KR20090050407A - 센서 네트워크에서의 전송 파워를 이용한 센서 노드위치인식 방법 및 장치 - Google Patents

센서 네트워크에서의 전송 파워를 이용한 센서 노드위치인식 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서 노드와 레퍼런스 노드로 구성된 센서 네트워크에 있어서, 전송 범위 조절 기술 및 포지션 매핑 기술을 이용하여 센서 노드의 상대 위치를 인식하는 것이다. 상기 전송 범위 조절 기술이란 센서 노드로부터 위치 정보 요청을 수신한 레퍼런스 노드가 자신의 위치 정보를 전송 세기를 변화시켜 가며 센서 노드로 전송하는 기술을 말한다. 그리고 상기 포지션 매핑 기술이란 레퍼런스 노드들로 이루어진 정사각형 형상 내부에 형성된 격자 모양의 좌표 값들 중, 상기 레퍼런스 노드들이 전송하는 전송 세기별 위치 정보 신호가 도달하는 영역의 공통 영역에 포함되는 값을 추출하여 그 좌표 값들의 중점을 센서 노드의 위치로 결정하는 기술을 말한다. 본 발명의 센서 노드는 필요에 의해 레퍼런스 노드로 위치 정보 요청 신호를 전송하고, 상기 신호를 수신한 레퍼런스 노드는 랜덤 백오프 타임 경과 후 자신의 위치 정보를 다시 센서 노드에 전송한다. 그러면 상기 센서 노드는 상기 레퍼런스 노드로부터 수신한 위치 정보를 이용하여 센서 노드의 상대 위치 및 오차 범위를 계산한다.
전송 범위 조절, 포지션 매핑, 레퍼런스 노드, 센서 노드

Description

센서 네트워크에서의 전송 파워를 이용한 센서 노드 위치인식 방법 및 장치{Method and apparatus for location awareness of sensor nodes using transfer power in sensor network}
본 발명은 레퍼런스 노드와 센서 노드로 이루어진 센서 네트워크에서, 센서 노드의 위치인식 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명의 센서 노드는 복수의 레퍼런스 노드로부터 연속적으로 전송된 전송 세기별 위치 정보 신호를 수신하여, 센서 노드 위치의 좌표 값 및 오차를 계산할 수 있다.
다가올 미래에는 유비쿼터스 컴퓨팅과 유비쿼터스 네트워크를 통해 새롭고 다양한 서비스가 창출될 것이다. 특히, 언제 어디서나 사람과 사물 같은 객체의 위치를 인식하고, 이를 기반으로 유용한 서비스를 제공하는 위치 기반 서비스가 중요한 서비스로 대두되고 있다. 그리고 위치 및 지리 정보를 활용해 다양한 서비스를 제공하는 위치 기반 서비스는 그 효용성이 입증되면서 넓은 분야에 걸쳐 활용되고 있다. 위치 정보는 단순히 하나의 사업 분야에 그치지 않고 국가 전반의 가치를 높일 수 있는 기술로 변화하고 있다. 대부분의 위치 기반 서비스는 GPS를 이용한 기술로 발전되었으며 음영 지역에서 위치기반 서비스는 고려의 대상이 아니었다. 그 러나 현재에는 많은 네트워크 인프라와 디지털 장비가 존재하여 음영지역에서도 위치기반 서비스를 제공하려는 연구가 진행 중이며, 이 중 센서 네트워크를 이용한 위치 인식 기술은 그 응용 분야가 넓어 연구가 활발히 진행 중이다.
센서 네트워크를 기반으로 한 위치 인식 기술은 물류, 보안, 홈오토메이션, 생산 자동화, 건물 자동화 등 광범위한 응용 분야에 활용되고 있다. 특히 노약자나 아동의 보호, 전투 중 군인의 위치 파악, 화재 진화 중에 고립되거나 실종된 소방관의 구출, 의료 분야 등 개인과 사물의 위치 인식을 이용하는 응용 서비스들까지 그 응용 범위가 넓다. 상기와 같이 센서 네트워크를 통해 얻고자 하는 정보의 범위는 점차 넓어지고 있는 추세이며, 특히 센서를 부착한 사람 또는 사물의 위치 인식이 매우 중요한 정보 요소가 되고 있다.
이와 같은 위치 인식 기술에는 적외선, 초음파, RF 등이 사용된다. 그 중 RF를 이용한 위치 인식은 외부 환경에 매우 민감한 RF의 특성 상 많은 위치 인식의 오차를 갖게 된다. 따라서 RF를 이용한 위치 인식 서비스를 위해서는 위치 인식의 정확도 문제는 필연적이다. 이러한 RF를 이용한 위치 인식 시스템에 있어서, 위치 인식의 정확도 문제를 해결하기 위해서는 음영 지역까지 서비스 영역을 확장할 수 있도록 위치 인식의 정확성을 높이는 기술이 요구된다.
