KR20090085333A - System and method for estimating the location of a mobile node based on snooping node using a received signal strength indication - Google Patents

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KR20090085333A
KR20090085333A KR1020080011168A KR20080011168A KR20090085333A KR 20090085333 A KR20090085333 A KR 20090085333A KR 1020080011168 A KR1020080011168 A KR 1020080011168A KR 20080011168 A KR20080011168 A KR 20080011168A KR 20090085333 A KR20090085333 A KR 20090085333A
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Abstract

A system and method for estimating the location of a mobile node based on snooping node using a received signal strength indication are provided to block an unnecessary operation with a coordinator in another indoor space. In the separated indoor space, a location of a mobile node is located based on a correction node(400) with presumption, and a mobile node(200) is determined whether it is moved from a second indoor space to a first indoor space. The mobile node receives a signal from a plurality of fixed nodes(100) and a plurality of data of each fixed node is obtained. A plurality of data of the obtained each fixed node is received from the mobile node. The representative received signal strength of each fixed node is produced by using a plurality of data of each fixed node.

Description

보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템 및 방법{System and method for estimating the location of a mobile node based on snooping node using a Received Signal Strength Indication}System and method for estimating the location of a mobile node based on snooping node using a Received Signal Strength Indication}

본 발명은 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서 네트워크 상에서 보정 노드에 의하여 분리된 영역으로 이동하는 이동 노드의 위치를 추정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for estimating a position of a mobile node based on a calibration node, and more particularly, to a system and method for estimating a position of a mobile node moving to an area separated by a calibration node on a sensor network. will be.

무선 센서 네트워크는 신뢰성이나 확장, 저가격, 배치 환경 및 전송매체 등의 다양한 요구를 수용하면서 다양한 환경에서 작동할 필요가 있다. IEEE 802.15.4에서 사용한 네트워크 통신방식은 WPAN의 기반을 통해 이루어지는 구성으로 인프라가 거의 필요 없는 형태로 제공되고 있다. 지그비 얼라이언스(Zegbee Alliance)는 네트워크 및 보안 계층까지 정의하고, 지그비 얼라이언스에서는 각 사업 및 서비스 분야에서 요구하는 사항의 다양성 및 복잡성을 보장하기 위해 스펙을 정의하였다.Wireless sensor networks need to operate in a variety of environments, meeting a variety of needs, including reliability, scalability, low cost, deployment environments and transmission media. The network communication method used in IEEE 802.15.4 is a configuration that is based on WPAN and is provided in a form that requires little infrastructure. The Zegbee Alliance defines the network and security layers as well, while the Zigbee Alliance defines specifications to ensure the diversity and complexity of the requirements of each business and service area.

예를 들어, 공장 생산 기계와 홈네트워크 가전의 제어 분야에서 각광을 받으며 데이터의 신뢰성 및 위치 인지라는 이슈가 중요한 부분으로 대두되고, 이러한 이슈들이 표준에 반영되고 있다. For example, in the field of control of factory production machines and home network appliances, the issue of reliability and location of data is an important part, and these issues are reflected in the standard.

노드의 위치를 탐지 하기 위해서는 사건 탐지(event detection), 위치 인지 기반 계산(location awareness dependent computing) 및 지리적 트레킹(geographic tracking)등의 기술이 필요하다.  센서 네트워크 관점에서 신뢰성(Reliability)과 데이터 신뢰성(Robust)에 많은 연구가 이루어지고 있지만, 위치 인지에서는 수신 신호의 신뢰성(Confidence)을 확보할 수 있는 방법 및 시스템이 필요한 실정이다.In order to detect the location of a node, techniques such as event detection, location awareness dependent computing, and geographic tracking are required. Although much research has been conducted on reliability and data reliability from the viewpoint of a sensor network, there is a need for a method and a system capable of securing the reliability of a received signal in location recognition.

한편, 센서 네트워크에서의 위치 추정은 RF(Radio Frequency)를 이용하여 위치 추정하는 시스템에서 GPS(Global Positioning System) 시스템과 동일한 역할을 할 수 있다. 센서 네트워크에서는 음영지역(Line-of-Sight)이 없으면서, RF(Radio Frequency)에 의해 수신된 신호 값을 이용하여 위치를 추정하기 위해 추출된 값의 신뢰성을 높이는 방안이 필요하다.On the other hand, the position estimation in the sensor network may play the same role as the Global Positioning System (GPS) in the system for position estimation using RF (Radio Frequency). In the sensor network, there is a need for a method of improving the reliability of the extracted value in order to estimate a location using a signal value received by a radio frequency (RF) without a line-of-sight.

송신 노드의 전력 스펙트럼 밀도, 변조 품질(EVM 포함)에 대한 RF의 신호는 일정하지만 수신 노드는 다중경로와 노이즈, 도체 등의 영향으로 왜곡된 신호의 값을 얻을 수 있다. 따라서, 정확한 위치를 얻는 것이 쉽지 않다. The RF signal on the power spectral density and modulation quality (including EVM) of the transmitting node is constant, but the receiving node can obtain the value of the distorted signal due to the effects of multipath, noise, and conductors. Therefore, it is not easy to get the exact position.

또한, 센서 네트워크에서는 수십 개에서 수백, 수천 또는 수만 개의 노드를 설치하기에 각 노드에 대하여 적은 비용이 요구되며, 각 노드의 유지 보수를 간편하게 하기 위하여 각 노드의 배터리 소모가 최대한 줄일 필요가 있다. In addition, in the sensor network, a small cost is required for each node to install tens to hundreds, thousands, or tens of thousands of nodes, and the battery consumption of each node needs to be reduced as much as possible to simplify maintenance of each node.

이와 함께, 고층 건물 또는 건물 내의 넓은 지역에는 방, 사무실, 구역 등에 의하여 복수의 영역으로 분리되어, 칸막이 또는 벽 등의 장애물에 의하여 신호의 송수신에 있어 왜곡이 증가될 수 있다. In addition, the high-rise building or a large area within the building is divided into a plurality of areas by rooms, offices, areas, etc., and distortion may be increased in transmission and reception of signals by obstacles such as partitions or walls.

따라서, 센서 네트워크에 있어서, 센서 네트워크의 영역 범위내에서 이동 중인 이동 노드의 위치를 추정하기 위하여 전력 소모를 줄이면서 신호의 왜곡에 강인하게(Robust) 작동할 수 있는 위치 추정 시스템 및 방법이 필요하다.Therefore, in the sensor network, there is a need for a position estimation system and method capable of robustly operating on signal distortion while reducing power consumption in order to estimate the position of a mobile node moving within the area range of the sensor network. .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 분리된 실내 공간 상으로 이동하는 이동 노드의 위치를 보정 노드를 도입하여 해당 실내 공간의 코디네이터와 고정 노드를 활성화시켜 이동 노드의 위치를 추정할 수 있는 위치추정 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.According to an embodiment of the present invention, a position estimation method for estimating the position of a mobile node by activating a coordinator and a fixed node of the corresponding indoor space by introducing a correction node for the position of the mobile node moving on the separated indoor space. And to provide a system.

이와 함께, 실내 공간 내의 장애물 등의 다중 경로 간섭 또는 신호 왜곡을 감지하고, 이를 고려하여 이동 노드의 위치를 추정할 수 있는 위치추정 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object of the present invention to provide a location estimation method and system that can detect the multi-path interference or signal distortion, such as obstacles in the indoor space, and estimate the position of the mobile node in consideration of this.

또한, 실시간으로 변동되는 수신 신호 강도의 복수의 데이터로부터 대표 수신 신호 강도를 산출하여, 위치 추정에 있어 정확성을 높일 수 있는 위치추정 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a position estimation method and system that can calculate a representative received signal strength from a plurality of pieces of received signal strength fluctuating in real time and increase accuracy in position estimation.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 분리된 실내 공간에서 보정 노드를 기반으로 하여 이동 노드의 위치를 추정하는 방법에 있어서, 상기 이동 노드가 제2 실내 공간에서 제1 실내 공간으로의 이동 여부를 판별하는 단계; 상기 이동 노드가 제1 실내 공간으로 이동한 경우에 상기 제1 실내 공 간에 배치되어 있는 복수의 고정노드 각각으로부터 신호를 수신하여 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득된 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터를 상기 이동 노드로부터 수신하는 단계; 상기 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터를 이용하여 각 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도를 산출하는 단계; 및 상기 각 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도를 이용하여 상기 이동 노드에 대한 상기 각 고정 노드로부터의 상대 위치를 추정하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a method of estimating a position of a mobile node based on a correction node in a plurality of separate indoor spaces according to an embodiment of the present invention, wherein the mobile node is the first in the second indoor space; Determining whether to move to an indoor space; Receiving a signal from each of a plurality of fixed nodes arranged in the first indoor space when the mobile node moves to a first indoor space to obtain a plurality of data for each fixed node; Receiving from the mobile node a plurality of data for each fixed node obtained; Calculating a representative received signal strength for each fixed node using a plurality of data for each fixed node; And estimating a relative position from each fixed node relative to the mobile node using the representative received signal strength for each fixed node.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 분리된 실내 공간에서 보정 노드를 기반으로 하여 이동 노드의 위치를 추정하는 시스템에 있어서, 제1 실내 공간상에서 일정한 세기의 신호를 송신하는 하나 이상의 고정 노드; 상기 각 고정 노드로부터 전송된 수신 신호 강도(RSSI)를 시간에 따라 감지하여 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터를 획득하는 이동 노드; 제2 실내 공간과 상기 제1 실내 공간의 중간 영역에 위치하여 상기 이동 노드가 상기 제2 실내 공간으로부터 제1 실내 공간으로 이동하였는지를 판단하는 보정 노드; 및 상기 이동 노드로부터 상기 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터를 수신하여 상기 이동 노드의 위치를 추정하는 코디네이터를 포함한다.In order to achieve the above object, in a system for estimating the position of a mobile node based on a correction node in a plurality of separate indoor spaces according to another embodiment of the present invention, a signal having a constant intensity is transmitted on the first indoor space. One or more fixed nodes; A mobile node that detects a received signal strength (RSSI) transmitted from each fixed node over time to obtain a plurality of data for each fixed node; A correction node positioned in an intermediate region of a second indoor space and the first indoor space to determine whether the mobile node has moved from the second indoor space to the first indoor space; And a coordinator which receives a plurality of data for each fixed node from the mobile node and estimates the location of the mobile node.

