KR20060064462A - 위치 측정 장치, 이를 이용한 위치 측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

위치 측정 장치, 이를 이용한 위치 측정 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위치 측정 장치, 이를 이용한 위치 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
실시간으로 위치가 변동하는 수신기의 위치를 측정하는 시스템에서, 송신기는 고유 식별 정보를 갖고, 고정된 위치에 설치되어 전송 속도가 상이한 두 종류의 신호를 송수신한다. 수신기는 이동 가능하며, 송신기가 송출한 상기 두 종류의 신호를 수신하여, 두 신호의 수신 시간차를 기초로 송신기로부터의 거리를 계산한다. 그리고, 호스트는 수신기와 연결되어, 수신기가 계산한 송신기와의 거리값을 전송받고, 이를 이용하여 수신기의 위치 정보를 생성한다.
RF 신호, 초음파 신호, 스케줄링, 위치 인식

Description

위치 측정 장치, 이를 이용한 위치 측정 시스템 및 그 방법{LOCATION MEASURING DEVICE, SYSTEM AND METHOD USING THAT DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 위치 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 초음파 모듈의 상세 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위치 측정 장치가 송신기 또는 수신기로 사용되는 위치 측정 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 위치 측정 시스템 내에서 수신기와 다수의 송신기 사이의 통신 준비 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5는 발명의 실시예에 따른 위치 측정 시스템 내에서 수신기와 특정한 하나의 송신기 사이에서 이루어지는 신호 전송 과정을 송신기의 측면에서 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수신기와 송신기 사이의 거리 계산 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 도 6의 거리 계산 결과를 이용하여 수신기 위치 정보를 생성하는 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 유비쿼터스 환경에서의 위치 측정 장치 및 이를 이용하는 위치 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
컴퓨터화의 새로운 패러다임으로 등장한 유비쿼터스(ubiquitous)화는 유비쿼터스 컴퓨팅과 유비쿼터스 네트워크를 기반으로 물리 공간을 지능화함과 동시에 물리 공간 내의 객체들, 즉 사람 또는 사물들을 네트워크로 연결시키려는 노력으로 정의할 수 있다.
유비쿼터스 컴퓨팅이란 환경과 대상물에 보이지 않는 컴퓨터가 심어지고, 이들이 전자 공간으로 연결되어 서로 정보를 주고받는 유비쿼터스 공간을 생성하는 기술로서, 특정 기능이 내재된 컴퓨터가 환경과 사물에 심어짐으로써(embedded computing) 환경이나 사물 그 자체가 지능화되는 것에서부터 시작한다. 즉, 도로, 다리, 터널, 빌딩, 건물벽 등 모든 물리 공간과 객체에 컴퓨팅 기능을 추가하여 모든 사물과 대상이 지능화되고, 전자공간으로 연결되어 서로 정보를 주고받는 개념으로 기존의 홈 네트워크, 모바일 컴퓨팅보다 한 단계 발전된 컴퓨팅 환경을 말한다.
유비쿼터스 네트워크는 누구든지 언제, 어디서나 통신 속도 등의 제약없이 이용할 수 있고, 모든 정보나 컨텐츠를 유통시킬 수 있는 정보통신 네트워크를 의미한다. 이의 실현으로 기존의 통신 네트워크와 서비스가 가지고 있었던 여러 가지 제약으로부터 벗어나 이용자가 자유롭게 통신 서비스를 이용할 수 있게 된다.
특히, 언제 어디서나 객체의 위치를 인식하고, 이를 기반으로 유용한 서비스 를 제공하는 위치 기반 서비스(location based service, LBS)가 유비쿼터스 환경에서 중요한 서비스로 대두되고 있다. 효율적인 위치 기반 서비스가 이루어지기 위해서는, 객체의 위치를 정확히 인식하는 과정이 필수적이다.
이러한 객체의 위치 인식을 위해서 현재 가장 많이 사용되는 방법으로는 위성 위치 확인 시스템(global positioning system; GPS)을 이용하는 방법, 이동 통신 네트워크를 이용하는 방법, 적외선 센서를 이용하는 방법을 들 수 있다.
GPS를 통한 위치 인식 방법은 실외에서도 그 오차 범위가 크며, 실내에서는 사용할 수 없는 문제가 있다.
그리고 이동 통신 네트워크를 이용하는 위치 인식 방법은 통신 단말기기에 위치 인식을 위한 별도의 칩만 구비하면 그 외의 추가적인 기능 확장이 필요 없다는 장점이 있으나, 네트워크 내에서의 정확한 위치 인식을 위해 어레이 안테나(array antenna)와 동기를 맞추기 위한 타이밍 유닛(timing unit) 등이 필요하며, GPS를 통한 위치 인식 방법과 마찬가지로 실내 및 건물 밀집 지역과 같은 음영 지역에서는 다중 경로 효과가 발생하고, 신호의 감쇄 현상으로 인하여 정확한 위치 인식이 어려운 문제점이 있다.
또한, 적외선 센서를 이용하는 위치 인식 방법은 제한된 거리 내에서만 적용 가능하고, 태양광 등의 영향으로 위치 측정이 정밀하지 못한 문제가 있으며, 사용자의 증가에 따라 송수신되는 신호들 사이의 충돌 발생률이 높아지는 문제점이 존재하였다.
