KR20090008791A - 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법 및 그를위한 측위 서버 - Google Patents

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본 발명은 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법 및 그를 위한 측위 서버에 관한 것이다.
본 발명은 측위 서버가 이동단말기의 위치를 추정하기 위한 방법에 있어서, (a) 위치를 추정하고자 하는 곳에서 측정된 제 1 PPM으로부터 비교에 필요한 규격(Standard)화된 데이터인 제 1 PPMS을 추출하는 제 1 PPMS 추출 단계; (b) pCell DB에 저장된 전체 pCell 군(Group)으로부터 상기 제 1 PPM 상의 네트워크 ID와 동일한 제 2 pCell을 선택하여 제 2 pCell 군을 생성하고, 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell마다 기 기록된 제 2 PPM으로부터 비교에 필요한 규격화된 데이터인 제 2 PPMS을 추출하는 제 2 PPMS 추출 단계; (c) 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell마다 추출된 해당 제 2 PPMS와 상기 위치를 추정하고자 하는 곳에서의 상기 제 1 PPMS 간의 유사도를 계산하는 유사도 계산 단계; (d) 상기 유사도와 임계값을 이용하여, 상기 제 2 pCell 군으로부터 임계조건을 만족하는 후보 pCell을 검출하여 후보 pCell 군을 생성하는 후보 pCell군 생성 단계; 및 (e) 상기 후보 pCell 군에 속한 후보 pCell들의 위치정보와 유사도로부터 가중 평균을 이용하여 최종위치를 추정하는 위치 추정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법 및 그를 위한 측위 서버에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 측위 정확도를 저하할 수 있는 일시적인 전파왜곡 상황에 서도, 측위 서버 내 기 기록된 위치정보 및 새롭게 정의하여 구한 유사도가 포함된 복수의 측위 관련 정보를 이용하여 (가중)평균을 구함으로써, 이동단말기의 위치를 추정하는 수학적인 모델을 제공하며, 동시에 측위 정확도의 향상을 제공해주는 효과가 있다.
이동단말기, 측위, pCell, 유사도, 가중평균

Description

가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법 및 그를 위한 측위 서버 {Method and Server for Determinating Mobile Terminal Position using Waighted Average Algorithm}
본 발명은 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법 및 그를 위한 측위 서버에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 측위 서버는 위치기반서비스 대상 지역의 전체 pCell 군으로부터 위치를 추정하고자하는 곳의 네트워크 ID와 동일한 pCell 그룹인 제 2 pCell 군을 생성하고, 이러한 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell들과 위치를 추정하고자 하는 곳 간의 위치적인 유사도를 구하고, 이렇게 구한 유사도가 임계값 이상인 제 2 pCell들을 검출하여 후보 pCell 군을 생성하고, 이렇게 생성된 후보 pCell군에 속한 후보 pCell들의 유사도와 위치정보를 변수로 하여 가중평균을 구함으로써 이동단말기의 위치를 추정함으로써, 측위 정확도를 저하할 수 있는 일시적인 전파왜곡 상황에서도, 측위 서버 내 기 기록된 위치정보 및 새롭게 정의하여 구한 유사도가 포함된 복수의 측위 관련 정보를 이용하여 (가중)평균을 구함으로써, 일시적인 측위 정확도 저하 요인에 영향을 덜 받게 되어 측위 정확도를 향상시키는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법 및 그를 위한 측위 서버에 관한 것이다.
본 발명은 이동통신 시스템에 제공하는 위치기반 서비스(Location Based Services: LBS)제공하기 위한 측위 기술의 한 카테고리인 네트워크 기반 측위(Network Based Positioning) 기술에 관한 것으로서, 위치 기반 서비스 제공을 위한 측위 기술은 이동단말기의 위치를 측정하기 위하여 이동통신망의 기지국 셀 반경인 전파환경을 이용하여 소프트웨어적으로 위치를 확인하는 네트워크 기반(Network Based) 방식과 이동단말기 내에 장착된 GPS(Global Positioning System) 수신기를 이용한 핸드셋 기반(Handset Based)방식, 그리고 이들 두 가지 방식을 혼합한 혼합(Hybrid)방식으로 분류된다.
핸드셋 기반 방식으로는 A-GPS방식과 E-OTD방식이 있으며, A-GPS방식은 TDMA 무선접속방식을 사용하는 유럽의 GSM 기반 망과 CDMA 무선접속방식을 사용하는 IS-95 기반 망 기술에서 모두 사용가능한 방식이다. CDMA무선접속방식에서는 GPS수신기를 내장한 이동단말기와 CDMA망 내의 측위 서버 간에 IS-801인터페이스를 통한 메시지 송수신으로 단말기의 위치를 결정한다. 이때에 GPS 위성에서 수신되는 신호는 4개 이상의 위성신호가 수신됨으로써 위치 결정이 매우 정확하다. A-GPS는 이동단말기에서 수신한 위성신호를 전송받아서 위치를 계산하는 측위 서버와 이동통신망 내의 기지국 정보에 의한 계산을 가공 또는 다른 시스템으로 연계하는 위치정보 센터(Mobile Positioning Center: MPC)로 구성된다.