본 발명은 센서 노드와 레퍼런스 노드로 구성된 센서 네트워크에 있어서, 레퍼런스 노드가 센서 노드로부터 위치 정보 요청 신호를 수신한 후, 전송 세기를 변화시켜 가며 자신의 위치 정보를 센서 노드에 전송(전송 범위 조절 기술, Transfer Range Control)하도록 한다. 이와 동시에 센서 노드는 복수의 레퍼런스 노드로부터 전송되는 위치 정보 신호를 수신하면, 상기 레퍼런스 노드들의 절대 좌표에 의해 형성되는 공통 영역을 격자 모양으로 분할하여 센서 노드의 위치를 계산(포지션 매핑, Position mapping)하고 실제 위치와의 오차를 계산하도록 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레퍼런스 노드는 센서 노드로부터 전송되는 위치 정보 요청 신호를 수신하고, 이에 대응하여 위치 정보 신호를 센서 노드로 전송하는 RF 통신부, RF 통신부를 제어하여 위치 정보 신호의 전송 세기를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다. 그리고 본 발명의 센서 노드는 위치 정보 요청 신호를 레퍼런스 노드에 전송하고, 레퍼런스 노드로부터 전송되는 위치 정보 신호를 수신하는 RF 통신부, 레퍼런스 노드로부터 수신한 위치 정보 신호를 저장하는 저장부, 상기 위치 정보 신호를 이용하여 위치 및 오차를 계산하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 위와 같은 목적을 달성하기 위한 방법은 센서 노드가 위치 정보 요청 신호를 전송하는 단계, 상기 위치 정보 요청 신호를 수신한 복수의 인접한 레퍼런 스 노드가 상기 위치 정보 요청 신호를 수신하고, 전송 세기를 가변하면서 위치 정보 신호를 상기 센서 노드로 전송하는 단계 및 상기 센서 노드가 상기 위치 정보 신호를 수신하고 분석하여, 자신의 위치 및 오차를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전송 범위 조절 기술(Transfer Range Control) 및 포지션 매핑(Position Mapping) 기술을 이용한 위치 인식 기술은 레퍼런스 노드가 센서 노드의 요청에 의해 위치 정보를 전송하기 때문에, 네트워크 내에서의 트래픽(traffic)을 많이 발생시키지 않는다. 그리고 본 발명에 따른 위치 인식 기술은 비록, 삼각 측량법에 비해 많은 연산을 수행하지만 정사각형 모양으로 형성된 네 개의 레퍼런스 노드로부터 전송되는 위치 정보를 이용하여 센서 노드의 위치를 계산하기 때문에, 삼각 측량법에 비해 오차 범위를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용하는 RF 모듈은 다른 무선 매개체를 이용한 모듈에 비해 비용 측면에서 우위에 있어 그 활용 범위가 넓을 것이다.
본 발명에 따른 레퍼런스 노드(Reference node)는 자신의 절대 위치를 알고 있는 노드로서, 센서 노드의 위치 정보 요청 신호를 수신하면 전송 세기를 변경하며 위치 정보를 전송해 주는 노드이다. 그리고 상기 레퍼런스 노드는 그 위치가 가변일 수 있지만, 그 특성상 자신의 절대적인 위치에 고정될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서 노드(Sensor node)는 자신의 상대 위치를 찾기 위해 레퍼런스 노드에 위치 정보 요청 신호를 전송하는 노드이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 레퍼런스 노드(110)와 센서 노드(120)로 구성된 센서 네트워크에 있어서, 센서 노드(120)가 레퍼런스 노드(110)에 위치 정보 요청 신호를 전송하고, 이에 대한 응답으로 상기 센서 노드(120)가 상기 레퍼런스 노드(110)로부터 전송되는 위치 정보 신호를 수신하는 과정을 나타내는 개략도이다.
레퍼런스 노드(Reference node)는 자신의 절대 위치를 알고 있는 노드로서 센서 노드의 위치 정보 요청 신호를 수신하면, 전송 세기를 변경하며 위치 정보 신호를 전송해 주는 노드이다. 여기서 절대적인 위치는 지리적인 코드 체계를 의미하고 그 예로 위도, 경도 좌표계가 있다. 상기 레퍼런스 노드(110)가 자신의 절대적인 위치 정보를 얻는 방법에는 여러 가지가 있는데, GPS를 이용한 위치 획득이 그 대표적인 예이다. 상기 레퍼런스 노드(110)는 위치가 변경되는 것이 가능하지만, 자신의 절대적인 위치에 고정될 수 있다. 또한 위치 인식을 위한 레퍼런스 노드(110)의 위치 배치는 정사각형의 격자 구조를 형성할 수 있지만, 정삼각형 또는 정육각형의 배치를 적용하는 것 역시 가능하다. 이하에서는 상기 레퍼런스 노드(110)는 정사각형의 배치임을 가정하고 기술하도록 한다.
