KR20080050981A - 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법 - Google Patents

양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 무선 노드들간에 거리를 측정하는 방법으로 양방향 신호 송수신(round trip) 기법에 근거한 새로운 방법을 제시한다. 본 발명의 주된 목적은 양방향 기법에서 가장 큰 문제인 노드의 내부에서 발생하는 하드웨어적 지연을 보정하는 방법의 제시이며, 이를 통한 오차 없는 물리적 거리에 따른 신호의 송수신 지연 시간을 계산하는 것이다. 본 발명의 구성은 이동 노드와 기준 노드의 옆에 설치된 준 이동 노드와 준 기준 노드와 이들 준 이동 노드와 준 기준 노드에 도착한 신호의 시간을 측정하여 물리적 지연을 계산하는 알고리즘으로 나뉘어진다. 본 발명은 실내에서 두 센서 노드들간의 정밀한 거리 결정에 직접적으로 이용되기 때문에, 응용 분야는 실내 로봇 주행과 다양한 용도의 사물의 위치 결정이라 할 수 있다.
무선 센서 네트워크(Wireless sensor network), 거리 추정(Distance estimation), 실내 위치 인식 시스템(Indoor localization system), 양방향 통신(Round trip; two-way communication), 시간 지연(Time delay)

Description

양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법{Distance estimation method between two sensor nodes using round trip time delay}
본 발명은 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선 센서 네트워크 환경에서 두 센서 노드들 간의 무선 전파 송수신이 있을 경우 이들 전파의 노드 내부에서 발생하는 지연 시간을 측정하는 방법을 제시하여 실제 물리적 거리에서 발생한 지연 시간만을 측정하여 이동 시간을 계산하는 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로 부터 도출된 것이다[과제관리번호:2005-S-092-02, 과제명:USN 기반 Ubiquitous Robotic Space 기술 개발].
실제 전파가 송신되어 수신될 때 걸리는 시간은 센서 노드 내부의 하드웨어적 지연(delay), 신호 처리 지연, 데이터 링크 지연, 실제 물리적 이동에 의한 시 간 지연 등을 포함한다. 따라서 실제 물리적 거리의 이동에 의한 전파의 송수신 시간을 측정하기 위해서는 하드웨어적 지연(delay), 신호 처리 지연, 데이터 링크 지연 등의 센서 노드 내부에서 발생하는 지연 시간을 보정해야 한다.
이렇게 측정된 물리적 지연 시간은 두 노드간의 거리 계산에 이용될 수 있기 때문에, 실내나 무선 센서 노드가 설치되어 있는 곳에서 사물의 위치를 결정할 수 있도록 직접적으로 이용될 수 있다. 따라서 본 발명이 속하는 배경기술은 무선 센서 네트워크, 사물의 위치 측정, 신호 처리 등이라 할 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 양방향 (Round trip) 전파 송수신에 의한 신호의 전파 시간을 계산하는 방법을 제시하고자 하며, 따라서 세부적인 기술은 Round-Trip Time(RTT)을 사용한 거리의 측정이라고 할 수 있다. 관련된 논문으로 McCrady, D. D; Doyle, L.; Forstrom, H.; Dempsey, T.; Martorana, M, “Mobile Ranging Using Low Accuracy Clocks”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 48, No. 6, June 2000, pp.951-958 은 RTT관련 기술을 소개하고 있으나, 본 발명에서 제시하는 두 센서를 근거리에 위치시켜서 센서 노드 내부에서 발생하는 내부 지연 시간을 보정하는 방법은 제시하고 있지 않다.