더욱이, 기존의 위치 인식 시스템은 센서 네트워크의 구현을 목적으로 하는 것이 아닌 특정 어플리케이션에의 적용을 목적으로 하는 것이었으므로, 센서 네트워크로 구성되는 유비쿼터스 환경에 적합하지 않다.
그러므로, 실내의 유비쿼터스 환경 하에서의 보다 효율적인 서비스의 제공을 위해서는 객체의 위치에 대하여 보다 정확하고 신뢰성 있는 위치 정보를 실시간으로 제공할 수 있는 위치 측정 방법 및 그 시스템의 도입이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유비쿼터스 환경에서의 위치 기반 서비스 지원을 위하여 서로 전송 속도가 상이한 두 종류의 신호를 이용하는 위치 측정 장치 및 이를 이용하는 위치 측정 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 특징에 따르면, 제1 신호를 송수신하는 제1 신호 모듈, 상기 제1 신호와 상이한 전송 속도를 갖는 제2 신호를 송수신하는 제2 신호 모듈, 제1 신호 및 제2 신호의 수신에 응답하여 카운트를 개시 또는 중단하여 수신 시간 정보를 생성하는 타이머부, 및 상기 제1 신호 모듈을 구동하여 메시지를 전송하고, 상기 제1 신호 모듈과 상기 제2 신호 모듈을 동시에 구동하여 제1 신호 및 제2 신호를 동시에 발생시키며, 상기 타이머부에서 생성된 제1 신호와 제2 신호의 수신 시간 정보를 이용하여 거리를 계산하는 제어부를 포함하는 위치 측정 장치가 제공된다. 여기서, 제1 신호는 RF 신호일 수 있으며, 제2 신호는 초음파 신호일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 각각의 고유 식별 정보를 가지고, 고정된 위 치에 설치되어 전송 속도가 상이한 제1 신호 및 제2 신호를 송신하는 다수의 송신기, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 수신하여, 상기 두 신호의 수신 시간의 차를 기초로 각 송신기와의 거리를 계산하는 수신기, 및 상기 수신기와 접속되며, 상기 계산된 송신기로부터의 거리값을 이용하여 상기 수신기의 위치 정보를 생성하는 호스트를 포함하는 위치 측정 시스템이 제공된다. 이 때, 송신기 및 수신기는 전술한 위치 측정 장치가 주로 수행하는 기능에 따라 분류되고 명명된 것으로서, 두 요소는 동일한 구성을 갖는다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 다수의 송신기가 설치된 공간 내에서 위치가 변동하는 호스트와 연결된 수신기의 위치 정보를 실시간으로 획득하는 방법에 있어서, 상기 수신기가 스케줄링을 통하여 상기 다수의 송신기와의 통신 순서를 결정하는 단계, 상기 스케줄링 단계에서 결정된 순서에 따라 순차적으로 상기 다수의 송신기로부터 전송 속도가 상이한 제1 신호 및 제2 신호를 수신하여, 상기 제1 신호 및 제2 신호의 도달 시간차 정보를 생성하는 단계, 및 상기 생성된 시간차 정보를 이용하여 상기 수신기와 상기 송신기 사이의 거리를 계산하는 단계를 포함하여 수신기의 위치를 측정하는 방법이 제공된다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략 하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
우선, 본 발명에서는 동일한 구조를 갖는 송신기와 수신기 사이의 거리가 측정되며, 다수의 송신기와 수신기 사이의 거리 측정 과정의 반복을 통하여 수신기의 위치 정보가 얻어진다. 송신기와 수신기 사이의 거리는 전송 속도가 상이한 제1 신호 및 제2 신호를 동시에 사용하여 얻어지며, 송신기로부터 제1 신호와 제2 신호를 수신함에 있어서, 제1 신호의 전송속도가 제2 신호의 전송 속도보다 훨씬 크므로, 제1 신호와 제2 신호의 수신 시간차를 타이머를 통하여 측정함으로써 이동 수신기와 고정된 송신기 사이의 절대 거리를 측정할 수 있게 된다. 이 때, 제1 신호로는 RF(radio frequency) 신호가, 제2 신호로는 초음파 신호가 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 송신기 및 수신기의 구조를 나타낸 블록도이다. 이하, 설명의 편의를 위해서 송신기와 수신기를 포괄하여 설명할 때에는 '위치 측정 장치'라는 용어를 사용하고, 위치 측정 장치가 송신 기능을 주로 수행할 때에는 '송신기'라는 용어를, 수신 기능을 주로 수행할 때에는 '수신기'라는 용어를 사용하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 위치 측정 장치(100)는 제어부(110), RF 모듈(120), 초음파 모듈(130), 타이머부(140) 및 저장부(150)를 포함한다.
제어부(110)는 위치 측정 장치(100) 내부의 다른 구성 요소들의 구동을 제어하여, 위치 측정 장치(100)가 송신기 또는 수신기로 기능하도록 제어한다. 즉, 제 어부(110)는 RF 모듈(120)을 구동시켜 RF 신호의 송신 및 수신을 제어하고, 초음파 모듈(120)을 구동시켜 초음파 신호의 송수신을 제어한다.