센서 노드(120)는 자신의 상대 위치를 찾기 위해 레퍼런스 노드에 위치 정보 요청 신호를 전송하는 노드이다. 그리고 상기 센서 노드(120)는 수신한 위치 정보 신호를 이용하여 자신의 및 오차 범위를 계산할 수 있다. 또한 상기 센서 노드(120)의 활동 영역은 특정 방, 건물 등의 실내 환경으로 제한되도록 설계하는 것이 가능하다.
센서 노드(120)는 네트워크와 연결된 후 필요에 의해 이웃한 레퍼런스 노드(110)에게 위치 정보 요청 신호를 전송한다. 그러면 상기 레퍼런스 노드(110)는 상기 신호를 수신한 후, 자신의 위치 정보를 전송 세기를 변화시켜가며 상기 센서 노드(120)로 전송한다. 상기 레퍼런스 노드(110)가 전송하는 위치 정보는 메시지 타입, 레퍼런스 노드의 ID, 절대 좌표, 전송세기 레벨, 최대 거리 및 최소 거리를 포함할 수 있다. 상기 센서 노드(120)는 상기 레퍼런스 노드(110)로부터 전송되는 위치 정보 신호를 수신하여 자신의 위치를 계산하고, 상기 계산된 위치와 실제 위치간의 오차를 구할 수 있다.
도 2는 센서 노드(120)로부터 위치 정보 요청 신호를 수신한 레퍼런스 노드(110)가 전송 세기를 변경하며 자신의 위치 정보 신호를 전송하는 전송 범위 조절(Transfer Range Control) 기술에 의해 구분되어지는 영역을 나타내는 도면이다.
레퍼런스 노드(110)는 센서 노드(120)로부터 위치 정보 요청 신호를 수신하면, 자신의 위치 정보 신호에 포함된 전송 세기에 따라, 전송 세기를 변화시켜 가며 위치 정보 신호를 센서 노드(120)에 전송하는데 이를 전송 범위 조절(Transfer Range Control) 기술이라고 한다. 각 레퍼런스 노드(110)가 전송하는 전송 세기별 위치 정보 신호의 도달 영역은 도면에서 도시된 바와 같이 도넛 모양으로 표현할 수 있다. 그리고 센서 노드(120)는 상기 레퍼런스 노드(110)가 발산하는 위치 정보 신호에 의해 만들어진 도넛 모양의 영역 중 공통 영역에 해당하는 곳에 위치할 수 있다. 표 1은 RF 제조사에서 제공하거나 실험에 의하여 측정된 전송 세기별 위치 정보 신호의 최대 전송 거리 및 최소 전송 거리를 나타낸다.
[표 1]
Tx Power Level 전송세기(레벨) 최대거리(반지름) 최소거리(반지름)
세기 1 D1 D0
세기 2 D2 D1+1
세기 3 D3 D2+1
세기 4 D4 D3+1
- - - - - - - - -
세기 N DN DN-1+1
여기서 최소 거리란 바로 이전 전송 세기 레벨에서의 최대 거리보다 큰 거리를 의미한다. 1을 더하는 것은 크다는 것을 의미한다고 정의하고, 이전 전송 세기 레벨의 최대 거리보다 크다고 구현할 수 있다. 그리고 D0는 0[cm]를 의미한다. 상기 표에서 보여지는 전송 세기 레벨은 그 세기가 커질수록 더 먼 거리까지 도달 가능하지만, 수신단에서의 신호의 세기(전력, power)는 작아지게 된다.
전송 범위 조절(Transfer Range Control) 기술은 상용화되어 현재 여러 제품들이 출시되고 있으며, 본 발명에서 사용한 텍사스 인스트루먼트(Texas Instrument)사의 칩콘(Chipcon) CC2420은 전송 세기 레벨 조절이 8단계까지 가능하다. 상기 CC2420의 전송 세기별 최대 도달 거리 및 최소 도달 거리에 대한 실험 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
[표 2]
Tx Power Level 전송세기(레벨) 최대거리(Cm) 최소거리(Cm)
세기 1 18 0
세기 2 80 19
세기 3 135 81
세기 4 220 136
세기 5 290 221
세기 6 400 291
세기 7 600 401
세기 8 750 601
상기 표 2에서, 세기1의 전송 신호는 최소 0[cm]에서 최대 18[cm]까지 도달 가능하다. 그리고 세기2의 전송 신호는 최소 0[cm]에서 최대 80[cm]까지 도달 가능하지만, 0[cm]에서 18[cm]의 영역은 세기1에 의해 구분되는 영역이므로, 세기2의 전송 신호가 나타내는 영역은 19[cm]에서 80[cm]가 된다. 따라서, 위치 정보를 요청한 센서 노드는 같은 레퍼런스 노드들로부터 여러 전송 세기의 위치 정보 신호를 수신한 후, 그 중 가장 작은 전송 세기에서 전송된 위치 정보 신호만을 취한다. 예를 들어, 세기1에 의해 구분되는 영역에 존재하는 센서 노드는 세기1 내지 세기8까지의 모든 세기의 신호를 수신하지만, 위치 인식에 사용되는 신호는 가장 작은 전송 세기에서 전송된 세기1의 신호뿐이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 노드의 구조를 나타내는 구조도이다. 상기 레퍼런스 노드(110)는 듀플렉서(310), RF 수신부(320), RF 송신부(330)를 포함하는 RF 통신부(300), 저장부(340), 제어부(350)를 포함할 수 있다.