한편, 무선 센서 네트워크를 이용한 사물의 위치 측정에는 삼각측량법(Triangulation)이 많이 이용된다. 삼각측량법을 이용한 위치 측정 시스템에서는 위치를 측정하는 방법으로써 신호의 도착시간 방법(Time Of Arrival)이나 혹은 도착 시간의 차이 기법(Time Difference Of Arrival)을 많이 사용하고 있다. 하지만 TOA, TDOA는 뛰어난 성능을 보여주는 방법이기는 하지만 이동 노드(mobile node) 와, 또는 기준 노드(reference node)들 사이의 시각 동기화(time synchronization)라는 매우 해결하기 어려운 문제점을 가지고 있다. 이러한 시각 동기화의 난제를 해결하기 위한 방법으로서 전술한 논문에 기재된 바와 같은 시각 동기화가 불필요한 양방향 통신에 의한 전파 시각의 출발 및 되돌아 온 시각의 차이를 이용한 Round-Trip Time(RTT)을 사용한 방법이 대안으로서 이용된다.
하지만 기존의 위치 측정 시스템에서 거리를 측정할 때 RTT을 폭넓게 사용하지 못했던 까닭은 RTT를 측정하기 위해서 이동노드와 기준노드가 패킷(packet)을 주고 받는 시간을 측정할 때 시스템 내부에서 큰 시간 지연이 발생하기 때문이다. 즉, 하드웨어 및 소프트웨어적인 시간 지연을 정확히 측정하기 어렵기 때문에 순수하게 신호의 공간 전파에 의하여 발생한 시간 지연을 측정할 수 없었다. 시스템 내부의 지연은 하드웨어 통과 시간, 신호 처리 시간, 안테나 송수신 시간, 데이터 링크 시간 등을 포함하는 것으로 이 시스템 내부 지연 시간을 계산하는 것은 현실적으로 가능하지 않을뿐더러 이를 측정할 마땅한 장비가 존재하지 않는다는 문제점이 있다.
한편, 선행 특허인 미국특허번호 제7054226호에서는 음파의 발신 후 반사되어 오는 음파 신호의 총 지연 시간을 이용하여 거리를 측정하는 방법을 제시하고 있으나, 무선 센서 네트워크를 이용한 거리 측정 개념은 제시하지 않았다. 따라서 무선 센서 네트워크 환경의 양방향 (Round trip, or two-way communication) 통신 과정에서 발생하는 센서 노드의 내부 지연 시간을 보정한 두 센서 노드간의 물리적 거리 측정 방법을 통해 보다 정확한 거리 측정을 할 필요성이 있다.
본 발명은 전술한 필요성을 충족시키고, 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은, 무선 센서 네트워크 환경의 양방향 (Round trip, or two-way communication) 통신 과정에서 발생하는 센서 노드의 내부 지연 시간을 보정한 기준 노드와 이동 노드간의 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법을 제공하는 데에 있는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법은, 기준노드와 이동노드로 구성되어 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법으로서, 제1 준기준노드를 이동노드와 인접하게 설치하는 설치단계와, 기준노드가 이동노드와 제1 준기준노드에 각각 패킷을 전송하는 제1 전송단계와, 이동노드가 수신한 패킷에 대하여 응답하여 확인 신호를 기준노드 및 제1 준기준노드로 전송하는 제2 전송단계와, 물리적 거리에 의한 지연시간을 나타내는 eRTT값을 구하는 계산단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법은, 기준노드와 이동노드로 구성되어 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법으로서, 제2 준기준노드를 기준노드와 인접하게 설치하는 설치단계와, 기준노드가 이동노드와 제2 준기준노드에 각각 패킷을 전송하는 제1 전송단계와, 이동노 드는 수신한 패킷에 대하여 응답하여 확인 신호를 기준노드 및 제2 준기준노드로 전송하는 제2 전송단계와, 물리적 거리에 의한 지연시간을 나타내는 eRTT값을 구하는 계산단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법은, 기준노드와 이동노드로 구성되어 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법으로서, 제1 준기준노드를 이동노드와 인접하게 설치하고, 제2 준기준노드를 기준노드와 인접하게 설치하는 설치단계와, 내부 지연의 제거는 기준노드가 이동노드, 제1 준기준노드 및 제2 준기준노드에 각각 패킷을 전송하는 제1 전송단계와, 이동노드는 수신한 패킷에 대하여 응답하여 확인 신호를 기준노드, 제1 준기준노드 및 제2 준기준노드로 전송하는 제2 전송단계와, 물리적 거리에 의한 지연시간을 나타내는 eRTT값을 구하는 계산단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 2개의 준기준노드를 설치하여 전파의 양방향 통신에 의한 두 노드들 사이의 실제 물리적 거리를 측정하여 실내에서 노드들 사이의 거리 측정에 직접적으로 이용될 수 있으며 노드의 하드웨어적인 내부 지연 시간을 정확히 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 실내 공간이나 무선 센서 네트워크의 전파를 이용한 사물의 위치 인식에 로봇 항법, 사무 자동화, 건설, 무선 통신 서비스 등에서 폭넓게 이용될 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기준노드와 이동 노드 사이에서 데이터를 송수신하는 하는 과정을 설명하기 위한 장치 구성도이다.