E-OTD(Enhanced Observed Time Differenec)방식은 TDMA 무선 접속 규격을 사용하는 유럽의 TDMA기반 GSM방식의 GSM표준위원회에서 LCS Release 98/99를 통해 포준화되었다. 이동단말기가 3개 이상의 기지국에서 수신된 신호를 상대적인 도착시간과 거리의 차를 계산하여 위치를 결정한다. E-OTD 방식은 OTD, RTD(Real Time Differenec), GTD(Geometric Time Difference) 방식을 조합하여 사용한다. OTD 방식은 기지국에서 단말기까지의 두 기지국으로부터 신호도착시간을 계산하고, RTD 방식은 두 기지국에서 신호 송신시간의 차를 계산한다. 또한 GTD 방식은 기지국과 이동단말기까지의 거리를 계산하여 두 기지국의 거리 차를 계산한다.
종래의 네트워크 기반 측위 기술은 이동단말기와 측위 서버와의 약속된 프로토콜(IS-801, RRLP, RRC 등)에 의해 이동단말기에서 측정한 데이터(PPM, OTD 등)를 측위 서버에 전달하고, 이러한 데이터(PPM, OTD 등)를 이용하여 측위 서버에서 해당 이동단말기의 위치측정 기능을 수행한다. 측위 서버는 네트워크 방식의 위치측정을 수행하여 그 결과를 측위 서비스를 요청한 대상(MPC, Content Provider, 혹은 이동단말기 등)에게 전송해준다.
이러한 종래의 네트워크 기반 측위 기술은 기지국 반경 셀을 이용한 셀ID 방식, 이동단말기에서 보내는 신호를 기지국에서 수신하면서 방향각(Line Of Bearing: LOB)을 계산하여 위치를 계산하는 AOA(Angle Of Arrival) 방식, 3개 이상의 기지국간에서 발사한 전파의 도착시간으로 이동단말기에서 위치를 계산하는 TOA(Time Of Arrival) 방식, 그리고 이동단말기에서 3개의 기지국으로부터 수신한 파일롯(pilot) 신호의 도착시간 차이를 측정하여 기지국간의 거리차를 계산하여 얻어진 2개의 쌍곡선(hyperbola)이 교차하는 지점을 이동단말기의 위치를 결정하는 TDOA(Time Difference Of Arrival) 방식 등이 있다.
하지만, 단 한차례 측정된 각도나 시간을 이용하여 측위를 수행하는 이러한 종래의 네트워크 기반 측위 기술은 서울과 같이 광중계기가 많은 지역이나 전파왜곡이 심한 지역에서의 일시적인 측위 정확도 저하요인에 크게 영향을 받게 되어 측위 정확도가 현저하게 떨어지는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 종래의 선행기술에서 파일롯 셀 데이터베이스를 이용한 네트워크 기반 측위 방법이 제안되어 서비스되고 있다. 이러한 파일롯 셀 데이터베이스를 이용한 네트워크 기반 측위 방법에서는 위치측정 서비스 대상 지역을 정해진 크기의 격자 단위로 분할하여 격자마다 고유정보를 갖는 ID를 부여하고, 각 격자를 "파일럿 셀(pilot Cell: pCell, 이하 "pCell"이라 칭함)"이라고 정의하였다. 여기서 pCell의 고유정보는 각 격자의 중심점 위경도 데이터, 사방 꼭지점 위경도 데이터가 될 수 있다. 여기서 격자의 크기는 요구되는 측위 정확도 사양에 따라 서비스 대상 지역을 예컨대 100×100m, 50×50m, 25×25m등으로 분할할 수 있다. 이러한 pCell의 고유정보를 "파일럿 셀 데이터베이스(pCell Database: pCell DB, 이하 "pCell DB"라 칭함)"로 구축하여 이동단말기 측위 시 이용하는 것이 파일롯 셀 데이터베이스(pCell DB)를 이용한 네트워크 기반 측위 방법이다.
이러한 종래 기술인 파일롯 셀 데이터베이스를 이용한 네트워크 기반 측위 방법은 이동단말기 위치를 측정하는 방법만을 제시하고 있지, 위치 계산시 pCell DB에 있는 정보들을 어떻게 이용하여 계산할 것인가에 대한 정확한 수학적인 모델은 제시하지 못하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 측위 정확도를 저하할 수 있는 일시적인 전파왜곡 상황에서도, 측위 서버 내 기 기록된 위치정보 및 새롭게 정의하여 구한 유사도가 포함된 복수의 측위 관련 정보를 이용하여 (가중)평균을 구함으로써, 이동단말기의 위치를 추정하는 수학적인 모델을 제공하며, 동시에 측위 정확도의 향상을 제공하는 데 있다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 측위 정확도를 저하할 수 있는 일시적인 전파왜곡 상황에서도, 측위 서버 내 기 기록된 위치정보 및 새롭게 정의하여 구한 유사도가 포함된 복수의 측위 관련 정보를 이용하여 가중평균을 구함으로써, 측위 서비스 제공자는 사용자에게 높은 측위 정확도의 측위 서비스를 제공할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 측위 정확도를 저하할 수 있는 일시적인 전파왜곡 상황에서도, 측위 서버 내 기 기록된 위치정보 및 새롭게 정의하여 구한 유사도가 포함된 복수의 측위 관련 정보를 이용하여 (가중)평균을 구함으로써, 이동단말기의 위치를 추정하는 수학적인 모델을 제공하며, 동시에 측위 정확도의 향상을 제공해주는 효과가 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른, 측위 서버가 이동단말기의 위치를 추정하기 위한 방법에 있어서, (a) 위치를 추정하고자 하는 곳에 서 측정된 제 1 PPM으로부터 비교에 필요한 규격(Standard)화된 데이터인 제 1 PPMS을 추출하는 제 1 PPMS 추출 단계; (b) pCell DB에 저장된 