듀플렉서(310)는 안테나와 연결되어 송수신 주파수를 분리하는 기능을 함으로써 혼선을 막아주는 역할을 한다. RF 수신부(320)는 수신되는 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하고, RF 송신부(330)는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭한다.
저장부(340)는 본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 노드(110)의 전반적인 동작에 필요한 프로그램들과 데이터들을 저장한다. 특히 본 발명의 실시예에 따른 저장부(340)는 전송 범위 조절(Transfer Range Control) 기술에 필요한 프로그램을 저장할 수 있다.
제어부(350)는 레퍼런스 노드의 전체적인 동작을 제어한다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(350)는 RF 송신부(330)를 제어하여 레퍼런스 노드의 위치 정보 신호에 포함된 신호의 세기에 따라, 전송 세기를 변화시켜 가며 상기 신호를 센서 노드(120)로 전송할 수 있는데, 이러한 기술을 전송 범위 조절 기술(Transfer Range Control)이라고 한다. 즉, 전송 범위 조절(Transfer Range control)기술이란 센서 노드(120)로부터 위치 정보 요청 신호를 수신한 레퍼런스 노드(110)가 자신의 위치 정보 신호를 Tx 전력 제어(Tx Power Control)를 이용하여 전송 세기를 변화시켜 가며 센서 노드(120)에 연속적으로 전송하는 기술을 말한다. 여기서 각 레퍼런스 노드(110)가 전송하는 세기별 위치 정보의 도달 영역은 도 2에서 도시된 바와 같이 도넛 모양으로 표현될 수 있다. 그리고 센서 노드(120)는 상기 레퍼런스 노드(110)가 발산하는 위치 정보에 의해 만들어진 도넛 모양의 영역에서 공통 영역에 해당하는 영역에 위치할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 센서 노드의 구조를 나타내는 구조도이다. 상기 센서 노드(120)는 듀플렉서(410), RF 수신부(420), RF 송신부(430)를 포함하는 RF 통신부(400), 저장부(440), 제어부(450)를 포함할 수 있다.
듀플렉서(410)는 안테나와 연결되어 송수신 주파수를 분리하는 기능을 함으로써 혼선을 막아주는 역할을 한다. RF 수신부(420)는 수신되는 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하고, RF 송신부(430)는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭한다.
저장부(440)는 본 발명의 실시예에 따른 센서 노드(120)의 전반적인 동작에 필요한 프로그램들과 데이터들을 저장한다. 특히, 레퍼런스 노드들의 전송 세기 패턴이 동일한 경우, 상기 저장부(440)는 전송 세기별 위치 정보 전송의 최대 거리 및 최소 거리를 나타내는 표 1을 미리 저장할 수 있다. 이 경우, 레퍼런스 노드(110)가 전송하는 위치 정보에는 최대 거리 및 최소 거리에 관한 정보는 포함되지 않을 수 있다. 그리고 상기 저장부(440)는 레퍼런스 노드(110)들로부터 전송된 위치 정보를 일시적으로 저장할 수 있다.
제어부(450)는 센서 노드의 전체적인 동작을 제어한다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(450)는 레퍼런스 노드(110)로부터 전송되는 전송 세기별 위치 정보 신호를 상기 RF 수신부(420)를 통하여 수신할 수 있다. 그리고 상기 제어부(450)는 상기 전송 세기별 위치 신호를 수신한 후, 포지션 매핑(Position Mapping) 기술을 이용하여 센서 노드(120)의 상대적인 위치 및 오차를 계산할 수 있다.
포지션 매핑(Position Mapping) 기술이란 본 발명에 따른 센서 노드(120)의 위치를 결정하는 기술이다. 우선, 센서 노드의 제어부(450)는 복수의 레퍼런스 노드(110)들로부터 연속적으로 전송된 위치 정보 신호를 RF 수신부(420)를 제어하여 수신한 후 저장부(440)에 저장한다. 그리고 상기 제어부(450)는 상기 저장된 복수의 레퍼런스 노드(110)들의 절대 좌표 값 중 X축 및 Y축의 최대 점, 최소 점을 각각 구한다. 그리고 상기 제어부(450)는 상기 구해진 X축 및 Y축의 최대 점, 최소 점을 기준으로 가로 M, 세로 N개의 라인을 형성한다. 그러면 센서 노드에 인접한 복수의 레퍼런스 노드에 의해 격자 모양(Grid)의 좌표가 형성된다. 그리고 상기 제어부(450)는 가로 M, 세로 N개의 라인에 의해 형성된 격자 모양의 개개의 좌표 값이 상기 레퍼런스 노드(110)들이 전송하는 전송 세기별 위치 정보 신호가 도달하는 영역의 공통 영역에 포함되는지를 판단한다. 그러면 상기 제어부(450)는 상기 격자 모양으로 형성된 좌표 값들 중, 상기 공통 영역에 포함되는 값을 추출하여 그 좌표 값들의 중점을 센서 노드(120)의 위치로 결정하게 되는데, 이를 포지션 매핑(Position Mapping) 기술이라 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 노드(110)가 전송 범위 조절(Transfer Range Contro) 기술을 이용하여 자신의 위치 정보 신호를 센서 노드(120)에 전송하는 과정을 나타내는 순서도이다.