위치 측정 장치(100)가 송신기로 기능할 경우, 제어부(110)는 RF 모듈(120)과 초음파 모듈(130)을 동시에 구동시켜 위치 측정을 위한 RF 신호 및 초음파 신호가 동시에 발생되도록 제어한다. 이 때, 제어부(110)의 처리 속도의 한계 등의 문제로 인하여 RF 신호와 초음파 신호가 동시에 발생되지 못하는 경우에는 이러한 시간차 정보를 저장부(150)에 저장해 두었다가, 계산된 거리값의 보정에 이용될 수 있도록 한다. 제어부(110)는 RF 신호 및 초음파 신호가 수신된 것으로 판단되면 타이머부(140)를 구동시켜 신호 수신과 관련된 정보를 생성하도록 제어하고, 타이머부(140)에서 얻어진 정보를 저장부(150)에 기록하거나, 기록된 시간 정보를 이용하여 거리 정보를 생성한다.
또한, 제어부(110)는 정확한 위치 정보 생성을 위하여 다수의 위치 측정 장치들 사이의 통신이 필요하므로, 이들 사이의 통신 순서를 결정하는 스케줄링을 수행하여 신호의 충돌 및 간섭을 방지하며, 효율적인 자원 이용이 가능하도록 한다. 이와 같은 제어부(110)에서의 스케줄링을 통하여 동시에 다수의 위치 측정 장치로부터 RF 신호가 송출되는 것을 방지할 수 있으므로, 센서 네트워크의 효율적인 전력 관리도 가능해진다.
RF 모듈(120)은 제어부(110)로부터의 제어 신호에 따라 저장부(150)에 저장되어 있는 위치 측정 장치(100)의 위치 정보, 고유 식별 정보, 오차 관련 정보를 포함하는 데이터 패킷을 전송한다. 그리고, RF 모듈(120)은 이러한 데이터 패킷의 전송 이외에 위치 측정을 위한 신호 전송의 개시를 요청하는 메시지, 그 중지를 요청하는 메시지 및 위치 측정을 위한 RF 신호를 생성하여 전송하는 역할을 한다.
이러한 RF 모듈(120)에서 신호를 생성하고 이를 변조 및 복조하여 전송하는 기술들은 이미 잘 알려져 있으므로 상세한 설명을 생략하더라도 당업자에게는 자명할 것이다.
또한, 동일한 환경 내에 존재하는 다른 위치 측정 장치(100)로부터 전송된 신호를 수신하고, 신호의 수신 여부를 제어부(110)에 보고한다. 이 때, 위치 정보의 일례로서, 위치 정보는 좌표값으로 표시될 수 있다.
초음파 모듈(130)은 제어부(110)로부터의 제어 신호에 따라 초음파 신호를 발생시켜 전송하고, 다른 위치 측정 장치(100)로부터 전송된 초음파 신호를 수신하며, 신호의 수신 여부를 제어부(110)에 보고한다. 이 때, 제어부(110)에서 발생되는 초음파 모듈(130)의 제어 신호는 이진 부호 신호일 수 있다.
타이머부(140)는 수신기에서 RF 신호와 초음파 신호의 도달 시간차 정보를 생성하며, 제어부(110)로부터의 제어 신호에 따라 구동된다. 즉, 두 위치 측정 장치(100) 사이의 거리 측정을 위한 RF 신호가 수신되면, 타이머부(140)는 초기화되고 이후 일정 시간 이내에 초음파 신호가 수신되면 타이머부(140)는 정지되어 두 신호의 도달 시간차 정보를 생성하고, 생성된 시간 정보는 저장부(150)에 기록된다. 또한, 타이머부(140)는 RF 모듈(120)이 송신기에 위치 측정을 위한 신호 전송의 개시를 요청하는 메시지를 전송하면, 초기화되어 RF 신호의 수신을 대기하고, 제어부(110)에 의해 미리 설정된 시간 이내에 RF 신호가 수신되지 않는 경우에는 이를 제어부(110)에 알린다. 이 때, RF 신호가 수신되면, 타이머부(140)는 초기화되어 제어부(110)에 의해 미리 설정된 시간 이내에 초음파 신호가 수신되는지의 여부를 판단하여 초음파 신호가 수신되지 않는 경우에는 이를 제어부(110)에 알린다.
저장부(140)는 위치 측정 장치(100)의 운영을 위한 정보 및 위치 측정 장치(100)가 포함된 환경 관련 변수들을 저장하고 관리한다. 예를 들어, 저장부(140)에는 위치 측정 장치(100)의 고유 식별 정보, 미리 설정된 위치 정보, 계산된 위치 정보, 타이머부(140)에서 생성된 시간차 정보, 다른 위치 측정 장치(100)와의 거리 정보 등이 저장될 수 있다. 또한, 저장부(140)는 제어부의 처리 속도에 따른 RF 신호와 초음파 신호의 발생 사이의 시간차이, 실내의 온도, 습도로 인한 초음파 전파 속도의 편차를 저장하여 두었다가, 수신 장치에서의 거리 계산 결과의 보정을 위하여 사용될 수 있도록 RF 모듈(120)에서 위치 정보 등을 포함하는 데이터 패킷을 전송할 때 함께 전송될 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예에서는 저장부(140)가 위치 측정 장치(100)에 포함되어 하나의 구성요소로서 동작하는 것으로 설명하였지만, 반드시 위치 측정 장치(100)에 포함될 필요는 없으며, 위치 측정 장치(100)와 독립된 별개의 기능 블록으로 존재할 수 있다.
도 2에 본 발명의 실시예에 따른 초음파 모듈(130)의 구체적인 구조가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 모듈(130)은 스위치(131), 초음파 송신부(132), 초음파 수신부(133), 증폭기(134), A/D 변환부(135) 및 비교부(136)를 포함한다.