전체 pCell 군(Group)으로부터 상기 제 1 PPM 상의 네트워크 ID와 동일한 제 2 pCell을 선택하여 제 2 pCell 군을 생성하고, 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell마다 기 기록된 제 2 PPM으로부터 비교에 필요한 규격화된 데이터인 제 2 PPMS을 추출하는 제 2 PPMS 추출 단계; (c) 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell마다 추출된 해당 제 2 PPMS와 상기 위치를 추정하고자 하는 곳에서의 상기 제 1 PPMS 간의 유사도를 계산하는 유사도 계산 단계; (d) 상기 유사도와 임계값을 이용하여, 상기 제 2 pCell 군으로부터 임계조건을 만족하는 후보 pCell을 검출하여 후보 pCell 군을 생성하는 후보 pCell군 생성 단계; 및 (e) 상기 후보 pCell 군에 속한 후보 pCell들의 위치정보와 유사도로부터 가중 평균을 이용하여 최종위치를 추정하는 위치 추정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 한 측면에 따르면, 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법을 제공하는 측위 서버로서, (a) 상기 이동단말기가 포함된 요청자단말기로부터 상기 이동단말기의 위치 추정을 위한 측위 요청에 대한 메시지를 수신받고, 상기 이동단말기가 포함된 복수의 이동단말기로부터 PPM을 수신받는 정보 수신부; (b) 각 pCell에 대한 위치정보 및 PPM을 저장하고 있는 pCell DB; (c) 상기 이동단 말기가 위치(위치를 추정하고자 하는 곳)에서의 제 1 PPMS를 추출하고, 상기 pCell DB에 저장된 전체 pCell들로 부터 제 2 pCell 군을 생성하고, 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell의 제 2 PPMS을 추출하고, 상기 제 2 pCell 마다 상기 제 1 PPMS와 해당 제 2 PPMS을 이용하여 유사도 계산 및 후보 pCell 군을 선택하며, 상기 이동단말기의 추정된 위치를 계산하는 측위 프로세서; 및 (d) 상기 이동단말기의 위치 추정을 위한 상기 측위 요청에 대하여 추정된 위치를 측위 결과 메시지로 하여 상기 요청자단말기로 전송하는 정보 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위를 위한 전체 시스템 환경을 개략적으로 나타낸 도면이다.
가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위를 위한 전체 시스템은 위치 추정(측위)하고자 하는 이동단말기(100), 이동단말기(100) 주변의 기지국들(110), 및 이동단말기(100)로부터 측위에 필요한 데이터인 PPM을 수신하여 이동단말기(100)의 위치 추정(측위)을 수행하는 측위 서버(120)로 구성된다.
측위 서버(120)는 측위에 필요한 기본적인 데이터인 PPM을 이동단말기(100)로부터 수집하여, 이동단말기(100)의 위치추정을 수행한다.
상기 "PPM(Pilot Phase Measurement)"은 이동단말기(100)가 주변 기지국들(110)로부터 수신한 기지국신호에서 생성된 데이터로써, 이동단말기 주변 기지국 정보를 측위 서버에 보고하는 데이터이고, 시스템ID, 네트워크ID, 기지국ID, 기준PN, 및 파일럿 PN 위상 및 PN신호 세기가 포함된 PN 오프셋(offset) 리스트 중 하나 이상을 포함한다. 이러한, "PPM(Pilot Phase Measurement)"에 대하여서는 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법을 제공하는 측위 서버(120)는 정보 수신부, pCell DB, 측위 프로세서, 및 정보 송신부로 구성된다.
정보 수신부는 이동단말기가 포함된 요청자단말기로부터 상기 이동단말기의 위치 추정을 위한 측위 요청에 대한 메시지를 수신받고, 상기 이동단말기가 포함된 복수의 이동단말기로부터 PPM을 수신받는 기능을 수행한다.
pCell DB는 측위 서버가 제공하는 위치기반서비스 대상 지역의 각 pCell에 대한 위치정보 및 PPM, 및 후보 pCell 군을 생성하기 위한 임계값 정보를 저장하고 있는 기능을 수행한다.
측위 프로세서는 이동단말기가 위치(위치를 추정하고자 하는 곳)에서의 제 1 PPMS를 추출하고, 상기 pCell DB에 저장된 전체 pCell들로부터 제 2 pCell 군을 생성하고, 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell의 제 2 PPMS을 추출하고, 상기 제 2 pCell 마다 상기 제 1 PPMS와 해당 제 2 PPMS을 이용하여 유사도 계산 및 후보 pCell 군을 생성하며, 상기 이동단말기의 추정된 위치를 계산하는 기능을 수행한다.
정보 송신부는 이동단말기의 위치 추정을 위한 측위 요청에 대하여 추정된 위치를 측위 결과 메시지로 하여 이동단말기가 포함된 요청자단말기로 전송하는 기능을 수행한다.
이러한 측위 서버(120)의 내부 구성은 도 6을 참조하여 더 상세히 설명한다.
도 2는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위를 위한 PPM을 나타내는 도면이다.
이동단말기(200)의 측위를 수행하는 측위 서버(220)는 측위에 필요한 기본적인 데이터인 PPM(230)을 이동단말기(200)로부터 수신하여 수집한다.