상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 분리된 실내 공간 상으로 이동하는 이동 노드의 위치를 보정 노드를 도입하여 해당 실내 공간의 코디네이터와 고정 노드를 활성화시켜 이동 노드의 위치를 추정함으로써 다른 실내 공간에 위치하는 코디네이터와 고정 노드의 불필요한 동작을 막을 수 있다.According to an embodiment of the present invention as described above, the position of the mobile node moving on the separated indoor space by introducing a correction node to activate the coordinator and the fixed node of the corresponding indoor space to estimate the position of the mobile node by different Unnecessary operation of the coordinator and the fixed node located in the indoor space can be prevented.

이와 함께, 실내 공간 내의 장애물 등의 다중 경로 간섭 또는 신호 왜곡을 고려하여 이동 노드의 위치를 추정함으로써 이동 노드의 위치 추정에 정확성을 높일 수 있다.In addition, by estimating the position of the mobile node in consideration of multipath interference or signal distortion, such as an obstacle in an indoor space, it is possible to increase the accuracy of the position estimation of the mobile node.

또한, 실시간으로 변동되는 수신 신호 강도의 복수의 데이터로부터 대표 수신 신호 강도를 산출하여 위치 추정을 함으로써 이동 노드의 위치 추정에 정확성을 높일 수 있다.In addition, by calculating a representative received signal strength from a plurality of data of the received signal strength fluctuating in real time and performing position estimation, the accuracy of the position estimation of the mobile node can be improved.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템에서 고정 노드와 이동 노드의 동작을 보여주며, 도 1b는 거리 에 따른 수신 신호 강도를 실내와 실외에서 측정한 예를 보여준다.FIG. 1A illustrates the operation of a fixed node and a mobile node in a position estimation system of a mobile node based on a correction node according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B measures received signal strengths according to distances indoors and outdoors. An example is shown.

도 1a를 참조하면, 고정 노드(100)는 일정한 위치에 고정되어 위치할 수 있다. 고정 노드(100)는 일정한 강도를 가지는 신호를 전송한다. 고정 노드(100)는 RF(Radio Frequency)를 송신할 수 있는 임의의 기기 또는 센서 노드를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1A, the fixed node 100 may be fixedly positioned at a predetermined position. The fixed node 100 transmits a signal having a constant strength. The fixed node 100 may include any device or sensor node capable of transmitting a radio frequency (RF).

이동 노드(200)는 고정 노드(100)에 의해 송신된 신호를 수신할 수 있다. 이동 노드(200)는 실시간으로 위치 이동이 가능하며, 사용자의 몸에 부착되거나 또는 각종 다양한 기기에 부착되어 이동될 수 있다. 이동 노드(200)는 RF 신호를 수신하여, RF 신호의 강도를 감지할 수 있다. 여기서, 감지된 신호의 강도를 수신 신호 강도(RSSI)이라고 할 수 있다. The mobile node 200 may receive a signal transmitted by the fixed node 100. The mobile node 200 may move its position in real time and may be attached to a user's body or attached to various devices. The mobile node 200 may receive the RF signal and detect the strength of the RF signal. The strength of the detected signal may be referred to as a received signal strength (RSSI).

이와 같이, 고정 노드(100) 및/또는 이동 노드(200)를 센서 노드라 할 수 있고, 상기 복수의 센서 노드에 의해 형성되는 네트워크를 센서 네트워크라 칭할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서의 고정 노드(100), 이동 노드(200) 등은 RF 신호를 송신 및 수신할 수 있으므로 소스의 역할 및 수신기의 역할을 할 수 있다.As such, the fixed node 100 and / or the mobile node 200 may be referred to as a sensor node, and a network formed by the plurality of sensor nodes may be referred to as a sensor network. The fixed node 100, the mobile node 200, etc. in one embodiment of the present invention may transmit and receive RF signals, and thus may serve as sources and receivers.

도 1b를 참조하면, 도 1a에서와 같이 고정 노드(100)로부터 송신된 신호를 이동 노드(200)가 이동하면서 수신한여 수신 신호 강도(RSSI)를 감지한 결과를 보여준다. Referring to FIG. 1B, as shown in FIG. 1A, the mobile node 200 receives a signal transmitted from the fixed node 100 while the mobile node 200 moves and detects the received signal strength RSSI.

이동 노드(200)에서 감지되는 수신 신호 강도는 거리에 따라 낮아질 수 있다. 한 지점에서 약 15초 정도의 수신 신호에 대한 평균 값을 측정한 것으로서, 거리가 증가하면서 실외에서의 수신 신호 강도의 감쇄가 더 크게 이루어짐을 알 수 있다. 여기서, 수신된 수신 신호 강도(RSSI) 값은 0부터 255까지의 양자화(Quantization)된 정수로 표현된 값으로써, 소스에 가까울 수록 255에 가까워진다. 하지만, 상기 스케일은 하나의 예에 지나지 아니하며, 사용자 또는 시스템에 의하여 다양한 스케일(scale) 값을 가질 수 있다.The received signal strength detected by the mobile node 200 may be lowered with distance. As the average value of the received signal of about 15 seconds at one point is measured, it can be seen that the reduction in the strength of the received signal in the outdoor is increased as the distance increases. In this case, the received received signal strength (RSSI) value is expressed as a quantized integer from 0 to 255, and the closer to the source, the closer to 255. However, the scale is only one example and may have various scale values by the user or the system.

도 1c는 실내에서의 거리에 따른 수신 신호 강도의 편차를 보여주며, 도 1d는 실외에서의 거리에 따른 수신 신호 강도의 편차를 보여준다.FIG. 1C illustrates a variation in received signal strength with distance from a room, and FIG. 1D illustrates variation in received signal strength with a distance from an outdoor location.

도 1c 및 도 1d를 참조하면, 실내에서 수신된 수신 신호 강도의 편차는 실외에서 수신된 신호 강도의 편차보다 상대적으로 크다. 이는 실내에서 수신된 수신 신호 강도가 실외에서 수신된 신호 강도에 비하여 안정성이 떨어질 수 있으며, 이로 인하여 실내에서 수신된 신호 강도를 이용하여 위치 추정을 하는 경우에 실외에서 위치 추정을 하는 경우보다 오차가 커질 수 있다.1C and 1D, the variation in the received signal strength received indoors is relatively greater than the variation in the signal strength received outdoors. This is because the received signal strength received indoors may be less stable than the signal strength received outdoors. Therefore, when the location estimation is performed using the signal strength received indoors, the error may be less than that of the outdoor location estimation. Can be large.

전체적으로 살펴보면, 거리가 멀어지면서 편차가 점차적으로 증가될 수 있다. 이러한 편차가 증가되면서, 수신 신호 강도가 일정한 추세를 가지면서 감소될 수 있다. 감소의 형태는 불규칙적이며, 실내에서의 수신 신호 강도의 편차는 실외에서의 수신 신호 강도의 편차보다 크다. 편차가 작은 경우에는 수신 신호 강도의 평균을 거리로 변환하더라도 큰 오차가 발생하지 않지만, 편차가 큰 경우에는 수신 신호 강도의 평균을 변화하는 경우에 오차가 크게 발생할 수 있다.Taken as a whole, the deviation may gradually increase as the distance increases. As this deviation increases, the received signal strength may decrease with a constant trend. The form of the reduction is irregular, and the deviation of the received signal strength in the room is greater than the deviation of the received signal strength in the outdoors. If the deviation is small, a large error does not occur even when the average of the received signal strength is converted to the distance. However, if the deviation is large, the error may be large when the average of the received signal strength is changed.

이와 같이, 실내에서의 수신 신호 강도의 편차가 실외에서의 수신 신호 강도의 표준 편차가 상대적으로 큼을 알 수 있다. 일반적인 실내에서는 수신 신호 강도의 편차가 실외에서보다 크기 때문에 실내에서는 감지된 수신 신호 강도를 이용하 여 이동 노드(200)의 위치를 신뢰성 있게 추정할 수 없다. 따라서, 실외뿐만 아니라 실내에서도 수신 신호 강도를 감지하여, 이동 노드(200)의 위치를 신뢰성 있게 추정할 수 있는 시스템 및 방법이 필요하다. As such, it can be seen that the deviation of the received signal strength in the room is relatively large in the standard deviation of the received signal strength in the outdoor. Since the variation of the received signal strength is larger in the indoor than in the outdoor, the location of the mobile node 200 cannot be reliably estimated using the received received signal strength indoors. Accordingly, there is a need for a system and method capable of reliably estimating the position of the mobile node 200 by sensing the received signal strength not only outdoors but also indoors.

도 2a 및 도 2b는 일반적인 코디네이터 기반의 센서 네트워크에서 통신 영역을 클러스터 별로 구분하는 예를 보여준다. 도 3a, 3b 및 3c는 일반적인 코디네이터 기반의 센서 네트워크에서 통신 영역에서 이동 노드와 코디네이터 사이에 통신을 수행하는 일 예를 보여준다.2A and 2B show examples of classifying communication areas by clusters in a general coordinator-based sensor network. 3A, 3B, and 3C illustrate an example of performing communication between a mobile node and a coordinator in a communication area in a general coordinator-based sensor network.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 각 코디네이터(Coordinator, 301; 302)는 각 클러스터 영역(10; 20)을 가진다. 여기서, 클러스터 영역은 하나의 코디네이터에 의하여 이동 노드(200)의 위치 추정을 할 수 있는 독립된 영역으로서, 각각의 클러스터 영역(10; 20) 내에서는 이동 노드(200)의 위치를 추정할 수 있다. 2A and 2B, each coordinator 301; 302 has each cluster area 10; 20. Here, the cluster region is an independent region capable of estimating the position of the mobile node 200 by one coordinator, and may estimate the position of the mobile node 200 in each cluster region 10 (20).