스위치(131)는 제어부(110)로부터 전송된 구동 명령에 따라 위치 측정 장치(100)가 송신기 또는 수신기로 기능할 수 있도록, 초음파 송신부(132)와 초음파 수신부(133)를 절환한다. 이 때, 도 2에 도시된 바와 같이 제어부(110)에서 전송된 이진 부호 신호에 의하여 초음파 송신부(132) 또는 초음파 수신부(133)가 선택될 수 있다.
스위치(131)에 의하여 초음파 송신부(132)가 선택되면, 위치 측정 장치(100)는 송신기로 기능하며, 제어부(110)의 구동 명령에 따라 RF 모듈(120)과 동시에 구동되어 초음파 신호를 발생시켜 수신기로 송출한다.
스위치(131)에 의하여 초음파 수신부(133)가 선택되면, 위치 측정 장치(100)는 수신기로 기능한다. 수신된 초음파 신호의 인식 및 이를 이용한 위치 측정 과정은 아래와 같다. 송신기로부터 송출된 초음파 신호가 입력되면 증폭기(134)를 거쳐 증폭된 신호는 A/D 변환부(134)와 비교부(136)로 전송된다. A/D 변환부(134)를 거쳐 디지털 신호로 변환된 초음파 신호 값은 제어부(110)로 전송된 후 정확한 거리 측정을 위한 오차 보정에 사용하기 위하여 저장부(150)에 기록된다. 그리고 비교부(136)는 전송된 초음파 신호를 장치의 기준 전압(137)과 비교하여, 그 결과를 제어부(110)로 전송한다. 제어부(110)는 이 신호를 입력받아 초음파 신호가 올바르게 수신된 것으로 판단되면, 타이머부(140)를 정지시켜, RF 신호와 초음파 신호가 수신된 시간 차 정보를 생성하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위치 측정 장치가 송신기 또는 수신기로 기능하도록 설정되어 사용되는 위치 측정 시스템의 일례를 나타낸 예시도이다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 송신기는 건물 등의 구조물의 내벽 또는 천정에 적어도 3개 이상 고정 설치되고, 다수의 송신기가 설치된 실내 공간으로 진입한 수신기가 각 송신기와의 거리를 계산하고, 이 정보를 이용하여 수신기와 접속된 호스트가 수신기의 위치 정보를 생성한다. 이 때, 각 송신기(330a, 330b, 330c, 330d)에는 설치되는 지점의 위치 정보가 기록되고, 고유 식별 정보가 할당되며, 각 송신기에 대한 이들 정보는 상황 인식 서버에 저장되어 위치 기반 서비스의 제공에 이용된다. 여기서, 각 송신기(330)에 할당되는 고유 식별 정보는 송신기 ID 등 송신기를 식별하기 위한 숫자, 문자의 집합일 수 있다. 아래에서는, 다수의 송신기를 모두 포괄하여 설명할 때에는 '330'이라는 식별기호를 사용하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 호스트(320)에 접속된 수신기(310)가 다수의 송신기(330a~330d)가 설치된 환경 내로 이동하면, 수신기(310)가 수행한 스케줄링 결과에 따라 순차적으로 각 송신기(330)와 수신기(310) 사이의 거리 계산이 이루어지고, 호스트는 수신기(310)로부터 전송받은 각 장치들 사이의 거리값을 이용하여 위치 정보를 생성한다. 호스트(320)는 휴대폰, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant, PDA), 랩탑 컴퓨터(laptop computer) 등의 통신 기기일 수 있으며, 호스트(320)는 수신기(310)와 송신기(330) 사이의 거리값과 송신기의 위치 정보를 이용하여, 위치 정보를 생성하며, 생성한 위치 정보를 상황 인식 서버로 전송하여 위치 기반 서비스에 이용되도록 한다. 이 때, 호스트(320)와 수신기(310)는 시리얼 인터페이스로 연결될 수 있다.
이와 같이 구성된 위치 측정 시스템 내에서, 송신기와 수신기 사이의 거리값 은 RF 신호 및 초음파 신호를 동시에 사용하여 얻어지며, 송신기로부터 RF 신호와 초음파 신호를 수신함에 있어서, RF 신호의 전송속도가 초음파 신호의 전송 속도보다 훨씬 크므로, RF 신호와 초음파 신호의 수신 시간차를 타이머를 통하여 측정함으로써 이동 가능한 수신기와 고정되어 설치된 송신기 사이의 절대 거리를 측정할 수 있게 된다. 즉, 동일한 실내 공간에 위치하는 다수의 송신기와 수신기 사이의 거리는 고주파 신호인 RF 신호의 전송 속도에 비하면 매우 짧은 거리이므로, RF 신호가 수신되기까지의 지연 시간은 거의 '0'이라고 간주할 수 있다. 따라서, 상기 두 신호 간의 수신 시간차는 초음파 신호 수신까지의 지연시간으로 간주하여 상기 수신 시간차에 초음파의 속도를 곱함으로써 송신기와 수신기 사이의 거리 측정이 가능하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 위치 측정 방법에 있어서, 송신기(330)가 설치된 공간 내로 이동한 수신기(310)가 위치 정보의 생성을 위하여 다수의 송신기(330)와의 통신을 준비하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 다수의 송신기(330)가 설치된 환경 내로 수신기(310)와 연결된 호스트(320)가 진입하면, 호스트(320)에 대하여 유비쿼터스 네트워크 서비스를 제공하기 위하여 수신기와 접속된 호스트(320)의 위치를 파악하는 과정이 선행된다. 본 발명의 실시예에 따른 위치 측정 시스템은 수신기가 호스트와 연결되어 사용되므로, 수신기의 위치와 호스트의 위치는 동일한 것으로 가정하고 위치 측정이 이루어진다.