도 2를 참조하면, 상기 "PPM(Pilot Phase Measurement)"(230)은 이동단말기(200)가 주변 기지국(210)로부터 수신한 기지국신호에서 생성된 데이터로써, 시스템ID(231), 네트워크ID(232), 기지국ID(233), 기준PN(234), 및 파일럿 PN 위상(2351) 및 PN신호 세기(2352)가 포함된 PN 오프셋(offset) 리스트(235) 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명에서는, 측위 서버가 측위를 하고자 하는 이동단말기로부터 수집되어 측정된 PPM을 "제 1 PPM"이라고 하고, 측위 서버(220) 내 파일럿 셀 데이터베이스(pCell Database: pCell DB, 이하 "pCell DB"라 함)에 기 기록된 PPM을 "제 2 PPM"이라고 한다.
또한, 상기 "제 1 PPM"상의 PN신호세기만을 추출하여 규격(Standard)화한 것을 "제 1 PPMS"라고 하며, 상기 "제 2 PPM"상의 PN신호세기만을 추출하여 규격(Standard)화한 것을 "제 2 PPMS"라고 한다.
이러한, "제 1 PPMS" 및 "제 2 PPMS"는 하기 수학식 1 처럼 PN신호세기를 n개항으로 가지는 n차원 벡터(Vector)로 표현될 수 있다. 여기서, "n"이란, 기지국을 구별하기 위해 사용하는 쇼트코드(Short Code)의 길이에서 왈쉬코드(Walsh Code)의 길이로 나누어 얻은 값으로써, 각 기지국은 n개의 PN offset을 사용함으로써, 서로 다른 시간차를 가지는 PN신호를 얻을 수 있다는 의미가 된다.
제 1 PPM S 및 제 2 PPM S = ( a 1 , a 2 , .... , a n )
(ak : k라는 PN offset을 가지는 기지국의 PN신호 세기, 1≤k≤n)
예를 들어, 실제로 사용되는 값을 적용해보면, "n"은 기지국을 구별하기 위 해 사용하는 쇼트코드(Short Code)의 길이는 2의 15승이고, 왈쉬코드(Walsh Code)의 길이인 2의 6승으로 나누어 얻은 값인 512가 되며, 이것은 512개의 서로 다른 시간차를 가지는 PN신호를 얻을 수 있고, 각 기지국은 이러한 512개의 시간차중에서 하나를 선택할 수 있다. 따라서, 각 기지국은 512개 중에서 서로 다른 하나의 PN 오프셋(offset)이 대응된다. 그에 따른 "제 1 PPMS" 및 "제 2 PPMS"는 하기 수학식 2처럼 PN신호세기를 512개 항으로 가지는 512차원 벡터(Vector)로 표현될 수 있다.
제 1 PPM S 및 제 2 PPM S = ( a 1 , a 2 , .... , a 512 )
(ak : k이라는 PN offset을 가지는 기지국의 PN신호 세기, 1≤k≤512)
도 3은 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위를 위한 pCell을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
본 발명에 따른 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위를 위한 가장 작은 단위인 "파일럿 셀"(pilot Cell: pCell, 이하 "pCell"이라 칭함)은 위치기반서비스(Location Based Service)대상 지역을 일정한 크기의 격자단위로 분할한 영역을 말하는 것으로서, 각 영역은 위치 추정을 위한 위치정보 및 그 영역에서 측정되는 PPM을 담고 있다.
상기 위치정보는 pCell의 중앙점의 위경도 데이터, 및 꼭지점의 위경도 데이터 중 하나 이상을 포함하며, 후술할 가중평균을 위한 위치 추정시 이용되는 정보이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에서는 가장 단위인 pCell의 집합체인 "전체 pCell 군", "제 2 pCell 군", 및 "후보 pCell군"이 있다.
"전체 pCell 군"은 위치기반서비스(Location Based Service)대상 지역 전체에 있는 pCell 그룹을 말하며, 도 3의 a에서, "전체 pCell 군"(300)은 1번 pCell에서 41번 pCell까지의 41개 pCell을 포함하여 100개의 pCell로 이루어진다.
"제 2 pCell 군"은 측위 서버 내 pCell DB에 저장된 전체 pCell 군(300)으로부터 위치를 추정하고자 하는 곳으로부터 수집된 상기 제 1 PPM 상의 네트워크 ID와 동일한 제 2 pCell들의 그룹이다. 도 3의 b에서는 "제 2 pCell 군"(310)은 100개의 pCell로 구성된 전체 pCell 군으로부터 선택된 14개의 pCell들의 그룹이다.
이어서, 측위 서버가 제 2 pCell 군에 속한 각 제 2 pCell과 위치를 추정하고자 하는 곳간의 유사도를 계산하여, 임계조건을 만족하는 제 2 pCell을 검출하게 되는 데, 이렇게 검출된 제 2 pCell들의 그룹을 "후보 pCell군"이라고 한다.
도 3의 c를 참조하면, 후보 pCell 군(311)은 전술한 14개의 pCell로 구성된 제 2 pCell 군으로부터 유사도가 임계값이상인 임계조건을 만족하는 1번 pCell, 2번 pCell, 3번 pCell, 4번 pCell, 및 5번 pCell을 포함하며, 이러한 후보 pCell 군(311)에 속한 후보 pCell들은 상기 이동단말기의 위치(위치를 추정하고자 하는 곳)와 유사한 위치를 보여준다.
이러한 후보 pCell 군에 속한 모든 후보 pCell에 대한 위치정보 및 유사도를 변수로하여 가중평균을 구하고, 구한 값을 이동단말기의 추정된 위치(311)로 한다.
즉, 본 발명의 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법은 "전체 pCell 군"으로부터 "제 2 pCell 군"을 거쳐 "후보 pCell군"으로 pCell 개수를 줄여가면서, 최종적으로 이동단말기의 위치를 추정하게 되는 것이다. 본 발명의 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법에 대하여서는 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법에 대한 전체 흐름도이다.