상기 클러스터 영역은 도 2a와 같이 서로 분리되어 위치할 수도 있고, 도 2b에서와 같이 서로의 클러스터 영역이 겹쳐지게 배치될 수도 있다. The cluster regions may be separated from each other as shown in FIG. 2A, or the cluster regions of the cluster regions may overlap each other as shown in FIG. 2B.

도 3a는 일반적인 클러스터 영역에서 이동 노드(200)가 제1 클러스터 영역(10)에서 제2 클러스터 영역(20)으로 이동시에 이동 노드(200)와 각 코디네이터(300; 301) 간에 통신을 하는 예를 보여준다. 3A illustrates an example in which the mobile node 200 communicates between the mobile node 200 and each coordinator 300 (301) when the mobile node 200 moves from the first cluster area 10 to the second cluster area 20 in a general cluster area. Shows.

일반적으로 코디네이터와 이동 노드(200)는 충돌(Collision) 또는 혼선을 방지하기 위하여 시간을 분할하여 통신할 수 있다. 예를 들어, 이동 노드(200)가 제1 클러스터 영역(10)에 있는 경우에는 제1 클러스터 영역에 있는 제1 코디네이터(300)와 시간을 분할하여 통신할 수 있다. 이동 노드(200)가 데이터를 송수신할 때에는 제1 코디네이터(300)가 쉬며(Inactive), 제1 코디네이터(300)가 데이터를 송수신할 때에는 이동 노드(200)가 쉰다. 한편, 데이터 송수신에서는 비콘(Beacon)을 함께 전송할 수 있다. 비콘은 센서 네트워크의 존재를 알리며, 네트워크의 유지 보수의 역할을 담당하는 프레임을 말한다. 비콘은 이동 노드(200) 및/또는 코디네이터(300; 301)가 센서 네트워크에서 올바르게 작동하기 위하여 채널 상태 감지, 파라미터 대응, 네트워크 인식 등을 위하여 주기적으로 송수신될 수 있다. In general, the coordinator and the mobile node 200 may communicate in a time-division manner to prevent collision or crosstalk. For example, when the mobile node 200 is in the first cluster region 10, the mobile node 200 may communicate with the first coordinator 300 in the first cluster region by dividing time. The first coordinator 300 is inactive when the mobile node 200 transmits and receives data, and the mobile node 200 is resting when the first coordinator 300 transmits and receives data. Meanwhile, in data transmission and reception, beacons may be transmitted together. Beacons indicate the existence of a sensor network and are frames that play a role in maintaining the network. The beacon may be periodically transmitted and received for channel state detection, parameter correspondence, network recognition, etc. in order for the mobile node 200 and / or coordinator 300; 301 to work correctly in the sensor network.

이동 노드(200)가 도1 에서와 같이 제1 클러스터 영역(10)에서 제2 클러스터 영역(20)으로 이동하는 경우에는 제1 코디네이터(300)는 이동 노드(200)가 제1 클러스터 영역(10)을 벗어난 것으로 판단하여 슬립 모드로 들어가며, 제2 코디네이터(301)가 이동 노드(200)가 제2 클러스터 영역(20)으로 이동하였음을 감지하거나 또는 코디네이터에 유선 또는 무선으로 연결된 시스템 서버(미도시됨)으로 이동 노드(200)의 이동 여부를 전달 받아 동작을 시작할 수 있다.When the mobile node 200 moves from the first cluster region 10 to the second cluster region 20 as shown in FIG. 1, the first coordinator 300 moves the mobile node 200 to the first cluster region 10. The system server (not shown) that enters the sleep mode and determines that the mobile node 200 has moved to the second cluster area 20 or is wired or wirelessly connected to the coordinator. The mobile node 200 receives the movement of the mobile node 200 to start the operation.

이동 노드(200)가 제2 클러스터 영역(20)으로 이동하여, 제2 코디네이터(301)의 동작 시작시에 제2 코디네이터(301)와 이동 노드(200) 사이에 비콘에 대한 스케줄링 조정 및/또는 이동 노드의 동작에 대한 스케줄링 조정이 이루어 지지 않은 상태에서 이동 노드(200)와 제2 코디네이터(301)의 동작은 서로 충돌이 발생할 수 있다. The mobile node 200 moves to the second cluster area 20 to coordinate scheduling and / or scheduling beacons between the second coordinator 301 and the mobile node 200 at the start of operation of the second coordinator 301. In a state in which scheduling adjustment for the operation of the mobile node is not made, operations of the mobile node 200 and the second coordinator 301 may collide with each other.

도 3b는 도2b에서와 같이 이동 노드(200)가 제1 클러스터 영역(10)에서 제2 클러스터 영역(20)으로 이동시에 이동 노드(200)와 각 코디네이터(300; 301) 간에 통신 하는 예를 보여준다. 3B illustrates an example in which the mobile node 200 communicates between the mobile node 200 and each coordinator 300 (301) when the mobile node 200 moves from the first cluster area 10 to the second cluster area 20 as shown in FIG. 2B. Shows.

일반적으로 코디네이터(300; 301) 간에 클러스터 영역(10; 20)이 서로 겹쳐지는 경우에는 각 코디네이터(300; 301) 간에 서로 통신을 유선 또는 무선 상으로 할 수 있다. 따라서, 이동 노드(200)가 겹치는 영역에서 다른 클러스터 영역으로 이동하더라도 각 코디네이터(300; 301)의 동작을 스케줄러를 통하여 조정함으로써 이동 노드(200)의 위치를 충돌없이 추정할 수 있다.In general, when the cluster regions 10 and 20 overlap each other between the coordinators 300 and 301, the coordinators 300 and 301 may communicate with each other by wire or wirelessly. Therefore, even if the mobile node 200 moves from the overlapping area to another cluster area, the location of the mobile node 200 can be estimated without collision by adjusting the operations of the coordinators 300 and 301 through the scheduler.

한편, 도 3b의 경우에서도 도 2b의 상황하에서 스케줄러의 조정이 없거나 또는 겹치는 영역에서 제1 코디네이터(300)와 이동 노드(200) 사이에 통신을 주고 받다가 갑자기 제2 코디네이터(301) 만의 클러스터 영역으로 이동 노드(200)가 이동하는 경우에 제2 코디네이터(301)와 이동 노드(200) 사이에 충돌이 발생할 수 있다. 이는 제1 코디네이터(300)의 제1 클러스터 영역(10)에 제2 코디네이터(301)가 속하지 아니하여, 제1 코디네이터(300)와 제2 코디네이터(301)끼리의 스케줄러 조정이 되지 않게 된다. 따라서, 이동 노드(200)가 제2 클러스터 영역(20)으로 이동 시에 제2 코디네이터(301)와 이동 노드(200) 간에도 스케줄러 조정이 되지 않아, 데이터 송수신에 충돌이 발생할 수 있다.Meanwhile, even in the case of FIG. 3B, under the situation of FIG. 2B, communication between the first coordinator 300 and the mobile node 200 is suddenly transferred to the cluster area of the second coordinator 301 only in the absence or overlapping area of the scheduler. When the mobile node 200 moves, a collision may occur between the second coordinator 301 and the mobile node 200. This is because the second coordinator 301 does not belong to the first cluster region 10 of the first coordinator 300, so that scheduler adjustment between the first coordinator 300 and the second coordinator 301 is not performed. Accordingly, when the mobile node 200 moves to the second cluster area 20, scheduler adjustment is not performed between the second coordinator 301 and the mobile node 200, and thus a collision may occur in data transmission and reception.

도 3c에서는 충돌 방지를 위한 채널 초기화를 수행하는 예를 보여준다. 도 3을 참조하면, 이동 노드(200)가 제1 코디네이터(300)의 제1 클러스터 영역(10)을 벗어나 제2 클러스터 영역(20)으로 이동 시에 제2 코디네이터(301)와 이동 노드(200) 간의 데이터 송수신에 있어 충돌 방지를 위하여 먼저 채널을 초기화를 할 수 있다. 채널 초기화는 이동 노드(200)가 새로운 클러스터 영역으로 이동에 대하여 새로운 클러스터 영역 내에서 채널을 셋업(Setup)하는 재접속 과정을 수행할 수 있다.  3C shows an example of performing channel initialization for collision prevention. Referring to FIG. 3, when the mobile node 200 moves out of the first cluster area 10 of the first coordinator 300 to the second cluster area 20, the second coordinator 301 and the mobile node 200 are moved. Channels can be initialized first in order to prevent collisions in data transmission and reception. The channel initialization may perform a reconnection process in which the mobile node 200 sets up a channel in the new cluster region with respect to the movement to the new cluster region.