도 1을 참조하여 보면, 먼저 좌측의 노드인 N1을 기준노드(reference node)로 설정하고, 우측의 노드인 N2를 이동노드(mobile node)로 설명하며 두 노드 사이의 거리는 d 이고, 이 거리를 이동하는데 걸리는 시간은 ΔTD = ΔTD′라고 설정한다.
기준노드(N1)에서는 시간 T1에 전파를 송신하고, 이동노드(N2)는 이 전파 신호를 시간 T2에 수신하여 시각을 기록한 후, T3에 다시 확인 신호(Acknowledgement signal)를 보내어 시각 T4에 기준노드(N1)가 확인 신호를 수신한다. 이 과정에서 기준노드(N1)의 내부에서 소요되는 지연 시간은 각각 ΔTR과 ΔTR′로 나타내고, 이동노드(N2)의 내부에서 소요되는 지연 시간은 각각 ΔTM, T3-T2와 ΔTM′으로 표현된다.
물리적 거리에 의한 지연시간(RTT)을 사용하여 기준노드(N1)에서 이동노드(N2)까지의 거리를 측정하고자 할 때 기준노드(N1)가 얻는 시간 표식 은(timestamp) T1과 T4이다. 그러면 노드 내부에서 발생한 시간 지연을 포함한 전체 시간 지연인 RTT′를 다음의 수학식 1로 나타내고 물리적 거리에 의한 지연시간을 RTT로 나타낼 때, RTT′및 RTT 를 나타내는 수학식 1 및 수학식 2는 각각 다음과 같이 나타낸다.
RTT’ = T4-T1
RTT = ΔTD + ΔTD′
그러면, 노드 내부의 지연을 포함하여 계산된 거리인 d’와 물리적 거리 d는 다음의 수학식 3 및 수학식 4에 각각 다음과 같이 나타낼 수 있다.
d′= c·RTT′/2
d = c·RTT/2
여기서, 수학식 3 및 수학식 4에 표시된 c값은 빛의 속도를 나타낸다. 하지만 수학식 1에서 구한 RTT′값은 신호가 실제 두 노드 사이의 거리를 이동하는데 걸린 시간인 RTT와는 큰 차이가 있다. 바로 각 노드의 시스템에서 패킷(packet)을 보낸 시각과 실제로 안테나에서 신호가 보내진 시각, 시스템에서 패킷을 받는 시각과 안테나에서 신호를 받은 시각 사이에 각각 지연(delay)이 존재하기 때문이다.
도 1에서는 이들 각각 기준노드(N1) 및 이동노드(N2)의 내부 지연이 각각 ΔTR, ΔTR′와 ΔTM, T3-T2, ΔTM′로 나타내어져 있고, 이 내부 지연 시각들이 신호가 오가는 시간(ΔTD, ΔTD′)보다 일반적으로 실내에서는 훨씬 크기 때문에 시간 지연을 포함하는 측정 거리 d′의 정확도가 매우 낮아지게 된다.