본 발명에 따른 측위 서버가 이동단말기의 위치를 추정하기 위한 방법은, 상기 도 3에 전술한 것처럼,"전체 pCell 군"으로부터 "제 2 pCell 군"을 거쳐 "후보 pCell군"으로 pCell 개수를 줄여가면서, 최종적으로 이동단말기의 위치를 추정하게 되는 방법으로써, 위치를 추정하고자 하는 곳의 이동단말기로부터 제 1 PPMS 추출 단계(S 400), 측위 서버 내 pCell DB에 저장된 전체 pCell 군으로부터 생성된 제 2 pCell 군에 속하는 제 2 pCell들에 대하여 제 2 PPMS을 추출하는 제 2 PPMS 추출 단계(S 402), 상기 제 2 pCell 군에 속하는 제 2 pCell들과 상기 위치를 추정하고자 하는 곳 간의 위치적인 유사도를 계산하는 유사도 계산 단계(S 404), 상기 유사도 계산 단계에서 계산된 제 2 pCell들에 대한 유사도를 임계값과 비교하여 임계조건 을 만족하는 제 2 pCell들(후보 pCell들)로 구성된 후보 pCell 군을 생성하는 후보 pCell군 생성 단계(S 406), 및 생성된 후보 pCell 군에 속한 모든 후보 pCell들의 위치정보 및 유사도를 변수로 하여 가중평균을 구함으로써 상기 이동단말기의 위치를 추정하는 위치 추정 단계(S 408)로 이루어진다.
좀 더 상세하게 각 단계를 설명하면, 아래와 같다.
제 1 PPMS 추출 단계(S 400)는 측위 서버가 위치를 추정하고자 하는 곳의 이동단말기로부터 수집되어 측정된 제 1 PPM으로부터 비교에 필요한 규격화된 데이터인 제 1 PPMS을 추출하는 단계이다.
상기 "제 1 PPM"은, 측위 서버가 위치를 추정하고자 하는 곳에 위치한 이동단말기로부터 수집하여 측위 서버 내 pCell DB에 저장하고 있는 정보로써, 시스템ID, 네트워크ID, 기지국ID, 기준PN, 및 파일럿 PN 위상 및 PN신호 세기가 포함된 PN 오프셋 리스트 중 하나 이상을 포함한다.
상기 제 1 PPM으로부터 규격(Standard)화된 "제 1 PPMS"은, 하기 수학식 3처럼, n개의 다른 PN offset을 가지는 기지국으로부터의 PN신호 세기를 항으로 한 n차원 벡터로 표현될 수 있다.
제 1 PPM S = ( a 1 , a 2 ... , a n ),
(ak : k라는 PN offset을 가지는 기지국의 PN신호 세기, 1≤k≤n)
여기서, "n"이란, 기지국을 구별하기 위해 사용하는 쇼트코드(Short Code)의 길이에서 왈쉬코드(Walsh Code)의 길이로 나누어 얻은 값으로써, 각 기지국은 n개의 PN offset을 사용함으로써, 서로 다른 시간차를 가지는 PN신호를 얻을 수 있다는 의미가 된다.
제 2 PPMS 추출 단계(S 402)는 측위 서버 내 pCell DB에 저장된 전체 pCell 군(Group)으로부터 상기 제 1 PPM 상의 네트워크 ID와 동일한 제 2 pCell을 선택하여 제 2 pCell 군을 생성하고, 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell마다 기 기록된 제 2 PPM으로부터 비교에 필요한 규격화된 데이터인 제 2 PPMS을 추출하는 단계이다.
상기 "제 2 pCell 군"은, 측위 서버 내 pCell DB에 저장된 전체 pCell 군으로부터 상기 이동단말기가 위치한 곳(위치를 추정하고자 하는 곳)의 네트워크 ID(MID)와 동일한 pCell들을 선택한 것으로서, 상기 "제 2 pCell 군"에 속한 각각의 제 2 pCell은 해당 지역의 제 2 위치정보 및 상기 위치에서의 측정되는 상기 제 2 PPM을 담고 있다.
상기 "제 2 위치정보"는, 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell의 중앙점의 위경도 데이터, 및 꼭지점의 위경도 데이터 중 하나 이상을 포함한다.
상기 "제 2 PPM"은, 측위 서버 내 pCell DB에 저장된 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell의 정보로써, 시스템ID, 네트워크ID, 기지국ID, 기준PN, 및 파일럿 PN 위상 및 PN신호 세기가 포함된 PN 오프셋 리스트 중 하나 이상을 포함한다.
상기 "제 2 PPMS"은, 상기 제 2 PPM을 규격화하여 얻은 정보로써, 하기 수학식 4처럼, n개의 다른 PN offset을 가지는 기지국으로부터의 PN신호 세기를 항으로 한 n차원 벡터로 표현될 수 있다.
제 2 PPM S = ( b 1 , b 2 , ... , b n ),
( bk: k라는 PN offset을 가지는 기지국의 PN신호 세기, 1≤k≤n)
여기서, "n"이란, 기지국을 구별하기 위해 사용하는 쇼트코드(Short Code)의 길이에서 왈쉬코드(Walsh Code)의 길이로 나누어 얻은 값으로써, 각 기지국은 n개의 PN offset을 사용함으로써, 서로 다른 시간차를 가지는 PN신호를 얻을 수 있다는 의미가 된다.