다수의 송신기(330)가 설치된 공간에 진입한 수신기(310)에 최초로 전원이 인가되면, 내부 동작이 리셋되어 초기화가 이루어진다. 리셋에 의해 수신기(310) 내의 제어부(110)와 저장부(150)의 초기 환경 설정 및 변수의 초기화가 이루어지고, 위치 측정 과정이 개시된다(S410).
초기화된 수신기(310)의 제어부(110)는 동일한 공간 내에 설치되어 있는 송신기(330)의 위치 정보, 고유 식별 정보, 통신 환경 등의 관련 정보를 파악하기 위하여, RF 모듈(120)을 제어하여 전 방향으로 정보 요청의 메시지(transmitter solicitation message)를 브로드캐스트한다(S420).
브로드캐스트된 메시지는 RF 신호가 도달할 수 있는 영역 내에 설치되어 있는 모든 송신기(330)로 전송되고, 이를 수신한 송신기(330)들이 수신기(310)의 이러한 요청에 응답하여 자신의 위치 정보, 고유 식별 정보 등의 데이터 패킷을 전송하면, 이들 정보는 수신기(310)의 RF 모듈(110)을 통하여 수신되고, 제어부(110)는 이를 저장부(140)에 기록한다(S430).
수신기의 제어부(110)는 위치 정보를 수집한 송신기(330)들과의 거리 계산에 있어서의 우선 순위를 결정하기 위한 스케줄링을 수행하고, 그 순서에 따라서 순차적으로 다수의 송신기(330)와의 거리 측정을 위한 통신을 개시한다(S440). 이 때, 스케줄링 방식은 라운드 로빈 스케줄링(round robin scheduling) 방법을 비롯하여 자원 배분을 위한 스케줄링에 사용되는 다른 어떠한 방법도 사용될 수 있으며, 송신기(330)의 위치 정보, 고유 식별 정보 등의 다양한 변수들을 기초로 스케줄링이 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 위치 측정 시스템 내에서 수신기(310)로부 터 정보 요청 메시지를 수신한 송신기(330)와 수신기(310) 사이에서 이루어지는 신호 전송 과정을 송신기(3300의 측면에서 도시한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다수 개의 송신기(330a~330d) 각각에 고유 식별 정보가 할당된 후 미리 설정된 위치에 설치되어 최초 전원이 인가되면, 내부 동작이 리셋되어 초기화가 이루어진다. 이러한 리셋을 통하여 송신기(330) 내의 제어부(110)와 저장부(150)의 시스템 초기 환경 설정 및 변수의 초기화가 이루어진다(S510).
초기화가 완료되면 제어부(110)는 송신기가 설치된 실내에 위치하는 수신 장치로부터의 정보 요청 메시지가 전송되는지의 여부를 판단하며 대기 상태를 유지한다. 이 때, 수신기(310)로부터 브로드캐스트된 정보 요청 메시지가 수신되면, 송신기(330)는 각각 자신의 위치 정보 및 고유 식별 정보를 포함하는 데이터를 수신기(310)로 전송한다(S520). 이 때, 송신기(330)는 저장부(150)에 기록되어 있던, 제어부(110)의 처리 속도 문제로 인한 신호 발생 오차, 초음파 전송 속도 오차 등의 오차 정보를 거리 계산 시의 보정에 사용될 수 있도록 함께 전송할 수 있다.
그리고 송신기(310)는 데이터 전송 후 대기 상태를 유지한다(S530).
송신기(330)의 제어부(110)는 수신기(310)가 송출한 위치 측정을 위하여 RF 신호 및 초음파 신호의 전송을 개시할 것을 요청하는 신호 전송 시작 메시지(start message)가 RF 모듈(120)에 수신되었는지의 여부를 판단하고(S540), 메시지가 수신되지 않은 경우에는 지속적으로 대기 상태를 유지한다(S530).
신호 전송 시작 메시지가 수신된 것으로 판단된 경우, 송신기(330)의 제어부 (110)는 RF 모듈(120)과 초음파 모듈(130)을 동시에 구동시켜 RF 신호 및 초음파 신호를 수신기(310)로 송출하도록 제어한다(S550). 이 때, 송신기(330)는 수신기(310)에서의 신호 수신율을 높이기 위하여 RF 신호 및 초음파 신호를 주기적으로 반복하여 송출한다.
RF 신호와 초음파 신호를 모두 수신한 수신기(310)로부터의 신호 전송을 종료할 것을 요청하는 중지 메시지(stop message)가 수신되면(S560), 제어부(110)는 RF 모듈(120) 및 초음파 모듈(130)을 제어하여 신호의 전송을 종료시키고 대기 상태를 유지한다(S570). 중지 메시지가 수신되지 않은 경우에는, 주기적으로 RF 신호 및 초음파 신호를 전송하는 과정을 반복하여 실행한다(S550).