우선, 레퍼런스 노드(110)의 제어부(350)는 레퍼런스 노드(110)가 S510 단계에서 네트워크에 연결되면, 센서 노드(120)로부터 위치 정보 요청 신호가 전송될 때까지 상기 레퍼런스 노드(110)를 S520 단계에서 대기 모드로 설정한다. 그리고 센서 노드(120)로부터 위치 정보 요청 신호가 전송되면, 상기 제어부(350)는 RF 수신부(320)를 통하여 상기 요청 신호를 수신하여 전달받는다. 그러면 상기 제어부(350)는 S530 단계에서 이를 인식하고, 랜덤 백오프 타임(Random backoff time) 이 경과할 때까지 대기한다. 상기 제어부(350)가 S540 단계에서 랜덤 백오프 타임이 경과하였다고 판단한 경우, 상기 제어부(350)는 S550 단계에서 전송 범위 조절(Transfer Range Control) 기술을 이용하여, 각 위치 정보 신호에 포함된 전송 세기 레벨에 따라, RF 송신부(330)를 제어하여 전송 세기를 변화시키며 위치 정보 신호를 센서 노드(120)로 연속적으로 전송한다. 그리고 상기 제어부(350)는 S560에서 상기 위치 정보 신호를 최대 전송 세기 레벨까지 전송했는지 여부를 판단하여 최대 전송 세기 레벨이 아닌 경우, S570 단계에서 전송 세기 레벨을 증가한 후 S550 단계 내지 S560 단계를 반복한다. 이 경우, 타이머를 사용하여 상기 위치 정보 신호를 전송하는 시간을 조절할 수도 있다.
상기 레퍼런스 노드(110)가 전송하는 위치 정보는 메시지 타입, 레퍼런스 노드의 ID, 절대 좌표, 전송세기 레벨, 최대 거리 및 최소 거리를 포함할 수 있다. 상기 메시지 타입은 레퍼런스 노드로부터 전송되는 정보가 위치 인식을 위한 것임을 식별하기 위한 정보를 위한 것이다. 상기 레퍼런스 노드의 ID는 다수의 레퍼런스 노드를 구별하기 위한 식별 정보를 위한 것이다. 그리고 상기 절대 좌표란 지리적인 코드 체계를 의미하고 그 예로 위도, 경도 좌표계가 있다. 상기 레퍼런스 노드(110)가 자신의 절대적인 위치 정보를 얻는 방법에는 여러 가지가 있는데, GPS를 이용한 위치 획득이 그 대표적인 예이다. 또한 상기 전송 세기 레벨이란 상기 레퍼런스 노드(110)에서 전송된 위치 정보 신호의 세기 정도를 의미한다. 상기 전송 세기 레벨이 높을수록 더 먼 거리까지 전송 가능하지만, 수신단에서의 신호의 세기(전력,power)는 작아진다. 상기 전송 세기 레벨은 센서 노드에서 측정되는 것이 아 니라, 레퍼런스 노드(110)에서 전송되는 위치 정보 신호에 포함되어 있는 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 센서노드(120)가 레퍼런스 노드(110)에 위치 정보 요청 신호를 전송하고, 이에 대응하여 레퍼런스 노드로부터 위치 정보 신호를 수신하는 과정을 나타내는 순서도이다.
우선, 센서노드의 제어부(450)는 필요에 의해 S610 단계에서 위치 정보 요청 신호를 RF 송신부(430)를 통해 레퍼런스 노드(110)로 전송한다. 그리고 상기 제어부(450)는 복수의 레퍼런스 노드(110)로부터 전송되는 위치 정보 신호를 RF 수신부(420)를 제어하여 수신하고 전달받는다. 그러면 상기 제어부(430)는 S620 단계에서 이를 인식하고, S630 단계에서 상기 전달받은 위치 정보 신호를 센서 노드의 저장부(440)에 일시적으로 저장한다. 그리고 상기 제어부(45)는 일정 시간이 경과하면 상기 저장부(440)에 저장된 레퍼런스 노드(110)들의 위치 정보를 추출하여 S640 단계에서 포지션 맵핑(Position mapping) 기술을 이용하여 센서 노드의 상대 위치 및 오차를 계산한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 센서노드가 레퍼런스 노드로부터 수신한 위치 정보 신호를 이용하여 자신의 상대 위치 및 오차를 계산하는 과정을 나타내는 순서도이다.