유사도 계산 단계(S 404)는 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell마다 추출된 해당 제 2 PPMS과 상기 위치를 추정하고자 하는 곳에서의 상기 제 1 PPMS 간의 유사도를 계산하는 단계이다.
상기 "유사도(Similiarity: S)"는, 제 2 PPMS와 상기 제 1 PPMS를 두 벡터로 하여 하기 수학식 5 처럼 내적(Inner Product)을 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112007052211596-PAT00001
= 100×( a 1 b 1 + a 2 b 2 + ... a n b n ) / |( a 1 , a 2 ,..., a n )| / |( b 1 , b 2 ,..., b n )|
( ak: 제 1 PPMS에서, k라는 PN offset을 가지는 기지국의 PN신호 세기, 1≤k≤n)
( bk: 제 2 PPMS에서, k라는 PN offset을 가지는 기지국의 PN신호 세기, 1≤k≤n)
이러한 유사도(S)를 구하는 상기 수학식 5에서 분수 부분은 제 1 PPMS와 제 2 PPMS의 두 벡터가 이루는 각을 구하는 벡터 코사인(consine) 값으로써, -100 으로부터 +100까지의 값을 가질 수 있으며, "+100"에 가까워진다는 것은 두 벡터가 이루는 각이 0도(degree)에 가까워지는 것이므로 이동단말기가 위치(위치를 추정하고자 하는 곳)와 "+100"에 가까운 유사도를 생성한 해당 제 2 pCell의 위치가 유사해 짐을 의미한다.
후보 pCell군 생성 단계(S 406)는 전술한 유사도 계산 단계(S 404)에서 구한 유사도와 미리 설정된 임계값을 이용하여, 상기 제 2 pCell 군으로부터 임계조건을 만족하는 후보 pCell을 검출하여 후보 pCell 군을 생성하는 단계이다.
상기 "후보 pCell 군"들은, 전술한 유사도 계산 단계(S 404)에서 제 2 pCell마다 구한 유사도를 임계값(Sth)과 비교하여, 상기 유사도가 임계값 이상인 임계조건을 만족하는 제 2 pCell의 그룹(Group)을 의미하며, 상기 제 2 pCell 군에 속하는 제 2 pCell(후보 pCell)들은 상기 이동단말기의 위치(위치를 추정하고자 하는 곳)와 유사한 위치를 보여준다.
상기 "임계값(Sth)"은, 임의 두 pCell 간의 위치적인 유사도가 큰지를 판단해주는 기준 값으로써, 지역별 특성에 따라 다르게 설정할 수 있다. 이러한 임계값을 100에 가깝게 설정할수록 위치를 추정하고자 하는 곳과 유사한 후보 pCell군을 엄격하게 생성하게 된다.
위치 추정 단계(S 408)는 전술한 후보 pCell군 생성 단계(S 406)에서 생성된 후보 pCell 군에 속한 후보 pCell들의 위치정보와 유사도로부터 가중 평균을 이용하여 최종위치(P)를 추정하는 단계이다.
상기 후보 pCell 생성 단계(S 406)에서, 생성된 후보 pCell 군에 후보 pCell 이 m개이고, pCell DB에 저장된 m개의 후보 pCell에 대한 위치정보가 각각 C 1 , C 2 , ... , C m 라고 하고, 상기 유사도 계산 단계(S 404)에서 구한 각 후보 pCell에 해당하는 유사도가 각각 S 1 , S 2 , ... , S m 이라고 하면, 이동단말기의 최종적인 위치는 가중평균을 구하는 하기 수학식 6 을 이용하여 구할 수 있다.
P = ( S 1 C 1 +...+ S m C m ) / ( S 1 +...+ S m )
(Sk: 제 1PPMS와 후보 pCell의 제 2PPMS와의 유사도, 1≤k≤m)
(Ck: k번째 후보 pCell의 위치, 1≤k≤m)
상기 수학식 6에서 가중치 역할을 하는 유사도(Sk)를 상기 식 6와는 다르게 제곱을 하여 가중 평균을 구할 수도 있다.
요약하면, 측위 서버는 위치기반서비스 대상 지역의 전체 pCell 군으로부터 위치를 추정하고자하는 곳의 네트워크 ID와 동일한 pCell 그룹인 제 2 pCell 군을 생성하고, 이러한 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell들과 위치를 추정하고자 하는 곳 간의 위치적인 유사도를 수학식 5에 의해서 구하고, 이렇게 구한 유사도가 임계값 이상인 제 2 pCell들을 검출하여 후보 pCell 군을 생성하고, 이렇게 생성된 후 보 pCell군에 속한 후보 pCell들의 유사도와 위치정보를 변수로 하여 수학식 6에서의 가중평균을 구함으로써 이동단말기의 위치를 추정할 수 있다. 이러한 방식을 "가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법"이라 한다.
종래의 기술과는 다르게, 측위 정확도를 저하할 수 있는 일시적인 전파왜곡 상황에서도, 상기 "가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법"은 기 기록된 위치정보 및 새롭게 정의하여 구한 유사도가 포함된 복수의 측위 관련 정보를 이용하여 (가중)평균을 구함으로써, 일시적인 측위 정확도 저하 요인에 영향을 덜 받게 되어 측위 정확도가 향상되는 것이다. 또한, 정확한 이동단말기 측위에 필요한 수학적 모델을 제시하고 있다.
도 5은 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위를 제공하는 측위 서버의 내부 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른, 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법을 제공하는 측위 서버(500)는, 정보 수신부(510), pCell DB(520), 측위 프로세서(530), 및 정보 송신부(540)로 구성된다.