즉, 전체 시간 지연이 T4 - T1 = ΔTR + ΔTD + ΔTM + T3 - T2 + ΔTM′+ ΔTD′+ ΔTR′으로 표시할 수 있으며, 일반적으로 내부 지연이 물리적 거리에 의한 지연시간보다 훨씬 크게 된다. 이를 수학식 형태로 표현하면 ΔTR + ΔTR′+ ΔTM + T3 - T2 + ΔTM′>> ΔTD +ΔTD′의 관계로 표시할 수 있다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기준노드, 이동노드 및 이동노드에 근접하여 설치된 준기준노드의 구성을 나타낸 장치 구성도이다.
도 2를 참조하여 보면, 위치 측정 대상인 이동 노드(N2)에서 발생하는 내부 지연을 정확히 측정하기 위해 내부지연 측정을 담당하는 노드인 제1 준기준노드(semi-reference node)를 추가하여 구성하였다. 편의상 이동노드(N2)에 근접하여 설치된 추가된 노드를 제1 준기준노드(N3)라 칭한다. 이때 제1 준기준노드(N3)는 측정하는 기준노드(N1)와 비교해서 이동노드(N2)에 매우 가깝게 위치하도록 한다.
이때, 도 2에서 보여지듯이, 기준노드(N1)가 보낸 패킷은 이동노드(N2)와 제 1 준기준노드(N3)에 각각 전달될 것이고, 이동노드(N2)와 제1 준기준노드(N3)는 상호 상당히 가까운 곳에 위치하고 있으므로 전달되는데 걸리는 시간은 거의 같다고 가정한다. 따라서, 도 2로부터 다음과 같은 기준노드(N1)와 제1 준기준노드(N3) 간의 거리차이가 없다는 가정에 따라 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007058555953-PAT00001
d d″
여기서, d″는 기준노드(N1)와 제1 준기준노드(N3) 간의 순수한 물리적 거리이다. 따라서, 이동노드(N2)와 제1 준기준노드(N3) 간에는 거리차이가 거의 없으므로, 기준노드(N1)로부터 이동노드(N2)와 준기준노드(N3)간에 패킷을 전달하는 데 걸리는 시간도 거의 같다고 가정하면, 수학식 6과 같이 표현하여 나타낼 수 있다.
Figure 112007058555953-PAT00002
ΔTD ΔTD″
여기서, ΔTD″는 기준노드(N1)로부터 제1 준기준노드(N3)로 패킷이 이동하는데 걸리는 시간을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이동노드에서 준기준노드로 전파를 전달하는 상태를 도시한 장치 구성도이다.
위와 같은 수학식 5 및 수학식 6의 가정하에 이동노드(N2)는 수신한 패킷에 대하여 응답하여 확인 신호(Acknowledgement signal)를 보낸다. 이때, 이동노드(N2)에서 전송되는 확인 신호는 기준노드(N1) 및 제1 준기준노드(N3)로 모두 전송된다. 이때, 이동노드(N2)로부터 제1 준기준노드(N3)로 전송되는 데에 걸리는 시간을 ΔTMSR1로 정의하기로 하며, 제1 준기준노드(N3) 내부에서의 시간 지연을 ΔTM으로 정의하기로 한다.
한편, 기준노드(N1), 이동노드(N2)와 제1 준기준노드(N3)에서의 내부 지연 중 하드웨어에서 발생하는 지연(ΔTR, ΔTR′, ΔTM, ΔTM′, ΔTSR1, ΔTSR1′)의 분산을 살펴보면, 노드에서 신호가 무선 장비를 통과할 때 발생하는 지연의 분산은 랜덤 변수들의 합, 또는 각각 지연의 합으로 이루어지는 가우시안 랜덤 변수(Gaussian Random Variables)이며, 수학식으로 나타내면 다음의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
σRTT 2 = σRN 2 + σMN 2
수학식 7에서 σRTT 2, σRN 2, σMN 2은 각각 RTT의 지연의 분산, 기준노드(N1)의 내부 지연(T1)의 분산, 이동노드(N2)의 내부 지연(T3)의 분산을 나타낸다.