우선, 센서 노드의 제어부(450)는 레퍼런스 노드(110)로부터 전달받은 위치 정보를 센서 노드의 저장부(440)에 일시적으로 저장한 후, 일정 시간이 경과하면 상기 위치 정보를 추출하여 S705 단계에서 레퍼런스 노드들이 전송하는 전송 세기별 위치 정보 신호가 도달하는 영역 중 공통 영역을 추출한다. 이 경우, 센서 노드 는 같은 레퍼런스 노드들로부터 여러 전송 세기의 위치 정보 신호를 수신한 후, 그 중 가장 작은 전송 세기에서 전송된 위치 정보 신호만을 취한다. 예를 들어, 세기1에 의해 구분되는 영역에 존재하는 센서 노드는 세기1 내지 세기8 까지의 모든 세기의 신호를 수신하지만, 위치 인식에 사용되는 신호는 가장 작은 전송 세기에서 전송된 세기1의 신호뿐이다.
도 8은 상기와 같은 과정에 의해 형성된 복수의 레퍼런스 노드들이 전송하는 전송 세기별 위치 정보 신호의 공통 영역(810) 내부에 센서 노드(120)가 위치하는 상태를 도시한다. 레퍼런스 노드(110)가 센서 노드(120)로부터 위치 정보 요청 신호를 수신하면, 상기 레퍼런스 노드(110)는 위치 정보 신호에 포함되어 있는 전송 세기 정보에 따라, 전송 세기를 변경하며 위치 정보 신호를 센서 노드(120)로 전송한다. 여기서 상기 레퍼런스 노드(110)는 기본적으로 정사각형 형태로 배열될 수 있다. 그러면 상기 레퍼런스 노드(110)들로부터 전송되는 위치 정보 신호는 도면에 도시된 바와 같이 전송 세기별로 도넛 모양의 영역까지 전송 가능하고, 정사각형 형태로 배열된 4개의 레퍼런스 노드들의 전송 세기별 최대 값 및 최소 값에 의해 공통 영역(810)이 형성될 수 있다.
그리고 센서 노드의 제어부(450)는 복수의 레퍼런스 노드(110)로부터 전송된 위치 정보 중, 레퍼런스 노드(110)의 절대 좌표 정보를 이용하여 S710 단계에서 레퍼런스 노드들의 최대/최소 (x , y) 좌표 값을 추출한다.
도 9는 상기와 같은 과정에 의해 복수의 레퍼런스 노드들의 최대/최소 (x , y) 좌표 값을 추출하는 방법을 나타내는 도면이다. 레퍼런스 노드(110)로부터 전송 되는 위치 정보 신호에는 자신의 절대 좌표에 대한 정보가 포함되어 있어, 센서 노드의 제어부(430)는 상기 위치 정보 신호로부터 레퍼런스 노드(110)의 절대 좌표 값을 인식할 수 있다. 이 경우, 상기 레퍼런스 노드들은 정사각형 형태로 배치되었다고 가정하였으므로, 레퍼런스 노드들의 절대 좌표 값 중 최소 x 좌표 값은 xS, 최대 x 좌표 값은 xL, 최소 y 좌표 값은 yS, 최대 y 좌표 값은 yL이 될 것이다.
그리고 센서 노드의 제어부(450)는 S720 단계에서 상기 최대/최소 (x , y) 좌표 값으로부터 형성되는 정사각형 영역을 설정된 길이를 기준으로 가로, 세로 방향의 격자 모양(Grid)으로 분할한다. 그리고 상기 제어부(430)는 S730 단계에서 정사각형 내부 영역에서 가로, 세로 방향으로 분할되어 형성된 각각의 교차점에 관한 좌표 값이 공통 영역(810) 내부에 포함되는지 여부를 판단한다. 만약 임의의 교차점이 공통 영역(810) 내부에 포함된다면, 상기 제어부(450)는 S740 단계에서 저장부(440)를 제어하여 상기 교차점의 좌표 값을 저장하고, S750 단계에서 모든 교차점의 좌표 값에 대해 판단하였는지 여부를 판단한다. 만약, 모든 교차점에 대해 판단한 것이 아니라면, 상기 제어부(450)는 S760 단계에서 교차점의 좌표 값을 변경한 후, 모든 교차점에 대해 판단할 때 까지 S730 단계 내지 S760 단계를 반복한다. 반면, 임의의 좌표 값이 공통 영역(810)에 해당하지 않는다면 좌표 값을 저장하는 S740 단계를 거치지 않고 S750 단계에서 모든 교차점에 대해 판단하였는지를 판단하고, 모든 교차점에 대해 판단한 것이 아니라면, 상기 제어부(430)는 S760 단계에서 교차점에 관한 좌표 값을 변경한 후 모든 교차점에 대해 판단할 때 까지 S730 단계 내지 S760 단계를 반복한다.