정보 수신부(510)는 이동단말기가 포함된 요청자단말기로부터 상기 이동단말기의 위치 추정을 위한 측위 요청에 대한 메시지를 수신받고, 상기 이동단말기가 포함된 복수의 이동단말기로부터 PPM을 수신받는 기능을 수행한다.
pCell DB(520)는 측위 서버가 제공하는 위치기반서비스 대상 지역의 각 pCell에 대한 위치정보 및 PPM, 및 후보 pCell 군을 생성하기 위한 임계값 정보를 저장하고 있는 기능을 수행한다.
측위 프로세서(530)는 이동단말기가 위치(위치를 추정하고자 하는 곳)에서의 제 1 PPMS를 추출하고, pCell DB(520)에 저장된 전체 pCell 군(Group)으로부터 상기 제 1 PPM 상의 네트워크 ID와 동일한 제 2 pCell을 선택하여 제 2 pCell 군을 생성, 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell의 제 2 PPMS을 추출하고, 상기 제 2 pCell 마다 상기 제 1 PPMS와 해당 제 2 PPMS을 이용하여 유사도 계산 및 후보 pCell 군을 생성하며, 상기 이동단말기의 추정된 위치를 계산하는 기능을 수행한다.
정보 송신부(540)는 이동단말기의 위치 추정을 위한 측위 요청에 대하여 추정된 위치를 측위 결과 메시지로 하여 이동단말기가 포함된 요청자단말기로 전송하는 기능을 수행한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 이동통신망에서 이동단말기 위치 측정 분야에 적용되어, 측위 정확도를 저하할 수 있는 일시적인 전파왜곡 상황에서도, 측위 서버 내 기 기록된 위치정보 및 새롭게 정의하여 구한 유사도가 포함된 복수의 측위 관련 정보를 이용하여 (가중)평균을 구함으로써, 이동단말기의 위치를 추정하는 수학적인 모델을 제공하며, 동시에 측위 정확도의 향상을 제공하여, 사용자에게 높은 만족도의 측위 서비스를 제공하는 효과를 발생시키는 매우 유용한 발명이다.
도 1은 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위를 위한 전체 시스템 환경을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위를 위한 PPM을 나타내는 도면,
도 3은 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위를 위한 pCell을 설명하기 위한 개략적인 도면,
도 4는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법에 대한 전체 흐름도,
도 5는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위를 제공하는 측위 서버의 내부 구성도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 이동단말기 110: 기지국들
120: 측위 서버 230: PPM
300: 전체 pCell 군 310: 제 2 pCell 군
311: 후보 pCell 군 510: 정보 수신부
520: pCell DB 530: 측위 프로세서
540: 정보 송신부

Claims (16)

  1. 측위 서버가 이동단말기의 위치를 추정하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 위치를 추정하고자 하는 곳에서 측정된 제 1 PPM으로부터 비교에 필요한 규격(Standard)화된 데이터인 제 1 PPMS을 추출하는 제 1 PPMS 추출 단계;
    (b) pCell DB에 저장된 전체 pCell 군(Group)으로부터 상기 제 1 PPM 상의 네트워크 ID와 동일한 제 2 pCell을 선택하여 제 2 pCell 군을 생성하고, 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell마다 기 기록된 제 2 PPM으로부터 비교에 필요한 규격화된 데이터인 제 2 PPMS을 추출하는 제 2 PPMS 추출 단계;
    (c) 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell마다 추출된 해당 제 2 PPMS와 상기 위치를 추정하고자 하는 곳에서의 상기 제 1 PPMS 간의 유사도를 계산하는 유사도 계산 단계;
    (d) 상기 유사도와 임계값을 이용하여, 상기 제 2 pCell 군으로부터 임계조건을 만족하는 후보 pCell을 검출하여 후보 pCell 군을 생성하는 후보 pCell군 생성 단계; 및
    (e) 상기 후보 pCell 군에 속한 후보 pCell들의 위치정보와 유사도로부터 가중 평균을 이용하여 최종위치를 추정하는 위치 추정 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 (a)단계의 상기 위치를 추정하고자 하는 곳은,
    상기 이동단말기가 위치한 위치 측정 서비스 대상 지역임을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 "제 1 PPM"은,
    상기 측위 서버가 상기 위치를 추정하고자 하는 곳에 위치한 상기 이동단말기로부터 수집하여 상기 측위 서버 내 상기 pCell DB에 저장하고 있는 정보로써, 시스템ID, 네트워크ID, 기지국ID, 기준PN, 및 파일럿 PN 위상 및 PN신호 세기가 포함된 PN 오프셋 리스트 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 (a)단계의 상기 "제 1 PPMS"은,
    상기 제 1 PPM을 규격화하여 얻은 정보로써, 하기 식 처럼, n개의 다른 PN offset을 가지는 기지국으로부터의 PN신호 세기를 항으로 한 n차원 벡터로 표현될 수 있음을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
    제 1 PPM S = ( a 1 , a 2 ... , a n ),
    (an : n이라는 PN offset을 가지는 기지국의 PN신호 세기)
  5. 제 1항에 있어서, 상기 (b)단계의 상기 "제 2 pCell 군"은,
    상기 pCell DB에 저장된 전체 pCell 군으로부터 상기 이동단말기가 위치한 곳(위치를 추정하고자 하는 곳)의 네트워크 ID(MID)와 동일한 pCell들을 선택한 것으로서, 상기 "제 2 pCell 군"에 속한 각각의 제 2 pCell은 해당 지역의 제 2 위치정보 및 상기 위치에서의 측정되는 상기 제 2 PPM을 담고 있음을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
  6. 제 1항 또는 제 5항에 있어서, 상기 "제 2 PPM"은,
    상기 측위 서버 내 상기 pCell DB에 저장된 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell의 정보로써, 시스템ID, 네트워크ID, 기지국ID, 기준PN, 및 파일럿 PN 위상 및 PN신호 세기가 포함된 PN 오프셋 리스트 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 "제 2 위치정보"는,
    상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell의 중앙점의 위경도 데이터, 및 꼭지점의 위경도 데이터 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 (b)단계의 상기 "제 2 PPMS"은,
    상기 제 2 PPM을 규격화하여 얻은 정보로써, 하기 식 처럼, n개의 다른 PN offset을 가지는 기지국으로부터의 PN신호 세기를 항으로 한 n차원 벡터로 표현될 수 있음을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
    제 2 PPM S = ( b 1 , b 2 , ... , b n ),
    ( bn: n이라는 PN offset을 가지는 기지국의 신호 세기)
  9. 제 1항에 있어서, 상기 (c)단계의 상기 "유사도"는,
    상기 제 2 PPMS와 상기 제 1 PPMS를 두 벡터로 하여 하기 식처럼 내적(Inner Product)을 이용하여 구할 수 있음을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이 동단말기 측위 방법.
