 속한 측위 노드에 의해 측정된 신호 세기의 대푯값을 기초로, 상기 후보 측위 그룹 중에서 적어도 하나 이상의 기준 측위 그룹을 결정하는 단계를 포함하는,
    위치 측정 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 측위 그룹은,
    상기 복수의 측위 노드의 지리적 위치를 기초로 기 설정된 거리 이내의 측위 노드로 구성되고, 적어도 3개 이상의 측위 노드를 포함하는,
    위치 측정 방법.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 측위 그룹은,
    상기 복수의 측위 노드 각각이 이웃 노드 탐색 메시지를 브로드캐스트 하고, 상기 브로드캐스트를 통해 액티브(Active) 상태의 이웃 측위 노드를 발견하여 자율적으로 구성되는 것인,
    위치 측정 방법.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 측위 그룹은,
    상기 복수의 측위 노드에 포함되는 제1 측위 노드를 루트 노드로 구성하고, 상기 제1 측위 노드의 이웃 측위 노드 중 제2 측위 노드를 상기 루트 노드의 자식 노드로 연결하고, 상기 제2 측위 노드의 이웃 측위 노드를 상기 제2 측위 노드의 자식 노드로 구성하여 생성된 측위 노드 트리의 일부의 노드이되,
    상기 일부의 노드는,
    상기 루트 노드, 상기 루트 노드의 자식 노드 중 제1 자식 노드 및 상기 제1 자식 노드의 자식 노드 중에서 상기 루트 노드의 자식 노드와 동일한 식별자를 가진 노드를 포함하는,
    위치 측정 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    제2 측위 노드가 측정한 제1 측위 노드의 신호 세기 정보를 수집하는 단계;
    제1 기간 동안 수집된 상기 제1 측위 노드의 신호 세기 정보의 대푯값과 제1 기간 이후의 제2 기간 동안 수집된 상기 제1 측위 노드의 신호 세기 정보의 대푯값을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과, 두 대푯값의 차이가 기 설정된 임계값 이상인 경우, 상기 제1 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 갱신하는 단계를 더 포함하고,
    상기 측위 대상 단말의 현재 위치를 측정하는 단계는,
    상기 제1 측위 노드가 상기 기준 측위 노드에 포함되는 경우, 상기 갱신된 신호 감쇠 모델을 기초로 상기 측위 대상 단말의 현재 위치를 측정하는 단계를 포함하는,
    위치 측정 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 갱신하는 단계는,
    상기 제1 측위 노드와 상기 제2 측위 노드 사이의 거리 정보 및 상기 수집된 제1 측위 노드의 신호 세기 정보를 기초로 회귀 분석을 수행하여 상기 제1 측위 노드의 신호 감쇠 모델을 갱신하는 단계를 포함하는,
    위치 측정 방법.
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