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 위치 측정 시스템 내에서 수신기(310)와 송신기(330) 사이에서 이루어지는 거리 계산 과정을 수신기(310)의 측면에서 도시한 흐름도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 과정을 거쳐 다수의 송신기(330)로부터 위치 정보 및 고유 식별 정보를 전송받은 수신기(310)의 제어부(110)는 저장부(150)에 저장된 정보를 이용하여 다수의 송신기(330)와의 통신 순서를 결정하는 스케줄링을 수행하여 스케줄링 순서에 해당하는 송신기(330)에 신호 전송을 요청하는 시작 메시지를 전송한다(S610).
이 때, 좁은 공간 내에서의 신호의 전송 과정에서 발생할 수 있는 내벽과 신호의 충돌로 인한 반사파에 의한 간섭 등의 요인으로 인하여 수신기(310)가 RF 신호를 수신하지 못할 경우, 지속적인 신호 수신의 대기로 인한 수신기(310) 자원의 낭비를 방지하기 위하여, 수신기(310)의 제어부(110)는 시작 메시지의 전송과 함께 타이머부(140)를 초기화하여 미리 설정된 시간 이내에 RF 신호가 수신되었는지의 여부를 감시한다(S620).
설정된 시간 이내에 RF 신호가 수신되지 않은 경우, 제어부(110)는 RF 모듈(120)을 제어하여 신호 전송 중지 메시지를 송신기(330)로 전송하고(S641), 다음 스케줄링 차례에 해당하는 다른 송신기(330)로 신호 전송 시작 메시지를 전송하여 해당 송신기와의 통신을 준비한다(S680).
설정된 시간 이내에 RF 신호가 수신된 경우에는, 제어부(110)는 타이머부(140)를 '0'으로 다시 초기화하여 RF 신호가 수신된 시점부터 시간 측정을 개시한다(630).
RF 신호는 방사형으로 전송될 수 있지만, 초음파 신호는 최고 송출각도가 120°정도이므로 송신기(330)가 설치된 위치에 따라서 수신기(310)가 RF 신호를 수신하였으나, 초음파 신호를 수신하지 못하는 경우도 존재하므로, 수신기(310)는 RF 신호가 수신된 후 미리 설정된 시간 이내에 초음파 신호가 수신되는지의 여부를 판단한다(S640). 이는 수신기(310)는 내벽 등의 존재로 인하여 초음파 신호의 전송이 어려운 위치에 설치된 송신기(330)의 존재 여부를 파악할 수 없기 때문에, 초음파 신호 전송의 장애로 인하여 수신기(310)가 송신기(330)로부터 RF 신호는 수신하였지만, 초음파 신호는 수신하지 못하게 될 경우에 지속적인 수신 대기 상태를 해제하여 해당 송신기와의 통신을 종료시킴으로써, 수신기(310)의 자원 낭비를 방지하고, 다른 송신기(330)와의 통신을 통하여 신속한 위치 측정이 이루어지도록 하기 위한 것이다.
수신기(310)가 RF 신호를 수신한 후 설정된 시간 이내에 초음파 신호가 수신되지 않으면, 제어부(110)는 RF 모듈(120)을 구동시켜 신호 전송 중지 메시지를 해당 송신기(330)로 전송하고(S641), 다음 스케줄링 차례에 해당하는 다른 송신기(330)로 신호 전송 시작 메시지를 송출하여 해당 송신기와의 거리 계산을 준비한다(S680). 즉, 고유 식별 정보가 확보된 송신기들 중에 위치 측정을 시도하여 RF만 수신되면, 스케줄링에서 제외시켜 연속적인 위치 측정을 용이하게 한다.
그러나, 설정된 시간 이내에 초음파 신호가 수신된 경우에는 타이머부(140)를 정지시켜, RF 신호와 초음파 신호의 도달 시간의 차이를 읽고, 이를 이용하여 송신 장치와의 거리를 계산하여 저장부(140)에 저장한다(S670).
수신기(310)와 특정 송신기(330) 사이의 거리 계산이 종료되면, 수신기(310)는 다음 스케줄링 차례에 해당하는 송신기(330)로 신호 전송 시작 메시지를 전송하여 새로운 위치 측정 과정을 개시한다(S680).
이러한 거리 계산 과정은 반복적으로 수행될 수 있으며, 적어도 3개 이상의 송신기(330)와의 거리가 계산되면, 수신기(310)의 위치 정보가 얻어질 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 과정을 통하여 얻은 하나의 수신기(310)와 하나의 송신기(330) 사이의 거리 계산 결과를 이용하여 수신기의 위치 정보를 생성하는 방법을 도시한 흐름도이다.
수신기(310)는 저장부(140)에 저장된 거리값이 3개 이상 존재하는지의 여부를 판단하여(S710), 수신기(310)와 접속되어 있는 호스트(320)로 송신기(330)의 위 치 정보 및 각 송신기와의 거리값을 전송한다(S720). 이 때, 송신기와 관련된 정보가 3개 이상 존재하지 않으면, 도 6의 거리 계산 과정을 반복 수행한다(S711).
호스트(320)는 수신한 정보를 기초로 위치 정보 획득 알고리즘을 통하여 수신기(330)의 위치 정보를 생성한다(S730). 이 때, 생성된 위치 정보는 위치 좌표일 수 있으며, 호스트(320)의 화면 상에 도시된 실내 공간의 맵 위에 수신기의 위치를 표시할 수 있다.
여기서, 위치 정보의 생성에 이용되는 3개의 거리값은 서로 다른 3개의 송신 기(330)와의 거리를 측정한 값이어야 하며, 수신기(310)에 저장된 정보가 이 조건을 만족하지 않는 경우에는 호스트(320)는 조건이 충족될 때까지 대기 상태를 유지한다.