한편, 참고 문헌 (McCrady, D. D; Doyle, L.; Forstrom, H.; Dempsey, T.; Martorana, M, "Mobile Ranging Using Low Accuracy Clocks", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 48, No. 6, June 2000, pp.951-958)에 소개되어 있듯이 실험을 통해 얻은 실제 이들의 분산값은 다음과 같이 무시할 정도로 매우 미소하다는 것을 알 수 있다.
σRN 2 = 0.3675ⅹ10-18 seconds
σMN 2 = 0.3675ⅹ10-18 + σcf 2 (σcf 2 = 0.25ⅹ10-18) seconds
σRTT = ±0.9ns
따라서 본 발명에서 가정하는 노드 내부 지연 중 하드웨어에서 발생하는 지연은 거의 고정되어 있다고 가정하는 것은 타당하다고 할 수 있다. 이러한 가정 하에 이동 노드의 내부 지연 시간을 다음과 같은 방법으로 추측할 수 있다. 제1 준기준노드(N3)는 기준노드(N1)으로부터 T5 시간에 전파를 수신받고, 이 시간을 기록한 후, 다시 제1 준기준노드(N3)가 이동노드(N2)로부터 전파를 T6 시간에 수신한다. 따라서, 이동노드(N2)의 내부지연을 나타내는 eDelayMob은 T6 - T5를으로 표시할 수 있다. 한편, eDelayMob을 T6 - T5라고 정의할 때, 우리는 다음과 같은 관계식들을 얻을 수 있다.
eDelayMob = T3 + ΔTM′+ ΔTMSR1 + ΔTSR1′- (T1 + ΔTR + ΔTD″+ ΔTSR1)
= T3 + ΔTM′+ ΔTMSR1- (T1 + ΔTR + ΔTD″)
여기서, 우리는 추측해낸 eDelayMob를 이용하여 우리는 더 실제에 가까운 RTT 값을 계산하고자 한다. 한편, 더 실제에 가까운 RTT값을 eRTT로 정의하기로 한다. 이때 이동노드(N2)는 거의 이동하지 않고 기준노드(N1)에서 발생하는 내부 지연은 거의 일정하다고 가정하였다. 즉, ΔTM
Figure 112007058555953-PAT00003
ΔTM′, ΔTR
Figure 112007058555953-PAT00004
ΔTR′, ΔTMSR1
Figure 112007058555953-PAT00005
0 (또는 두 노드(이동노드(N2)와 준기준노드(N3)) 사이의 거리에서 직접 값을 얻어낼 수도 있다). 이러한 경우 더 실제에 가까운 물리적 거리에 의한 지연시간을 나타내는 eRTT값을 다음의 수학식 9와 같이 표현할 수 있다.
eRTT = T4 - T1 - eDelayMob
= T3 + ΔTM′+ ΔTD′+ ΔTR′- T1 - T3 - ΔTM′- ΔTMSR1 + T1 + ΔTR + ΔTD″
= ΔTD′+ ΔTD″+ ΔTR′+ ΔTR - ΔTMSR1
Figure 112007058555953-PAT00006
2ㆍΔTD + 2ㆍΔTR
따라서, eDelayMob를 사용함으로써 이동노드(N2)에서 발생하는 내부 지연(ΔTM, T3 - T2, ΔTM′)을 제거할 수 있음을 볼 수 있다. 이어서 아직 남아있는 기준노드(N1)에서 발생하는 지연을 나타내는 2ㆍΔTR를 제거하기 위해 기준노드(N1)측에도 준기준노드(N4)를 추가해줄 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 기준노드 옆에 또 다른 준기준노드를 설치하고 기준노드로부터 발생한 전파를 수신하는 상태를 나타낸 장치 구성도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 기준노드 옆에 또 다른 준기준노드를 설치하고 이동노드로부터 발생한 전파를 수신하는 상태를 나타낸 장치 구성도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 보면, 도 4와 도 5는 각각의 2개의 준기준노드(N3, N4)가 기준노드(N1)와 이동노드(N2)에 각각 근접하여 설치된 모습을 보여준다. 여기서, 이동노드(N2)에 근접하여 설치된 준기준노드(N3)를 제1 준기준노드로 칭하며, 기준노드(N1)에 근접하여 설치된 준기준노드(N4)를 제2 준기준노드로 칭하기로 한다.