상기의 재접속 과정의 일정한 시간 간격 동안에는 다른 클러스터 영역으로 이동한 이동 노드(200)의 위치 추정 및/또는 데이터 송수신이 불가하다. 따라서, 이동 노드(200)가 계속적으로 이동하는 상태에서는 일정한 시간 간격 동안의 이동 노드(200)의 위치 궤적을 추적할 수 없는 상태가 될 수 있고, 재접속 과정에 채널 셋업을 거치면서 실질적으로 이동 노드(200)의 위치 추정에 필요한 데이터의 송수신 샘플링이 하락되어 데이터의 신뢰성이 떨어질 수 있다.During a predetermined time interval of the reconnection process, the position estimation and / or data transmission and reception of the mobile node 200 moved to another cluster area is not possible. Therefore, in a state in which the mobile node 200 continuously moves, the position trajectory of the mobile node 200 cannot be tracked for a predetermined time interval, and the mobile node substantially undergoes channel setup during the reconnection process. The transmission / reception sampling of data required for the position estimation of 200 may be reduced, thereby reducing the reliability of the data.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 이동 노드(200)가 소정의 클러스터 영역을 벗어나 다른 클러스터 영역으로 이동시에 발생할 수 있는 충돌 또는 초기화 셋업 등에 의하여 이동 노드(200)의 위치 추정에 불연속성 및 시스템 성능 저하를 줄이고자 보정 노드(Snooping Node)를 도입할 수 있다. 보정 노드의 도입으로 인하여 이동 노드(200)가 복수개의 클러스터 영역 상에서 각 클러스터 영역으로 빈번하게 이동하는 경우에 이동 노드(200)의 위치 추정을 연속적으로 할 수 있고, 채널 초기화로 인한 시간 지연을 줄일 수 있다.Therefore, in one embodiment of the present invention, discontinuity and system performance deterioration in estimation of the position of the mobile node 200 due to collision or initialization setup that may occur when the mobile node 200 moves out of a predetermined cluster area to another cluster area. In order to reduce this, a snooping node may be introduced. Due to the introduction of the correction node, when the mobile node 200 frequently moves to each cluster area on the plurality of cluster areas, position estimation of the mobile node 200 can be continuously performed, and time delay due to channel initialization can be reduced. Can be.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템에서의 보정 노드가 도입된 클러스터 영역을 개략적으로 보여준다.4A and 4B schematically illustrate a cluster region in which a correction node is introduced in a position estimation system of a mobile node based on a correction node according to an embodiment of the present invention.

도 4a를 참조하면, 제1 클러스터 영역(10)과 제2 클러스터 영역(20)을 각각 벗어난 중간 영역에서 보정 노드(400)를 도입하는 경우에, 보정 노드에 의하여 제1 코디네이터(300)와 제2 코디네이터(301)가 커버(cover)하지 못하는 영역을 줄일 수 있다. 따라서, 이동 노드(200)가 제1 클러스터 영역(10)을 벗어나 제2 클러스터 영역(20)으로 이동 되기 전에도 보정 노드(400)를 이용하여 이동 노드(200)의 이동을 추적할 수 있다.Referring to FIG. 4A, in the case where the correction node 400 is introduced in an intermediate region deviating from the first cluster region 10 and the second cluster region 20, the first coordinator 300 and the first coordinator 300 and the first coordinator 300 may be formed. The area where the second coordinator 301 cannot cover can be reduced. Therefore, even before the mobile node 200 moves out of the first cluster region 10 to the second cluster region 20, the movement of the mobile node 200 may be tracked using the correction node 400.

도 4b를 참조하면, 제1 클러스터 영역(10)과 제2 클러스터 영역(20)이 겹치는 영역에서 보정 노드(400)가 제1 코디네이터(300) 또는 제2 코디네이터(301)로부터 이동 노드(200)의 위치 정보 또는 이동 궤적 정보를 전달 받아, 이동 노드(200)가 다른 클러스터 영역으로 이동 시에 곧바로 이동 노드(200)의 위치 추정을 연속적으로 수행할 수 있다. Referring to FIG. 4B, in the region where the first cluster region 10 and the second cluster region 20 overlap, the correction node 400 moves from the first coordinator 300 or the second coordinator 301 to the mobile node 200. By receiving the position information or the movement trajectory information of, the mobile node 200 can perform the position estimation of the mobile node 200 immediately when moving to another cluster area.

상기와 같이, 보정 노드(400)를 도입함으로써 이동 노드(200)와 코디네이터(300; 301)과의 출돌을 방지하면서, 채널 초기화 과정이 없이 연속적으로 데이터 송수신에 의하여 이동 노드(200)의 위치 추정을 할 수 있다.As described above, the position estimation of the mobile node 200 by continuously transmitting and receiving data without a channel initialization process while preventing the mobile node 200 and the coordinator 300 (301) from coming in by introducing the correction node 400. can do.

도 5는 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템에서 이동 노드의 위치 추정을 위하여 보정 노드, 코디네이터 및 이동 노드의 통신 과정을 보여준다. 도 5에서는 이동 노드(200)가 도 4a 및 도 4b의 제1 클러스터 영역(10)에서 제2 클러스터 영역(20)으로 이동하는 경우이다. 5 illustrates a communication process of a correction node, a coordinator, and a mobile node for estimating the position of the mobile node in the position estimation system of the mobile node based on the correction node according to an embodiment of the present invention. In FIG. 5, the mobile node 200 moves from the first cluster region 10 to the second cluster region 20 of FIGS. 4A and 4B.

제1 클러스터 영역(10)에 이동 노드(200)가 있는 경우에는 보정 노드(400), 제1 코디네이터(300), 이동 노드(200)는 각각 시분할된 채널을 통하여 데이터를 송수신할 수 있다. 이 때, 제2 클러스터 영역(20)에 위치하는 제2 코디네이터(301)는 슬립 모드로 있으며, 단순히 데이터의 수신하는 상태이다. 한편, 보정 노드(400)에 도 상대적으로 짧은 시간만큼의 시분할될 채널이 할당되어, 이동 노드(200)가 제1 클러스터 영역(10)과 제2 클러스터 영역(20)의 경계 부근 또는 경계 부근에 위치한 보정 노드(400)에 근접하고 있는지를 감지할 수 있다. When the mobile node 200 is located in the first cluster area 10, the correction node 400, the first coordinator 300, and the mobile node 200 may transmit and receive data through time-divided channels, respectively. At this time, the second coordinator 301 located in the second cluster area 20 is in a sleep mode and is simply in a state of receiving data. Meanwhile, a channel to be time-divided for a relatively short time is also allocated to the correction node 400 so that the mobile node 200 is located near or near the boundary between the first cluster region 10 and the second cluster region 20. It may be detected whether the proximity to the correction node 400 is located.

이동 노드(200)가 제1 클러스터 영역(10)에서 제2 클러스터 영역(20)으로 이동하는 경우에 보정 노드(400)는 이동 노드(200)가 제2 클러스터 영역(20)으로 진입하는지를 감지하고, 제2 클러스터 영역(20)으로의 진입 시에는 제1 클러스터 영역(10)에서의 이동 노드(200)의 위치 정보 및 채널 정보를 제2 코디네이터(301)에게 유선 또는 무선으로 전송할 수 있다. 따라서, 제2 클러스토 영역(200)으로 이동한 이동 노드(200), 제2 코디네이터(301) 및 보정 노드(400)에 각각 연속적으로 할당되는 시분할 채널을 통하여, 서로 다른 시간에 데이터를 송수신할 수 있다.When the mobile node 200 moves from the first cluster area 10 to the second cluster area 20, the correction node 400 detects whether the mobile node 200 enters the second cluster area 20. When entering the second cluster area 20, the location information and the channel information of the mobile node 200 in the first cluster area 10 may be transmitted to the second coordinator 301 by wire or wirelessly. Accordingly, data may be transmitted and received at different times through time-division channels sequentially allocated to the mobile node 200, the second coordinator 301, and the correction node 400 respectively moved to the second cluster area 200. Can be.

상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에서와 같이 보정 노드(400)를 도입함으로써 이동 노드(200)가 기존의 코디네이터(300)가 관장하는 클러스터 영역을 벗어나 다른 클러스터 영역으로 이동하는 경우에도 초기화 없이 연속적으로 이동 노드의 위치를 추정할 수 있고, 보정 노드(400)로 인하여 미리 시분할 영역이 연속적으로 할당되어 각 구성 요소간의 데이터 송수신에 충돌을 방지할 수 있다.As described above, even when the mobile node 200 moves out of the cluster area managed by the existing coordinator 300 to another cluster area by introducing the correction node 400 as in the embodiment of the present invention, the initialization node 400 is not initialized. The position of the mobile node may be estimated continuously, and the time-division region may be continuously allocated in advance by the correction node 400 to prevent collisions in data transmission and reception between each component.

한편, 이하에서의 본 발명의 일 실시예을 설명함에 있어서 클러스터 영역(10; 20)을 실내에서의 분리된 실내 공간으로 칭할 수 있고, 각 코디네이터는 각 분리된 실내 공간에서의 이동 노드(200)의 위치를 추정할 수 있다.Meanwhile, in the following description of an embodiment of the present invention, the cluster regions 10 and 20 may be referred to as separate indoor spaces in the room, and each coordinator may be referred to as the mobile node 200 in each separate indoor space. The location can be estimated.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템이며, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반 으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템이 동작되는 상황을 보여준다.6A is a position estimation system of a mobile node based on a correction node according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B illustrates an operation of a position estimation system of a mobile node based on a correction node according to an embodiment of the present invention. Show the situation.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템은 고정 노드(100), 이동 노드(200), 보정 노드(400) 및 코디네이터(300)를 포함할 수 있다.6A and 6B, the position estimation system of a mobile node based on a correction node according to an embodiment of the present invention includes a fixed node 100, a mobile node 200, a correction node 400, and a coordinator ( 300).

고정 노드(100)는 하나 이상의 고정 노드(110; 120; 130)로서 일정한 간격 또는 무질서하게 이격되어 배치되는 센서 노드이다. 고정 노드(100)는 일정한 세기의 신호를 이동 노드(200), 보정 노드(400) 또는 코디네이터(300)에게 송신하여 소스 역할을 할 수 있다. 이와 함께, 고정 노드(100)는 이동 노드(200), 보정 노드(400) 또는 코디네이터(300)에게 정보를 전송할 수도 있다.The fixed node 100 is one or more fixed nodes 110 (120; 130) as sensor nodes that are spaced at regular intervals or randomly spaced apart. The fixed node 100 may transmit a signal of a constant intensity to the mobile node 200, the correction node 400, or the coordinator 300 to serve as a `` x ''. In addition, the fixed node 100 may transmit information to the mobile node 200, the correction node 400, or the coordinator 300.