도 10은 상기와 같은 과정에 의해 레퍼런스 노드들의 최대/최소 (x , y) 좌표 값에 의해 형성된 정사각형 영역을 설정된 길이의 격자(Grid) 모양으로 분할하고, 이로 인해 형성된 교차점이 공통 영역(810)에 포함되는지 여부를 판단하는 방법을 나타내는 도면이다. 이 경우 정사각형 영역 내부는 가로, 세로 방향으로 각각 m x n개의 격자 모양으로 각각 분할될 수 있다. 상기 분할로 인하여 상기 정사각형 영역 내부에는 m x n개의 교차점 (xα , yβ)(1010)들이 형성되고, 각 교차점은 자신의 고유의 절대 좌표 값을 갖는다. 그러면 센서 노드의 제어부(450)는 상기 각 교차점의 좌표 값 (xα , yβ)을 바꿔가며, 상기 교차점(1010)이 공통 영역(810)의 내부에 포함되는지 여부를 판단하고, 상기 공통 영역(810)에 포함되는 교차점의 좌표 값을 저장부(440)에 저장한다.
센서 노드의 제어부(450)는 모든 교차점에 대해 공통 영역(810)에 해당하는지 여부를 판단한 후 S770 단계에서 센서 노드의 위치에 대한 좌표 값을 계산한다. 상기 제어부(450)는 저장부(440)에 저장된 상기 공통 영역(810)에 포함되는 교차점의 좌표 값 중, 최대/최소 x, y 값을 각각 추출한다. 이 경우, 공통 영역(810)에 포함되는 최소 x 좌표가 xSS, 최대 x 좌표가 xSL, 최소 y 좌표가 ySS, 최대 y 좌표가 ySL 이라면, 센서 노드의 위치 (x, y)는 다음의 [식 1]과 같다.
[식 1]
Figure 112007082104422-PAT00001
그리고 상기 제어부(450)는 S780 단계에서 센서 노드 위치의 오차 범위를 계산하는데, 상기 오차 범위는 상기 센서 노드의 위치 (x, y)로부터 공통 영역(810)에 포함되는 좌표 값 중 최대, 최소 좌표 점들에 이르는 거리를 넘지 않는다.
도 11은 센서 노드의 제어부(450)가 센서 노드의 위치 (x, y)의 오차 범위를 구하는 방법을 나타내는 도면이다. 센서 노드의 위치는 공통 영역(810)에 포함되는 최소/최대 x, y 좌표 값들의 중점이며, 이것의 구체적인 수식은 상기 [식 1]에서 보여진 바와 같다. 그리고 상기 계산된 센서 노드 위치의 오차 범위는 상기 센서 노드의 위치 (x, y)와, 공통 영역(810)에 포함되는 최소/최대 x, y 좌표 값(도 11의 경우 (XSS, YSS), (XSL, YSS), (XSS, YSL), (XSL, YSL))과의 거리 중 가장 큰 값이며 이는 식 2에서 보여진 바와 같다.
[식 2]
Figure 112007082104422-PAT00002
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
도 1은 센서 노드가 레퍼런스 노드에 위치 정보 요청 신호를 전송하고, 이에 대한 응답으로 레퍼런스 노드로부터 전송되는 위치 정보 신호를 수신하는 과정을 나타내는 개략도.
도 2는 레퍼런스 노드가 전송 세기를 변경하며 자신의 위치 정보 신호를 전송하는 전송 범위 조절 기술에 의해 구분되어지는 영역을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 노드의 구조를 나타내는 구조도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 센서 노드의 구조를 나타내는 구조도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 노드가 전송 범위 조절 기술을 이용하여 자신의 위치 정보를 센서 노드에 전송하는 과정을 나타내는 순서도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 센서노드가 레퍼런스 노드에 위치 정보 요청 신호를 전송하고, 이를 수신하는 과정을 나타내는 순서도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 센서노드가 레퍼런스 노드로부터 수신한 위치 정보 신호를 이용하여 자신의 상대 위치 및 오차를 계산하는 과정을 나타내는 순서도.
도 8은 전송 세기별 최대 거리 및 최소거리의 공통 영역 내부에 센서 노드가 위치하는 상태를 나타내는 도면.
도 9는 레퍼런스 노드들의 최대/최소 (x , y) 좌표 값을 추출하는 방법을 나타내는 도면.
도 10은 레퍼런스 노드들의 최대/최소 (x , y) 좌표 값에 의해 형성된 정사 각형 영역을 설정된 길이의 격자 모양으로 분할하고, 이로 인해 형성된 교차점이 공통 영역에 포함되는지 여부를 판단하는 방법을 나타내는 도면.
도 11은 센서 노드의 제어부가 센서 노드의 위치 (x, y)의 오차 범위를 구하는 방법을 나타내는 도면.