이때, 기준노드(N1)에서 발생하는 내부 지연을 eDelayRef라 하면, eDelayRef는 다음의 수학식 10으로 나타낼 수 있다.
eDelayRef = T4 - T1 - (T8 - T7)
그렇다면 ΔTD
Figure 112007058555953-PAT00007
ΔTD′
Figure 112007058555953-PAT00008
ΔTD″
Figure 112007058555953-PAT00009
ΔTD″′, ΔTSR1
Figure 112007058555953-PAT00010
ΔTSR1′, ΔTMS R1
Figure 112007058555953-PAT00011
ΔTMSR2 = 0 , ΔTSR2 =ΔTSR2′(또는 두 node 사이의 거리에서 직접 값을 얻어 낼 수도 있다)의 조건하에 우리는 최종적으로 기준 노드와 이동 노드에서의 내부 지연을 제거한 eRTT를 다음의 수학식 11에서 다음과 같은 계산식을 통해 구할 수 있다.
eRTT = T4 - T1 - eDelayMob - eDelayRef
= T4 - T1 - ( T6 - T5 ) - ( T4 - T1 - T8 + T7 )
= T5 - T6 + T8 - T7
= T1 + ΔTR +ΔTD″+ ΔTSR1 - (T3 + ΔTM′+ ΔTMSR1 +ΔTSR1′) + T3 + ΔTM′ +ΔTD″′+ΔTSR2′- ( T1 + ΔTR + ΔTMSR2 +ΔTSR2 )
= ΔTD″+ ΔTSR1 - ΔTMSR1 - ΔTSR1′+ ΔTD″′+ ΔTSR2′- ΔTMSR2 - ΔTSR2
Figure 112007058555953-PAT00012
ΔTD″- ΔTMSR1 + ΔTD″′- ΔTMSR2
Figure 112007058555953-PAT00013
ΔTD′+ ΔTD″′
Figure 112007058555953-PAT00014
2ㆍΔTD
결국 우리는 위와 같이 eDelayMob와 eDelayRef를 이용함으로써 더 정확하게 RTT 값을 구해낼 수 있음을 알 수 있다. 즉, 제1 준기준노드(N3)와 제2 준기준노 드(N4)를 설치하여 더 정확한 RTT값을 구할 수 있음을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제1 준기준노드를 설치한 이후의 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 과정을 나타낸 순서도이다.
거리 측정시에 이동노드(N2)에서 발생하는 내부 지연을 제거하도록 제1 준기준노드(N3)를 이동노드(N2)와 인접하게 설치한다(S202).
상기 이동노드(N2)에서 발생하는 내부 지연을 제거하기 위하여 상기 기준노드(N1)가 상기 이동노드(N2)와 상기 제1 준기준노드(N3)에 각각 패킷을 전송한다(S204).
상기 이동노드(N2)는 수신한 패킷에 대하여 응답하여 확인 신호를 상기 기준노드(N1) 및 상기 제1 준기준노드(N3)로 모두 전송한다(S206).
실제에 가까운 물리적 거리에 의한 지연시간을 나타내는 eRTT값을 ΔTD와 ΔTR값을 이용하여 수학식 9를 통해 eRTT값을 구한다(S208).
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 제2 준기준노드를 설치한 이후의 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 과정을 나타낸 순서도이다.