한편, 고정 노드(100)는 복수의 실내 공간에 각각 영역별로 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 6b에서와 같이 방, 복도 및 방으로 각각 제1 실내 공간, 제2 실내 공간 및 제3 실내 공간으로 분리될 수 있다. 각 실내 공간에서는 하나 이상의 고정 노드(110; 120; 130; 140)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 이동 노드(200)의 위치하는 실내 공간에 따라 이동 노드(200)의 위치를 추정하는데 사용되는 고정 노드(100)의 셋(Set)이 달라질 수 있다. 따라서, 이동 노드(200)의 위치가 실시간으로 이동되는 상황에서 이동 노드(200)가 위치하는 실내 공간을 판별하여, 해당 실내 공간내에 있는 고정 노드(100)만을 활성화시키고, 다른 고정 노드는 휴먼 상태(Sleep mode)로 둘 수 있다. 예를 들어, 이동 노드(200)가 제2 실내 공간에 위치하는 경우에는 제5 고정 노드(F5), 제6 고정 노드(F6), 제7 고정 노드(F7) 및 제8 고정 노드(F8)가 활성화 되어, 이동 노드(200)의 위치 추정에 사용될 수 있다. 이동 노드(200)가 제1 실내 공간으로 이동하는 경우에는 제1 고정 노드(F1; 110), 제2 고정 노드(F2; 120), 제3 고정 노드(F3; 130) 및 제4 고정 노드(F4; 140)가 활성화 되어 이동 노드(200)의 위치 추정에 사용될 수 있다. 따라서, 이동 노드(200)가 이동하는 공간이 변경되는 경우에 불필요한 고정 노드는 휴먼 상태로 두고 필요한 고정 노드만을 활성화시켜 전체적인 시스템을 효율적으로 사용할 수 있고, 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다.The fixed node 100 may be located in each of a plurality of indoor spaces. For example, as shown in FIG. 6B, a room, a corridor, and a room may be divided into a first indoor space, a second indoor space, and a third indoor space, respectively. Each indoor space may include one or more fixed nodes (110; 120; 130; 140). In an embodiment of the present invention, a set of fixed nodes 100 used to estimate the position of the mobile node 200 may vary according to the indoor space where the mobile node 200 is located. Therefore, in a situation where the position of the mobile node 200 is moved in real time, the indoor space in which the mobile node 200 is located is determined to activate only the fixed node 100 in the corresponding indoor space, and the other fixed node is in a human state. You can leave it in (Sleep mode). For example, when the mobile node 200 is located in the second indoor space, the fifth fixed node F 5 , the sixth fixed node F 6 , the seventh fixed node F 7 , and the eighth fixed node. F 8 may be activated and used to estimate the position of the mobile node 200. When the mobile node 200 moves to the first indoor space, the first fixed node (F 1 ; 110), the second fixed node (F 2 ; 120), the third fixed node (F 3 ; 130), and the fourth The fixed node F 4 140 may be activated and used for position estimation of the mobile node 200. Therefore, when the space in which the mobile node 200 moves is changed, unnecessary fixed nodes are left in the human state and only necessary fixed nodes are activated to efficiently use the entire system, and unnecessary power consumption can be reduced.

이동 노드(200)는 위치가 이동될 수 있는 센서 노드이다. 이동 노드(200)는 고정 노드(100)로부터 전송된 신호의 세기를 감지하여 수신 신호 강도(Received Signal Strength Indication; 'RSSI')를 획득한다. 이동 노드(200)는 이동 노드(100)의 주위에 배치되어 있는 각 고정 노드들(110; 120; 130; 140)로부터 전송된 신호의 세기를 감지하여 각 고정 노드들에 대한 복수의 수신 신호 강도(RSSI)를 얻을 수 있다. 이동 노드(200)는 각 고정 노드(100)로부터의 신호의 세기를 시간에 따라 연속적으로 감지하고, 시간에 따라 획득한 복수의 수신 신호 강도 데이터를 코디네이터(300)에게 전송한다.The mobile node 200 is a sensor node whose position can be moved. The mobile node 200 obtains a received signal strength indication (RSSI) by sensing the strength of the signal transmitted from the fixed node 100. The mobile node 200 senses the strength of the signal transmitted from each of the fixed nodes 110; 120; 130; 140 disposed around the mobile node 100, and thus receives a plurality of received signal strengths for the fixed nodes. (RSSI) can be obtained. The mobile node 200 continuously detects the strength of the signal from each fixed node 100 over time, and transmits a plurality of received signal strength data acquired over time to the coordinator 300.

한편, 이동 노드(200)는 복수의 분리된 실내 공간에서의 위치를 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 이동 노드(200)가 거실인 제2 실내 공간에서 방인 제1 실내 공간으로 이동할 수 있다. 또는 제2 실내 공간에서 제3 실내 공간으로 이동할 수 도 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 각 실내 공간 별로 이동 노드의 위치를 파악하고, 해당 실내 공간 내에서 이동 노드(200)의 위치를 각 고정 노드에서의 상대적인 위치로 추정할 수 있다.On the other hand, the mobile node 200 may change the position in the plurality of separate indoor space. For example, the mobile node 200 may move from the second indoor space of the living room to the first indoor space of the room. Alternatively, the second indoor space may move from the second indoor space to the third indoor space. As such, in an embodiment of the present invention, the location of the mobile node may be determined for each indoor space, and the location of the mobile node 200 may be estimated as a relative position at each fixed node in the corresponding indoor space.

도 6b에서와 같이 고정 노드(100)는 하나 이상(110, 120, 130, 140)으로 이루어지며, 이동 노드(200)는 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)으로부터의 신호의 세기인 수신 신호 강도를 시간에 따라 연속적으로 감지한다. 여기서, 이동 노드(200)가 각 고정 노드로부터 송신된 신호의 세기인 수신 신호 강도 데이터는 시간에 따라 계속적으로 감지되는 복수의 데이터이며, 본 발명의 일 실시예에서 언급하는 '데이터' 또는 '수신 신호 강도 데이터'는 고정 노드(100)로부터 송신된 신호를 이동 노드(200)가 감지한 감쇄된 신호의 세기로서 수신 신호 강도의 값을 지칭한다. 이와 함께, 각 고정 노드(100)마다 송신된 신호가 이동 노드(200)에서 감지된 '데이터' 또는 '수신 신호 강도 데이터'를 '각 고정 노드에 대한 데이터' 또는 '각 고정 노드에 대한 수신 신호 강도 데이터'로 표현할 수 있다.As shown in FIG. 6B, the fixed node 100 is composed of one or more (110, 120, 130, 140), the mobile node 200 is the strength of the signal from each fixed node (110; 120; 130; 140) Receive continuous signal strength over time. Here, the received signal strength data, which is the strength of the signal transmitted from each fixed node by the mobile node 200, is a plurality of data continuously detected according to time, and the 'data' or 'received' mentioned in one embodiment of the present invention. Signal strength data 'refers to the value of the received signal strength as the strength of the attenuated signal detected by the mobile node 200 for the signal transmitted from the fixed node 100. In addition, a signal transmitted for each fixed node 100 is converted into 'data' or 'received signal strength data' detected by the mobile node 200, 'data for each fixed node' or 'received signal for each fixed node. Intensity data '.

보정 노드(400)는 복수의 분리된 실내 공간의 중간 영역에 위치하고, 이동 노드(200)의 실내 공간 상의 이동 여부를 판별한다. 예를 들어, 이동 노드(200)가 제2 실내 공간에서 제1 실내 공간으로 이동하는 경우에 제1 실내 공간과 제2 실내 공간의 중간 영역에서 이동 노드(200)가 제1 실내 공간으로 이동하였는지 여부를 판별한다. The correction node 400 is located in the middle region of the plurality of separated indoor spaces, and determines whether the mobile node 200 moves on the indoor space. For example, when the mobile node 200 moves from the second indoor space to the first indoor space, whether the mobile node 200 moves to the first indoor space in an intermediate region between the first indoor space and the second indoor space. Determine whether or not.

보정 노드(400)는 이동 노드(200)로부터 송신한 신호의 수신 신호 강도를 감지하여 이동 노드(200)가 보정 노드(400)로부터의 거리를 감지한다. 한편, 보정 노드(400)는 코디네이터(300)로부터 이동 노드(200)의 이전 시간에서의 위치 정보 또 는 이동 궤적 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 보정 노드(400)는 이동 노드(200)로부터 수신된 신호의 수신 신호 강도와 코디네이터(300)로부터 전송된 이동 노드(200)의 위치 정보 또는 이동 궤적 정보를 이용하여 이동 노드(200)가 다른 실내 공간으로 이동하였는지 또는 해당 실내 공간으로 이동하였는지 여부를 판별할 수 있다. 예를 들어, 이동 노드(200)가 제2 실내 공간에서 제1 실내 공간으로 이동하는 경우에 보정 노드(400)는 이동 노드(200)로부터의 수신 신호 강도와 제2 코디네이터(301)로부터 이전 시간에서의 이동 노드(200)의 위치 정보를 이용하여 이동 노드(200)의 제1 실내 공간으로 이동 여부를 판별할 수 있다.The correction node 400 detects the received signal strength of the signal transmitted from the mobile node 200 so that the mobile node 200 detects the distance from the correction node 400. Meanwhile, the correction node 400 may obtain the position information or the movement trajectory information at the previous time of the mobile node 200 from the coordinator 300. Therefore, the correction node 400 is a mobile node 200 by using the received signal strength of the signal received from the mobile node 200 and the position information or the movement trajectory information of the mobile node 200 transmitted from the coordinator 300. Whether it is moved to another indoor space or to the indoor space can be determined. For example, when the mobile node 200 moves from the second indoor space to the first indoor space, the correction node 400 receives the received signal strength from the mobile node 200 and the previous time from the second coordinator 301. It is possible to determine whether to move to the first indoor space of the mobile node 200 by using the location information of the mobile node 200 in.