Claims (19)

  1. 센서 네트워크의 위치 인식 시스템에 있어서,
    위치 정보를 가지는 복수의 레퍼런스 노드들과, 상기 레퍼런스 노드들의 위치 정보로부터 위치를 인식하는 센서 노드로 구성되며,
    상기 레퍼런스 노드들은 위치 정보 요청 신호 수신 시, 전송 세기 및 자신의 위치 정보를 포함하는 위치 정보 신호를 생성하는 제어부와,
    상기 위치 정보 요청 신호를 수신하여 상기 제어부에 전달하며, 상기 제어부의 전송 세기에 의해 송신 전력을 제어하며, 상기 위치 정보 신호를 전송하는 RF 통신부를 포함하며,
    상기 센서노드는 상기 복수의 인접한 레퍼런스 노드들로부터 수신한 위치 정보 신호를 이용하여 자신의 위치 및 오차를 계산하는 제어부와,
    상기 위치 정보 요청 신호를 전송하고, 상기 위치 정보 신호를 수신하여 상기 제어부에 전달하는 RF 통신부와,
    상기 인접한 복수의 레퍼런스 노드로부터 수신한 상기 위치 정보 신호를 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 노드의 제어부는 상기 복수의 인접한 레퍼런스 노드들이 전송하는 전송 세기별 위치 정보 신호가 도달하는 영역 중, 공통 영역을 추출하는 것을 특징 으로 하는 위치 인식 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서 노드의 제어부는 상기 복수의 인접한 레퍼런스 노드들로부터 형성되는 정사각형 영역을, 설정된 길이를 기준으로 가로, 세로 방향의 격자 모양(Grid)으로 분할하고, 이로 인해 형성된 격자 모양의 좌표 값들 중 상기 공통 영역에 포함되는 좌표 값을 추출하여, 상기 추출된 좌표 값의 중점을 상기 센서 노드의 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 노드의 제어부는 위치 정보 요청 신호를 수신하고, 랜덤 백오프 타임이 경과 한 후 자신의 위치 정보 신호를 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 노드는 절대적인 위치에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 노드는 정사각형 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 위치 인 식 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 센서 노드의 제어부는 같은 레퍼런스 노드로부터 전송된 위치 정보 신호 중, 최소 전송 세기의 위치 정보 신호만을 이용하여 위치 및 오차 범위를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 오차 범위는 상기 계산된 위치와 상기 공통 영역의 점에 이르는 거리 중 최대 거리인 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 위치 정보 신호는 메시지 타입, 레퍼런스 노드의 ID, 절대 좌표, 전송세기 레벨, 최대 거리 및 최소 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 절대 좌표는 위도, 경도 좌표계의 지리적 코드인 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  11. 복수의 레퍼런스 노드들과 센서 노드를 포함하는 센서 네트워크의 위치 인식 방법에 있어서,
    상기 센서 노드가 위치 정보 요청 신호를 전송하는 단계;
    상기 위치 정보 요청 신호를 수신한 복수의 인접한 레퍼런스 노드가 상기 위치 정보 요청 신호를 수신하고, 전송 세기를 가변하면서 위치 정보 신호를 상기 센서 노드로 전송하는 단계; 및
    상기 센서 노드가 상기 위치 정보 신호를 수신하고 분석하여, 자신의 위치 및 오차를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 레퍼런스 노드들은 정사각형 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 센서 노드가 자신의 위치를 계산하는 단계는 복수의 인접한 레퍼런스 노드들이 전송하는 전송 세기별 위치 정보 신호가 도달하는 영역 중 공통 영역을 추출하는 단계;
    상기 복수의 인접한 레퍼런스 노드들로부터 형성되는 정사각형 영역을, 설정된 길이를 기준으로 가로, 세로 방향의 격자 모양(Grid)으로 분할하는 단계;
    상기 격자 모양(Grid)으로 분할하여 형성된 좌표 값들 중 공통 영역에 포함 되는 좌표 값을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 좌표 값들의 중점을 센서 노드의 위치로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 인접한 레퍼런스 노드가 위치 정보 신호를 센서노드로 전송하는 단계는 상기 정보 요청 신호 수신 후, 랜덤 백오프 타임이 경과한 후에 전송하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 레퍼런스 노드는 절대적인 위치에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 센서 노드는 같은 레퍼런스 노드로부터 전송된 위치 정보 신호 중, 최소 전송 세기의 위치 정보 신호만을 이용하여 위치 및 오차 범위를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 오차를 계산하는 단계는 상기 계산된 센서 노드의 위치와 상기 공통 영 역의 좌표 값들에 이르는 거리 중 최대 거리를 추출하는 것임을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 위치 정보 신호는 메시지 타입, 레퍼런스 노드의 ID, 절대 좌표, 전송세기 레벨, 최대 거리 및 최소 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 절대 좌표는 위도, 경도 좌표계의 지리적 코드인 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
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