거리 측정시에 기준노드(N2)에서 발생하는 내부 지연을 제거하도록 제2 준기준노드(N4)를 기준노드(N1)와 인접하게 설치한다(S302).
상기 기준노드(N1)에서 발생하는 내부 지연을 제거하기 위하여 상기 기준노드(N1)가 상기 이동노드(N2)와 상기 제2 준기준노드(N4)에 각각 패킷을 전송한다(S304).
상기 이동노드(N2)는 수신한 패킷에 대하여 응답하여 확인 신호를 상기 기준노드(N1) 및 상기 제2 준기준노드(N4)로 모두 전송한다(S306).
실제에 가까운 물리적 거리에 의한 지연시간을 나타내는 eRTT값을 ΔTD와 ΔTM값을 이용하여 eRTT값을 구한다(S308).
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 제1 준기준노드 및 제2 준기준노드를 설치한 이후의 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 과정을 나타낸 순서도이다.
거리 측정시에 이동노드(N2)에서 발생하는 내부 지연 및 기준노드(N2)에서 발생하는 내부 지연을 제거하도록 제1 준기준노드(N3)를 이동노드(N2)와 인접하게 설치하고, 제2 준기준노드(N4)를 기준노드(N1)와 인접하게 설치한다(S402).
상기 내부 지연의 제거하기 위해 상기 기준노드(N1)가 상기 이동노드(N2), 상기 제1 준기준노드(N3) 및 상기 제2 준기준노드(N4)에 각각 패킷을 전송한다(S404).
상기 이동노드(N2)는 수신한 패킷에 대하여 응답하여 확인 신호를 상기 기준노드(N1), 상기 제1 준기준노드(N3) 및 상기 제2 준기준노드(N4)로 전송한다(S406).
실제에 가까운 물리적 거리에 의한 지연시간을 나타내는 eRTT값을 기준노드(N1)와 이동노드(N2)를 전파가 이동하는 데 걸리는 시간인 ΔTD값을 이용하여 상기 수학식 11을 이용하여 구한다(S408).
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기준노드와 이동 노드 사이에서 데이터를 송수신하는 하는 과정을 설명하기 위한 장치 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기준노드, 이동노드 및 이동노드에 근접하여 설치된 준기준노드의 구성을 나타낸 장치 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이동노드에서 준기준노드로 전파를 전달하는 상태를 도시한 장치 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 기준노드 옆에 또 다른 준기준노드를 설치하고 기준노드로부터 발생한 전파를 수신하는 상태를 나타낸 장치 구성도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 기준노드 옆에 또 다른 준기준노드를 설치하고 이동노드로부터 발생한 전파를 수신하는 상태를 나타낸 장치 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제1 준기준노드를 설치한 이후의 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 과정을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 제2 준기준노드를 설치한 이후의 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 과정을 나타낸 순서도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 제1 준기준노드 및 제2 준기준노드를 설치한 이후의 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 과정을 나타낸 순서도.

Claims (6)

  1. 기준노드와 이동노드로 구성되어 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법으로서,
    제1 준기준노드를 상기 이동노드와 인접하게 설치하는 설치단계와;
    상기 기준노드가 상기 이동노드와 상기 제1 준기준노드에 각각 패킷을 전송하는 제1 전송단계와;
    상기 이동노드가 수신한 패킷에 대하여 응답하여 확인 신호를 상기 기준노드 및 상기 제1 준기준노드로 전송하는 제2 전송단계와;
    상기 제1 준기준노드가 상기 기준노드로부터 전파를 수신받은 시간에서 상기 제1 준기준노드가 상기 이동노드로부터 전파를 수신받은 시간을 감산하여 상기 이동노드에서 발생한 내부 지연시간을 제거하고 물리적 거리에 대한 지연시간을 구하는 계산단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동노드에서의 내부 지연시간이 제거된 상기 물리적 거리에 대한 지연시간을 나타내는 eRTT값은,
    eRTT
    Figure 112007058555953-PAT00015
    2ㆍΔTD + 2ㆍΔTR
    의 근사식으로 구하며, 상기 ΔTD 는 기준노드와 상기 이동노드 사이의 거리를 이동하는데 걸리는 시간이며, ΔTR은 상기 기준노드의 내부에서 소요되는 지연 을 나타내는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법.