보정 노드(400)는 이동 노드(200)가 새로운 영역의 실내 공간으로 이동하는 경우에, 코디네이터(300)에게 이동 노드(200)의 이동 정보를 전달한다. 이 때 보정 노드(400)는 이동 노드(200)가 이동한 실내 공간에서 이동 노드(200)의 위치를 추정하는 코디네이터에게 이동 노드(200)의 이동 정보를 전달한다. 따라서, 보정 노드(400)는 이동 노드(200)로부터 감지된 수신 신호 강도와 이전 실내 공간에서의 코디네이터로부터 이동 노드(200)의 이전 위치 정보를 수신하여 이동 노드(200)의 이동 여부를 판별한다. 보정 노드(400)가 이동 노드(200)가 새로운 실내 공간으로 이동하였다고 판단되면, 새로운 실내 공간을 관할하는 새로운 코디네이터에게 이동 노드(200)의 이동 정보를 전송한다.The correction node 400 transfers the movement information of the mobile node 200 to the coordinator 300 when the mobile node 200 moves to the indoor space of the new area. At this time, the correction node 400 transmits the movement information of the mobile node 200 to the coordinator for estimating the position of the mobile node 200 in the indoor space where the mobile node 200 has moved. Therefore, the correction node 400 receives the received signal strength detected by the mobile node 200 and previous position information of the mobile node 200 from the coordinator in the previous indoor space to determine whether the mobile node 200 is moved. . When the correction node 400 determines that the mobile node 200 has moved to the new indoor space, the correction node 400 transmits the movement information of the mobile node 200 to a new coordinator in charge of the new indoor space.

코디네이터(300)는 이동 노드(200)로부터 전송된 각 고정 노드에 대한 복수의 수신 신호 강도 데이터를 이용하여 이동 노드(200)의 상대적인 위치를 추정한다. 여기서, 상대적인 위치란 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)로부터의 이동 노 드(200)의 상대적인 위치로서, 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)의 위치가 알려지면, 이동 노드(200)의 위치를 추정할 수 있다. 각 고정 노드(110; 120; 130; 140) 및 보정 노드(400)의 위치는 미리 정의된 위치로서 코디네이터(300)가 각 고정 노드 및 보정 노드의 절대적인 위치를 제공할 수 있다. The coordinator 300 estimates a relative position of the mobile node 200 by using a plurality of received signal strength data for each fixed node transmitted from the mobile node 200. Here, the relative position is a relative position of the mobile node 200 from each fixed node (110; 120; 130; 140), and if the position of each fixed node (110; 120; 130; 140) is known, the mobile node The position of 200 may be estimated. The positions of each fixed node (110; 120; 130; 140) and the correction node 400 are predefined positions so that the coordinator 300 may provide absolute positions of each fixed node and correction node.

코디네이터(300)는 이동 노드(200)가 감지한 복수의 수신 신호 강도 데이터를 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)별로 대표 수신 신호 강도로 변환하고, 이를 이용하여 이동 노드(200)의 상대적인 위치를 추정할 수 있다. 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)별 대표 수신 신호 강도를 각 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도로 칭하기로 하며, 각 고정 노드에 대한 대표 대표 수신 신호 강도는 이동 노드(200)가 고정 노드(100)로부터 감지한 복수의 수신 신호 강도 데이터 중에서 위치 추정을 위하여 산출한 하나의 대표적인 값을 말한다. The coordinator 300 converts the plurality of received signal strength data detected by the mobile node 200 into the representative received signal strength for each fixed node 110; 120; 130; 140, and uses the same to determine the representative received signal strength of the mobile node 200. The relative position can be estimated. A representative received signal strength for each fixed node (110; 120; 130; 140) will be referred to as a representative received signal strength for each fixed node, and the representative representative received signal strength for each fixed node is fixed by the mobile node (200). One representative value calculated for position estimation among the plurality of received signal strength data detected by the node 100.

코디네이터(300)는 모집단 생성부(310), 대표 값 산출부(320) 및 위치 추정부(330)를 포함할 수 있다.The coordinator 300 may include a population generator 310, a representative value calculator 320, and a position estimator 330.

모집단 생성부(310)는 이동 노드(200)로부터 수신한 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)에 대한 복수의 수신 신호 강도 데이터를 이용하여 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)에 대한 신뢰 모집단을 생성한다. 모집단 생성부(310)는 먼저 이동 노드(200)로부터 이동 노드(200)가 감지한 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)에 대한 수신 신호 강도 데이터를 시간에 따라 나열되는 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)에 대한 복수의 데이터를 수신한다. 모집단 생성부(310)는 수신한 복수의 데이터로부터 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)에 대한 이동평균 값을 산출하고, 산출 된 이동평균의 분포를 이용하여 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)에 대한 신뢰 모집단을 생성한다. 여기서, 각 고정 노드에 대한 신뢰 모집단이란 이동 노드(200)가 감지하고, 코디네이터에 전송한 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)에 대한 복수의 수신 신호 강도의 데이터 집합에서 실질적으로 유효하다고 판단되는 데이터의 집단을 말한다. 각 고정 노드에 대한 신뢰 모집단은 각 고정 노드(100)로부터 이동 노드(200)가 수신한 수신 신호 강도의 데이터에서 추출되므로, 고정 노드(100)의 개수만큼 신뢰 모집단의 개수가 생성될 수 있다.The population generator 310 uses the plurality of received signal strength data of each fixed node 110; 120; 130; 140 received from the mobile node 200, respectively. Create a confidence population for. The population generator 310 first receives received signal strength data of each fixed node 110 (120; 130; 140) detected by the mobile node 200 from the mobile node 200 according to time. Receive a plurality of data for 110; 120; 130; 140. The population generator 310 calculates a moving average value for each fixed node (110; 120; 130; 140) from the plurality of received data, and uses each of the fixed nodes (110; 120) by using the calculated moving average distribution. 130; 140 creates a confidence population. Here, the confidence population for each fixed node is substantially valid in the data set of the plurality of received signal strengths for each fixed node (110; 120; 130; 140) detected by the mobile node 200 and transmitted to the coordinator. A group of data that is judged. Since the confidence population for each fixed node is extracted from the data of the received signal strength received by the mobile node 200 from each fixed node 100, the number of trust populations may be generated as many as the number of the fixed nodes 100.

모집단 생성부(330)에 의하여 이동평균을 구하는 방법은 다음과 같다. 이동 노드(200)는 소정의 고정 노드(100)로부터 시간에 따라 순차적으로 수신 신호 강도를 감지하고, 이동 노드(200)는 코디네이터(300)에 순차적으로 수신 신호 강도를 전송한다. 순차적으로 전송된 신호 강도 데이터를 일정한 개수 또는 일정한 시간 단위로 획득된 데이터 셋으로 하여 평균 수신 신호 강도를 구하고, 데이터 셋의 첫 번째 데이터를 하나씩 순차적으로 쉬프트 시켜 평균 수신 신호 강도를 구한다. 예를 들어, 수신 신호 강도 데이터인 복수의 데이터가 {v0, v1, v2, v3, v4, v5, v6, v7, v8, v9}인 경우에, 3개씩 묶어 하나의 평균 수신 강도를 구한다면 {(v0+v1+v2)/3, (v1+ v2+v3)/3, (v2+ v3+v4)/3, (v3+ v4+v5)/3, (v4+ v5+v6)/3, (v5+ v6+v7)/3, (v6+ v7+v9)/3, (v7+ v8+v9)/3}의 평균 수신 신호 강도를 구할 수 있다. 이와 같이 일정한 데이터 개수를 포함하는 데이터 셋에 대한 평균을 시간에 따라 또는 데이터에 따라 순차적으로 쉬프트(Shift)하면서 획득되는 값을 이동평균(Moving Average)라 한다.The method of calculating the moving average by the population generator 330 is as follows. The mobile node 200 sequentially detects the received signal strength from a predetermined fixed node 100 over time, and the mobile node 200 sequentially transmits the received signal strength to the coordinator 300. The average received signal strength is obtained by sequentially setting the signal strength data transmitted in a predetermined number or at a predetermined time unit, and the average received signal strength is obtained by sequentially shifting the first data of the data set one by one. For example, if a plurality of data that is received signal strength data is {v 0 , v 1 , v 2 , v 3 , v 4 , v 5 , v 6 , v 7 , v 8 , v 9 }, each of three If we want to find one average reception strength, we can compare {(v 0 + v 1 + v 2 ) / 3, (v 1 + v 2 + v 3 ) / 3, (v 2 + v 3 + v 4 ) / 3, ( v 3 + v 4 + v 5 ) / 3, (v 4 + v 5 + v 6 ) / 3, (v 5 + v 6 + v 7 ) / 3, (v 6 + v 7 + v 9 ) / 3 , (v 7 + v 8 + v 9 ) / 3} can be obtained. As such, a value obtained by shifting an average of a data set including a certain number of data according to time or sequentially according to data is referred to as a moving average.