호스트(320)에서 사용되는 위치 좌표 획득 알고리즘은 현재 일반적으로 사용되는 다양한 방법들 중 하나가 사용될 수 있다. 예를 들어, 기지의 송신기(330)의 위치 정보를 이용하여 각 송신기(330)의 좌표점을 원점으로 하고, 각각의 송신기(330)로부터 수신기(320)까지의 거리를 반지름으로 하는 원의 방정식을 구하여, 이들 원의 교차점을 구하는 방식을 통하여 미지값인 수신기(320)의 위치 정보를 얻을 수 있다. 이 때, 교차점을 구하기 위하여 Newton-Raphson 방법이 이용될 수 있으며, 비선형 방정식들의 연립이므로 정확한 해를 한 번에 구할 수 없기 때문에, 다중 변수 테일러 급수와 Jacobian determinant를 사용하여 반복 계산을 수행할 수 있다. 반복 계산한 결과가 허용 오차 안에 들면 그 값을 수신기(310)의 위치 좌표로 결정할 수 있으며, 위치 측정 시스템의 특성에 따라서 허용가능한 오차 범위를 얼마로 설정하는가에 따라서 계산된 위치 좌표의 정밀도가 결정될 수 있다.
수신기(310)의 제어부(110)는 RF 모듈(120)을 구동시켜, 전술한 과정을 통하여 얻어진 위치 정보를 상황인식서버(미도시)로 전송한다(S740). 이 때,상황인식서버로의 데이터의 전송은 수신기(310)에서 직접 상황인식서버로 전송할 수도 있고, 다른 수신기 또는 송신기를 거쳐 전송되는 멀티 홉(multi-hop) 방식으로 전송될 수도 있다. 전송된 위치 정보는 상황인식서버가 호스트에 서비스를 제공하기 위하여 사용된다.
본 발명의 실시예에서는 3개 이상의 거리값이 존재하는 경우에만, 호스트(320)로 거리값을 전송하여 위치 계산에 이용하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 각각의 송신기(330)와의 거리값이 얻어질 때마다 즉시 호스트(320)로 전송하여 호스트에 저장해 두었다가 3개 이상의 거리값이 저장되면, 수신기(310)의 위치를 계산할 수도 있으며, 호스트(320)의 데이터 처리 용량에 따라 3개 이상의 거리값을 이용하는 위치 정보 획득 알고리즘을 이용할 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 세 개의 거리값을 이용하여 위치 측정이 수행된 이후에는, 하나의 거리값만 갱신되면 연속적인 위치 갱신이 가능하다.
본 발명의 실시예에서는 동일한 구조를 갖는 수신기와 송신기를 사용하고 있으므로, 주변 환경 및 다른 호스트와의 연결 상태에 따라 송신기와 수신기의 역할이 서로 바뀌어 운영될 수도 있다. 즉, 하나의 송신기가 연산 기능을 갖는 특정 호스트에 접속되어 있는 경우에는 다른 송신기들에 RF 신호 및 초음파 신호의 전송을 요청하는 메시지를 전송함으로써, 송신기들 사이의 거리 측정이 이루어질 수 있 으며, 이 때 호스트와 접속된 송신기는 수신기로서 기능할 수 있다.
또한, 중앙 집중형 제어 방식이 아닌 좌표를 알고자 하는 하나의 호스트의 제어를 통한 분산형 제어 방식이 이용되므로, 위치 측정 시스템의 확장 전개가 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 수신기에 의하여 송신기의 신호 전송이 제어되고, 수신기가 RF 신호 및 초음파 신호의 속도 차이를 이용하여 위치 정보를 생성할 수 있다.
또한, 수신기에 의한 스케줄링 관리로 송신기의 선택 운영이 가능하여 에너지 소모를 줄일 수 있으며, 전송 메시지의 충돌을 줄일 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1 신호를 송수신하는 제1 신호 모듈;
    상기 제1 신호와 상이한 전송 속도를 갖는 제2 신호를 송수신하는 제2 신호 모듈;
    제1 신호 및 제2 신호의 수신에 응답하여 카운트를 개시 또는 중단하여 수신 시간 정보를 생성하는 타이머부; 및
    상기 제1 신호 모듈을 구동하여 메시지를 전송하고, 상기 제1 신호 모듈과 상기 제2 신호 모듈을 동시에 구동하여 제1 신호 및 제2 신호를 동시에 발생시키며, 상기 타이머부에서 생성된 제1 신호와 제2 신호의 수신 시간 정보를 이용하여 거리를 계산하는 제어부를 포함하는 위치 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 신호는 RF(radio frequency) 신호이고, 상기 제2 신호는 초음파 신호이며,
    상기 제2 신호 모듈은
    초음파를 수신하는 초음파 수신부;
    초음파를 발생시켜 송신하는 초음파 송신부;
    상기 제어부로부터의 신호에 따라 상기 초음파 수신부와 초음파 송신부를 선택하는 스위치;
    상기 초음파 수신부로부터 수신된 신호를 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭기로부터 전송된 초음파 신호를 변환하여 제어부로 전송하는 A/D 변환부; 및
    상기 증폭기로부터 전송된 초음파 신호를 장치의 기준 전압과 비교하여 수신된 초음파 신호가 유효 신호인지의 여부를 판단하는 비교기를 포함하는 위치 측정 장치.