    유사도(S)=100×( a 1 b 1 + a 2 b 2 + ... a n b n ) / |( a 1 , a 2 ,..., a n )| / |( b 1 , b 2 ,..., b n )|
  10. 제 1항 또는 제 9항에 있어서, 상기 유사도는,
    -100으로부터 +100까지의 값을 가지며, "+100"에 가까워질수록 이동단말기가 위치(위치를 추정하고자 하는 곳)와 "+100"에 가까운 유사도를 생성한 해당 제 2 pCell의 위치가 유사하다는 의미임을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
  11. 제 4항 또는 제 8항에 있어서, 상기 "n"은,
    기지국을 구별하기 위해 사용하는 쇼트코드(Short Code)의 길이에서 왈쉬코드(Walsh Code)의 길이로 나누어 얻은 값으로써, 각 기지국은 n개의 PN offset을 사용함으로써, 서로 다른 시간차를 가지는 PN신호를 얻을 수 있음을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 (d)단계의 상기 "후보 pCell 군"들은,
    상기 (c)단계에서 상기 제 2 pCell마다 구한 유사도를 임계값(Sth)과 비교하여, 상기 유사도가 임계값 이상인 임계조건을 만족하는 제 2 pCell의 그룹(Group)을 의미하며, 상기 제 2 pCell 군 중에서 검출된 제 2 pCell(후보 pCell)들은 상기 이동단말기의 위치(위치를 추정하고자 하는 곳)와 유사한 위치를 보이는 것들임을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 "임계값(Sth)"은,
    임의 두 pCell 간의 위치적인 유사도가 큰지를 판단해주는 기준 값으로써, 지역별 특성에 따라 다르게 설정할 수 있음을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 (e)단계는,
    상기 (d)단계에서, 상기 검출된 후보 pCell이 m개이고, 각 후보 pCell의 위치를 각각 C 1 , C 2 , ... , C m 라고 하고, 각 후보 pCell에 해당하는 제 2 PPMS와 상기 제 1 PPMS로부터 구한 가중치 역할의 유사도를 S 1 , S 2 , ... , S m 이라고 하면, 이동단말기의 최종위치는 가중평균을 구하는 하기 식을 이용하여 구할 수 있음을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
    P = ( S 1 C 1 +...+ S m C m ) / ( S 1 +...+ S m ),
    (Sk: 제 1PPMS와 후보 pCell의 제 2PPMS와의 유사도, 1≤k≤m)
    (Ck: k번째 후보 pCell의 위치, 1≤k≤m)
  15. 제 14항에 있어서, 상기 (e)단계는,
    가중치 역할을 하는 상기 유사도(Sk)를 제곱을 하여 다르게 가중 평균을 구할 수 있음을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법.
  16. 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법을 제공하는 측위 서버로서,
    (a) 상기 이동단말기가 포함된 요청자단말기로부터 상기 이동단말기의 위치 추정을 위한 측위 요청에 대한 메시지를 수신받고, 상기 이동단말기가 포함된 복수의 이동단말기로부터 PPM을 수신받는 정보 수신부;
    (b) 각 pCell에 대한 위치정보 및 PPM, 및 후보 pCell 군을 생성하기 위한 임계값 정보를 저장하고 있는 pCell DB;
    (c) 상기 이동단말기가 위치(위치를 추정하고자 하는 곳)에서의 제 1 PPMS를 추출하고, 상기 pCell DB에 저장된 전체 pCell들로부터 제 2 pCell 군을 생성하고, 상기 제 2 pCell 군에 속한 제 2 pCell의 제 2 PPMS을 추출하고, 상기 제 2 pCell 마다 상기 제 1 PPMS와 해당 제 2 PPMS을 이용하여 유사도 계산 및 상기 후보 pCell 군 생성하며, 상기 이동단말기의 추정된 위치를 계산하는 측위 프로세서; 및
    (d) 상기 이동단말기의 위치 추정을 위한 상기 측위 요청에 대하여 추정된 위치를 측위 결과 메시지로 하여 상기 요청자단말기로 전송하는 정보 송신부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가중평균 알고리즘에 의한 이동단말기 측위 방법을 제공하는 측위 서버.
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