  3. 기준노드와 이동노드로 구성되어 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법으로서,
    제2 준기준노드를 기준노드와 인접하게 설치하는 설치단계와;
    상기 기준노드가 상기 이동노드와 상기 제2 준기준노드에 각각 패킷을 전송하는 제1 전송단계와;
    상기 이동노드는 수신한 패킷에 대하여 응답하여 확인 신호를 상기 기준노드 및 상기 제2 준기준노드로 전송하는 제2 전송단계와;
    상기 기준노드가 상기 이동노드로 전파를 송신한 시간을 상기 기준노드가 상기 이동노드로부터 확인신호를 수신한 시간으로부터 감산하고, 상기 제2 준기준노드가 상기 이동노드로부터 전파를 수신받은 시간을 감산하며, 상기 제2 준기준노드가 상기 기준노드로부터 전파를 수신받은 시간을 가산하여 상기 기준노드에서 발생한 내부 지연시간을 제거하고 물리적 거리에 대한 지연시간을 구하는 계산단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기준노드에서의 내부 지연시간이 제거된 상기 물리적 거리에 대한 지연시간을 나타내는 eRTT값은,
    eRTT
    Figure 112007058555953-PAT00016
    2ㆍΔTD + 2ㆍΔTM
    의 근사식으로 구하며, 상기 ΔTD 는 기준노드와 상기 이동노드 사이의 거리를 이동하는데 걸리는 시간이며, ΔTM은 상기 이동노드의 내부에서 소요되는 지연 을 나타내는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법.
  5. 기준노드와 이동노드로 구성되어 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법으로서,
    제1 준기준노드를 이동노드와 인접하게 설치하고, 상기 제2 준기준노드를 기준노드와 인접하게 설치하는 설치단계와;
    상기 내부지연의 제거는 상기 기준노드가 상기 이동노드, 상기 제1 준기준노 드 및 상기 제2 준기준노드에 각각 패킷을 전송하는 제1 전송단계와;
    상기 이동노드는 수신한 패킷에 대하여 응답하여 확인 신호를 상기 기준노드, 상기 제1 준기준노드 및 상기 제2 준기준노드로 전송하는 제2 전송단계와;
    상기 기준노드가 상기 이동노드로 전파를 송신한 시간을 상기 기준노드가 상기 이동노드로부터 확인신호를 수신한 시간으로부터 감산한 결과값으로부터 상기 제1 준기준노드가 상기 기준노드로부터 전파를 수신받은 시간에서 상기 제1 준기준노드가 상기 이동노드로부터 전파를 수신받은 시간을 감산한 결과값을 감산하고, 상기 기준노드가 상기 이동노드로 전파를 송신한 시간을 상기 기준노드가 상기 이동노드로부터 확인신호를 수신한 시간으로부터 감산하고, 상기 제2 준기준노드가 상기 이동노드로부터 전파를 수신받은 시간을 감산하며, 상기 제2 준기준노드가 상기 기준노드로부터 전파를 수신받은 시간을 가산한 결과값을 감산하여 물리적 거리에 의한 지연을 나타내는 eRTT값을 구하는 계산단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기준노드 및 이동노드에서의 내부 지연시간이 제거된 상기 물리적 거리에 대한 지연시간을 나타내는 eRTT값은,
    eRTT
    Figure 112007058555953-PAT00017
    2ㆍΔTD
    의 근사식으로 구하며, 상기 ΔTD 는 기준노드와 상기 이동노드 사이의 거리를 이동하는데 걸리는 시간을 나타내는 것을 특징으로 하는 양방향 무선 전파 이동 시간을 이용한 거리 측정 방법.
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