대표 값 산출부(320)는 생성된 각 고정 노드에 대한 신뢰 모집단을 이용하여 각 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도를 산출한다. 여기서, 대표 수신 신호 강도란 이동 노드(200)가 각 고정 노드로부터 복수의 수신 신호 강도를 감지하고, 상기 복수의 수신 신호 강도의 데이터를 바탕으로 추출되는 하나의 값을 말한다. 대표 수신 신호 강도는 각 고정 노드의 개수만큼 산출될 수 있고, 따라서, 각각을 각 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도라 칭한다. The representative value calculator 320 calculates a representative received signal strength for each fixed node by using the generated confidence population for each fixed node. Here, the representative received signal strength refers to one value that the mobile node 200 detects a plurality of received signal strengths from each fixed node and is extracted based on the data of the plurality of received signal strengths. The representative received signal strength can be calculated by the number of each fixed node, and thus each is referred to as a representative received signal strength for each fixed node.

대표 값 산출부(320)는 각 고정 노드의 신뢰 모집단으로부터 각 고정 노드의 대표 수신 신호 강도를 산출한다. 예를 들어, 대표 값 산출부(320)는 먼저 소정의 신뢰 모집단을 선택하고, 선택된 신뢰 모집단에서 임의로 하나의 데이터를 추출한다. 추출된 하나의 데이터와 신뢰 모집단에 속한 모든 다른 데이터와의 거리를 구하여 평균을 취한다. 구한 평균값이 임계치 이하인 경우에는 상기 선택된 값과 평균 값을 합한 값이 대표 수신 신호 강도로 산출될 수 있다. 이외에도, 신뢰 모집단에서 대표 수신 신호 강도를 생성하는 방법은 평균값, 가중치 평균 등의 해당 모집단의 평균을 구하는 방법이 있을 수 있으며, 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 대표 수신 신호 강도를 선택하는 다양한 방법이 가능하다. The representative value calculator 320 calculates a representative received signal strength of each fixed node from the confidence population of each fixed node. For example, the representative value calculator 320 first selects a predetermined trust population and extracts one piece of data arbitrarily from the selected trust population. The distance between one extracted data and all other data in the confidence population is averaged. When the obtained average value is less than or equal to the threshold value, the sum of the selected value and the average value may be calculated as the representative received signal strength. In addition, the method for generating the representative received signal strength in the confidence population may be a method for obtaining the average of the corresponding population, such as the average value, the weighted average, etc., the representative received signal by a person of ordinary skill in the art Various ways of selecting the strength are possible.

위치 추정부(340)는 추정된 각 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도를 이용하여 각 고정 노드(100)로부터 이동 노드(200)의 상대 위치를 추정한다. 위치 추정부(340)는 각 고정 노드의 수신 신호 강도에 대한 대표 수신 신호 강도를 이용하여 상기 각 고정 노드로부터의 상대 위치를 추정할 수 있다. 또한, 위치 추정부는 각 고정 노드의 수신 신호 강도에 대한 대표 수신 신호 강도를 가중치를 부여함으로써 각 고정 노드로부터의 위치를 더 정밀하게 추정할 수도 있다.The position estimator 340 estimates the relative position of the mobile node 200 from each fixed node 100 using the estimated representative signal strength for each fixed node. The position estimator 340 may estimate a relative position from each fixed node by using the representative received signal strength of the received signal strength of each fixed node. Also, the position estimator may determine the position from each fixed node more precisely by weighting a representative received signal strength with respect to the received signal strength of each fixed node.

상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 분리된 실내 공간 상으로 이동하는 이동 노드(200)의 위치를 보정 노드(400)를 도입하여 해당 실내 공간의 코디네이터(300)와 고정 노드(110; 120; 130; 140)를 활성화시켜 이동 노드의 위치를 추정함으로써 다른 실내 공간에 위치하는 코디네이터와 고정 노드의 불필요한 동작을 막을 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, the coordinator 300 and the fixed node 110 of the corresponding indoor space are introduced by introducing the correction node 400 to the position of the mobile node 200 moving on the separated indoor space. By activating the 120; 130; 140 to estimate the position of the mobile node, unnecessary operation of the coordinator and the fixed node located in the other indoor space can be prevented.

또한, 이동평균을 통하여 신뢰성이 있는 모집단을 확보함으로써 이동 노드(200)의 위치 추정을 상대적으로 정확히 할 수 있다. 또한 일종의 k-means 알고리즘을 도입함으로써 신뢰 모집단에서의 대표 수신 신호 강도를 적은 연산량으로 정확히 구할 수 있기에 위치 추정에 있어 효율성을 높일 수 있다.In addition, it is possible to relatively accurately estimate the position of the mobile node 200 by securing a reliable population through the moving average. In addition, by introducing a kind of k-means algorithm, the representative received signal strength in the confidence population can be accurately calculated with a small amount of computation, thereby increasing the efficiency in position estimation.

도 7a 는 본 발명의 일 실시예에 따라 5초 동안의 이동평균에 의하여 획득된 모집단의 분포를 보여주며, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따라 15초 동안의 이동평균에 의하여 획득된 모집단의 분포를 보여준다.7A shows a distribution of a population obtained by a moving average for 5 seconds according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7B shows a population obtained by a moving average for 15 seconds according to an embodiment of the present invention. Shows the distribution of.

이동평균(Moving Average)은 일정한 데이터 개수를 포함하는 데이터 셋에 대한 평균을 시간에 따라 순차적 쉬프트 하면서 획득되는 값이다. 예를 들어, 이동 노드(200)가 소정의 j-번째 고정 노드(100)로부터 시간에 따라 순차적으로 신호를 수신하면서 100개의 수신 신호 강도(v0 ,j, v1 ,j, v2 ,j, ..., v99 ,j)를 획득하였다고 하자. 10개가 데이터 셋의 구간 개수라 할 때, 이동평균은 다음 수학식과 같이 계산 될 수 있다.The moving average is a value obtained by sequentially shifting an average of a data set including a certain number of data over time. For example, while the mobile node 200 receives signals sequentially from a predetermined j-th fixed node 100 in time, 100 received signal strengths (v 0 , j , v 1 , j , v 2 , j , ..., v 99 , j ). When 10 is the number of intervals in the data set, the moving average may be calculated as in the following equation.

Figure 112008009056259-PAT00001
Figure 112008009056259-PAT00001

여기서, vi ,j 는 j-번째 고정 노드(100)로부터 전송된 신호가 i-번째 시간 스텝에서 감지된 수신 신호 강도이며, si ,j 는 이동 평균을 나타내며, 아래첨자는 순차적으로 계산된 이동평균의 순서 및 j-번째 고정노드로부터 수신된 것을 나타낸다. 이와 같이, 이동평균은 일정 시간 동안 일정 개수의 데이터 셋을 평균을 취하여 하나의 값으로 나타낸 것으로서, 일정시간 동안 다소 불안정한 수신 신호 강도를 감지하더라도 전체적으로는 안정된 하나의 이동평균 값을 구할 수 있다. Where v i , j is the received signal strength at which the signal transmitted from the j-th fixed node 100 is detected at the i-th time step, s i , j represents the moving average, and the subscript is sequentially calculated Received from the order of the moving average and j-th fixed node. As described above, the moving average is a value obtained by averaging a certain number of data sets for a predetermined time, and a single moving average value can be obtained as a whole even though a somewhat unstable reception signal strength is detected for a predetermined time.

또한 이동평균 값은 0 부터 255 단계의 정수로 양자화(Quantization)되어 표시되므로, 구해진 이동평균 값은 중복될 수 있다. 이와 같이, 시간에 따라 감지된 복수의 수신 신호 강도를 기초로하여 복수의 이동평균 값들을 구할 수 있고, 구해진 복수의 이동 평균 값들을 중복되는 횟수만큼 나타냄으로써 도 7a 또는 7b와 같이 정규분포와 유사한 이동평균 값들의 분포를 구할 수 있다. In addition, since the moving average value is quantized and displayed as an integer of 0 to 255 steps, the obtained moving average value may overlap. As described above, a plurality of moving average values may be obtained based on the plurality of received signal strengths detected over time, and the obtained plurality of moving average values may be represented by the number of times of overlapping, similar to a normal distribution as illustrated in FIG. 7A or 7B. The distribution of moving average values can be obtained.

상기 구해진 이동평균 값들의 분포를 이용하여, 복수의 수신 신호 강도 데이터 중에서 신뢰성 있는 데이터 집단인 신뢰 모집단을 추출할 수 있다. 예를 들어, 이동평균 값들의 분포가 도 7a 또는 7b와 같을 때, 이동평균의 빈도수가 최대가 되는 값을 중심으로 크기가 'h' 만큼 차이가 나는 영역에 있는 수신 신호 강도의 데이터 집합을 신뢰 모집단으로 추출할 수 있다. 또는, 이동평균의 분포에서 평균값을 중심으로 소정의 신뢰 범위에 속하는 영역에 위치하는 수신 신호 강도의 데이터 집합을 신뢰 모집단으로 추출할 수 있다. 예를 들어, 신뢰 범위 60% 범위라면, 이동평균의 분포에서 평균값을 중심으로 60%의 데이터가 위치할 수 있는 통계적인 영역이 추출되고, 이로부터 신뢰 모집단을 추출할 수 있다.Using the obtained distribution of the moving average values, a confidence population, which is a reliable data group, may be extracted from the plurality of received signal strength data. For example, when the distribution of moving average values is the same as that of FIG. 7A or 7B, the data set of the received signal strength in the region where the magnitude of the moving average differs by 'h' around the maximum value is trusted. Can be extracted as a population. Alternatively, a data set of received signal strength located in a region belonging to a predetermined confidence range based on the average value in the distribution of the moving average may be extracted as a confidence population. For example, in the range of 60% confidence range, a statistical region in which 60% of data may be located based on the mean value in the distribution of the moving average may be extracted, and a confidence population may be extracted therefrom.