  3. 실시간으로 위치가 변동하는 수신기의 위치를 측정하는 시스템에 있어서,
    각각의 고유 식별 정보를 가지고, 고정된 위치에 설치되어 전송 속도가 상이한 제1 신호 및 제2 신호를 송신하는 다수의 송신기;
    상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 수신하여, 상기 두 신호의 수신 시간의 차를 기초로 각 송신기와의 거리를 계산하는 수신기; 및
    상기 수신기와 접속되며, 상기 계산된 송신기로부터의 거리값을 이용하여 상기 수신기의 위치 정보를 생성하는 호스트를 포함하는 위치 측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 송신기 및 수신기는,
    제1 신호를 송수신하는 제1 신호 모듈;
    상기 제1 신호와 상이한 전송 속도를 갖는 제2 신호를 송수신하는 제2 신호 모듈;
    제1 신호 및 제2 신호의 수신에 응답하여 카운트를 개시 또는 중단하여 수신 시간 정보를 생성하는 타이머부; 및
    상기 제1 신호 모듈을 구동하여 메시지를 전송하고, 상기 제1 신호 모듈과 상기 제2 신호 모듈을 동시에 구동하여 제1 신호 및 제2 신호를 동시에 발생시키며, 상기 타이머부에서 생성된 제1 신호와 제2 신호의 수신 시간 정보를 이용하여 거리를 계산하는 제어부를 포함하는 위치 측정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 송신기는 설치된 지점의 위치 정보 및 상기 제어부의 처리 속도로 인한 제1 신호 및 제2 신호 발생 시간의 오차 정보를 생성하여, 상기 생성된 오차 정보를 상기 수신기로 전송하고,
    상기 수신기는 상기 송신된 오차 정보를 이용하여 상기 송신기와의 거리값을 보정하는 위치 측정 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수신기는 상기 다수의 송신기에 대하여 위치 정보 및 고유의 식별 정보를 요청하는 메시지를 브로드캐스트하며,
    상기 다수의 송신기는 상기 수신기의 요청에 대응하여 위치 정보 및 고유 식별 정보를 전송하는 위치 측정 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수신기는
    상기 전송받은 다수의 송신기의 위치 정보와 고유 식별 정보를 이용하여 거리 계산을 위한 제1 신호 및 제2 신호를 전송할 순서를 스케줄링하여, 스케줄링 결과에 따라 각각의 송신기와의 거리 측정을 수행하는 위치 측정 시스템.
  8. 다수의 송신기가 설치된 공간 내에서 위치가 변동하는 호스트와 연결된 수신기의 위치 정보를 실시간으로 획득하는 방법에 있어서,
    상기 수신기가 스케줄링을 통하여 상기 다수의 송신기와의 통신 순서를 결정하는 단계;
    상기 스케줄링 단계에서 결정된 순서에 따라 순차적으로 상기 다수의 송신기로부터 전송 속도가 상이한 제1 신호 및 제2 신호를 수신하여, 상기 제1 신호 및 제2 신호의 도달 시간차 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 시간차 정보를 이용하여 상기 수신기와 상기 송신기 사이의 거리를 계산하는 단계를 포함하는 위치 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시간차 정보 생성 단계는
    상기 스케줄링 단계에서 결정된 순서에 해당하는 송신기에 제1 신호 및 제2 신호의 전송을 요청하는 메시지를 전송하는 단계;
    상기 메시지를 수신한 송신기가 송출한 제1 신호를 수신하여 타이머부를 초기화하는 단계;
    상기 메시지를 수신한 송신기가 송출한 제2 신호를 수신하여 타이머부를 중지시키고, 상기 제1 신호 및 제2 신호의 도달 시간차 정보를 생성하는 단계를 포함하는 위치 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스케줄링 결과에 따라서 다음 순서에 해당하는 송신기에 대하여, 제1 신호 및 제2 신호의 전송 요청 단계 내지 신호 전송의 중지를 요청하는 단계를 반복하여 수행하는 위치 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수신기가 상기 다수의 송신기에 위치 정보 및 고유 식별 정보를 요청하는 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 위치 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 호스트는 상기 거리 계산 단계에서 얻어진 송신기로부터의 거리값 정보 및 해당 송신기의 위치 정보를 상기 수신기로부터 전송받아 상기 수신기의 위치 정보를 생성하는 단계를 더 포함하는 위치 측정 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신기에 제1 신호 및 제2 신호의 전송을 요청하는 메시지를 전송하는 단계 이후에,
    상기 메시지의 전송과 동시에 타이머부를 초기화하고, 미리 설정된 시간 이내에 상기 송신기로부터 제1 신호가 수신되지 않은 경우, 상기 송신기로 신호 전송의 중지를 요청하는 메시지를 전송하는 단계; 및
    다음 스케줄링 순서에 해당하는 다른 송신기로 신호의 전송을 요청하는 단계를 더 포함하는 위치 측정 방법.
  14. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 신호를 수신하여 타이머를 초기화하는 단계 이후에,
    상기 제1 신호의 수신 후 미리 설정된 시간 이내에 제2 신호가 수신되지 않은 경우, 상기 송신기로 신호 전송의 중지를 요청하는 메시지를 전송하는 단계; 및
    다음 스케줄링 순서에 해당하는 다른 송신기로 신호의 전송을 요청하는 단계를 더 포함하는 위치 측정 방법.
  15. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 신호는 RF 신호이고, 상기 제2 신호는 초음파 신호인 위치 측정 방법.
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