한편, 시간에 지남에 따라 감지된 수신 신호 강도의 개수가 증가하면서 이동평균 값들의 개수도 증가하여, 코디네이터(300)에서 복수의 수신 신호 강도 데이터의 처리에 부하가 걸릴 수 있다. 또한 이동 노드(200)가 이동하는 경우에는 이전에 감지한 복수의 수신 신호 강도 데이터는 현재의 이동 노드(200)의 위치를 추정하는데 필요가 없게 된다. 따라서, 현재의 시점을 기준으로 일정한 시간 이전까지만의 수신 신호 강도를 이용하여 이동평균 값들을 산출하고, 신뢰 모집단을 생성할 수 있고, 상기의 시간 기준은 사용자에 의한 임의 설정 또는 실험적 결과 또는 단위 시간당 데이터 수신횟수 등에 의하여 결정될 수 있다.On the other hand, as the number of received signal strengths detected as time increases, the number of moving average values also increases, so that the coordinator 300 may take a load on processing of the plurality of received signal strength data. In addition, when the mobile node 200 moves, the plurality of received signal strength data previously detected may not be necessary to estimate the current position of the mobile node 200. Accordingly, moving average values may be calculated using a received signal strength up to a certain time before the current time point, and a confidence population may be generated, and the time reference may be set by a user or by an experimental result or per unit time. The number of times of data reception may be determined.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템에서 적용하는 k-means 알고리즘의 흐름도를 보여준다.8 is a flowchart illustrating a k-means algorithm applied in a system for estimating a position of a mobile node based on a correction node according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 먼저 1-번째 고정 노드에 대한 신뢰 모집단을 선택한다(S700). 각 고정 노드로부터 수신된 신호에 의하여 각 고정 노드에 대한 신뢰 모집단이 생성될 수 있다. 따라서, 각 신뢰 모집단에 대하여 대표 수신 신호 강도를 생성하는 것을 k-means 알고리즘에 의하며, 여기서 'k'는 고정 노드의 개수가 된다.Referring to FIG. 8, first, a confidence population for the 1-th fixed node is selected (S700). A confidence population for each fixed node can be generated by the signals received from each fixed node. Thus, generating a representative received signal strength for each confidence population is by the k-means algorithm, where 'k' is the number of fixed nodes.

선택된 신뢰 모집단에서, 소정의 수신 신호 강도 데이터를 선택한다(S710). 신뢰 모집단에서 임의로 하나의 수신 신호 강도 데이터를 선택한다. 예를 들어, j-번째 고정 노드(100)에 대한 신뢰 모집단을 다음과 같이 정의할 수 있다. 이미 전술한 바와 같이, j-번째 고정 노드(100)로부터 수신된 복수의 데이터 중에서 이동평균을 통하여 신뢰 범위 영역에 속한 데이들을 추출한 집단이 j-번째 고정 노드(100)에 대한 신뢰 모집단이 된다.In the selected confidence population, predetermined received signal strength data is selected (S710). One receive signal strength data is randomly selected from the confidence population. For example, the confidence population for the j-th fixed node 100 may be defined as follows. As described above, the group which extracts the days belonging to the confidence range region through the moving average among the plurality of data received from the j-th fixed node 100 becomes the confidence population for the j-th fixed node 100.

Figure 112008009056259-PAT00002
Figure 112008009056259-PAT00002

여기서, 임의로 수신 신호 강도

Figure 112008009056259-PAT00003
를 선택했다고 가정한다. Where arbitrarily receive signal strength
Figure 112008009056259-PAT00003
Assume that is selected.

하나의 수신 신호 강도가 선택되면, 선택된 수신 신호 강도와 신뢰 모집단의 다른 모든 수신 신호 강도와의 거리의 평균값을 구한다(S720). 거리 평균값이란, 선택된 수신 신호 강도와 나머지 다른 수신 신호 강도와의 유클리디안(Euclidean) 거리의 평균값으로서, 다음의 수학식에 의해 나타낼 수 있다.When one received signal strength is selected, an average value of distances between the selected received signal strength and all other received signal strengths of the confidence population is obtained (S720). The distance average value is an average value of Euclidean distance between the selected received signal strength and the remaining received signal strength, and can be expressed by the following equation.

Figure 112008009056259-PAT00004
Figure 112008009056259-PAT00004

여기서, Euj는 j-번째 노드에 대한 유클리디안 거리의 평균값이다. 따라서, Euj는 선택된 수신 신호 강도가 나머지 신뢰 모집단에서 위치가 테두리 부근에 있는 경우에는 거리 평균값이 커지며, 신뢰 모집단의 중심부에 위치하는 경우에는 거리 평균값이 낮아질 수 있다. Where Eu j is the average value of Euclidean distance for the j-th node. Therefore, Eu j may have a large distance mean value when the selected received signal strength is located near the edge of the remaining confidence population, and may be low when located at the center of the confidence population.

거리 평균값 산출후, 산출된 거리 평균값이 임계치 이하인지를 판단한다(S730). 임계치는 신뢰 모집단에서의 대표 수신 신호 강도의 평균 편차의 최대 허용치로서, 수신 신호 강도의 크기, 개수 또는 오차 범위를 고려한 실험적 또는 이론적인 값으로 설정될 수 있다. 따라서, 임계값은 산출된 거리 평균값이 신뢰 모집단의 대표성을 보장할 수 있을 정도의 편차 값으로 정함이 바람직하다.After calculating the distance average value, it is determined whether the calculated distance average value is equal to or less than a threshold value (S730). The threshold is the maximum allowable value of the average deviation of the representative received signal strength in the confidence population, and may be set to an experimental or theoretical value considering the magnitude, number, or error range of the received signal strength. Therefore, the threshold is preferably set to a deviation value such that the calculated distance average value can guarantee the representativeness of the confidence population.

산출된 거리 평균값이 임계치 이하이면, 선택된 수신 신호 강도와 산출된 거리 평균값을 합하여 j-번째 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도로 산출한다(S740). 산출된 거리 평균값이 임계치 이상이면, 신뢰 모집단에서 다른 소정의 수신 신호 강도를 선택하고, 상기의 과정을 반복하면서 j-번째 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도로 산출할 수 있다(S710, S720, S730).If the calculated distance average value is less than or equal to the threshold value, the selected received signal strength and the calculated distance average value are added together to calculate the representative received signal strength for the j-th fixed node (S740). If the calculated distance average value is greater than or equal to the threshold value, another predetermined received signal strength may be selected from the confidence population, and the above-described process may be repeated and calculated as the representative received signal strength for the j-th fixed node (S710, S720, S730). ).

j-번째 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도를 산출하였다면, 모든 고정 노드에 대한 신뢰 모집단의 대표 수신 신호 강도가 산출되었는지를 확인한다(S750). 산출되지 않았다면, 다음 고정 노드의 신뢰 모집단을 선택하여, 상기의 과정을 반복할 수 있다(S760, S710, S720, S730).If the representative received signal strength for the j-th fixed node is calculated, it is checked whether the representative received signal strength of the confidence population for all fixed nodes is calculated (S750). If not calculated, the process can be repeated by selecting a trust population of the next fixed node (S760, S710, S720, S730).

상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 k-means 알고리즘을 신뢰 모집단에서 대표 값을 산출하는데 도입함으로써 대표 수신 신호 강도의 산출에 적은 연산량으로 상대적으로 정확한 추정 값을 산출할 수 있다. 또한, 이동평균에 의한 신뢰 모집단을 생성하고, 생성된 모집단으로부터 대표 값을 추출함으로써 불안정한 데이터에도 강인하게 양질의 대표 값을 얻을 수 있다. 따라서, 이동평균에 의하여 신뢰 모집단을 추출함으로써 일단 신뢰성 있는 데이터를 먼저 추출하고, k-means 방식에 의하여 대표 수신 신호 강도를 산출함으로써 상대적으로 대표 수신 신호 강도의 추정에 정확성을 높일 수 있다.As described above, in one embodiment of the present invention, by introducing the k-means algorithm to calculate the representative value in the confidence population, a relatively accurate estimation value can be calculated with a small amount of computation in calculating the representative received signal strength. In addition, by generating a confidence population based on a moving average and extracting a representative value from the generated population, a good representative value can be obtained robustly even for unstable data. Therefore, by extracting the reliable population by the moving average, the reliable data is first extracted, and the representative received signal strength is calculated by the k-means method, so that the accuracy of estimating the representative received signal strength can be relatively increased.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템에서 이동 노드의 위치 추정의 개략도를 보여준다.9 shows a schematic diagram of a position estimation of a mobile node in a position estimation system of a mobile node based on a correction node according to an embodiment of the present invention.

코디네이터(300)의 위치 추정부(330)는 주위의 고정 노드(110; 120; 130)에 대한 대표 수신 신호 강도를 이용하여 이동 노드(200)의 위치를 산출할 수 있다. 여기서, 이동 노드(200)의 위치는 이미 알려진 주위의 고정노드(110; 120; 130)의 위치로부터의 상대적인 위치이다.The position estimator 330 of the coordinator 300 may calculate the position of the mobile node 200 using the representative received signal strength of the surrounding fixed nodes 110 (120; 130). Here, the position of the mobile node 200 is a relative position from the position of the known fixed nodes 110 (120; 130) around.

예를 들어, 이동 노드(200)의 주위에 n 개(n 은 2 이상의 정수)의 고정 노드(110; 120; 130)가 위치하고, 상기 n 개의 고정 노드에 대한 수신 신호 강도의 대표 수신 신호 강도를 각각 ri 라고 하는 경우에는 다음의 수학식에 의하여 이동 노드의 위치를 구할 수 있다.For example, n fixed nodes 110 (120; 130) are located around the mobile node 200, and n represents a representative received signal strength of received signal strengths for the n fixed nodes. For each r i , the position of the mobile node can be obtained by the following equation.

Figure 112008009056259-PAT00005
Figure 112008009056259-PAT00005

여기서, n 은 주위의 고정 노드(100)의 개수이며, A 는 고정 노드로부터 수신될 수 있는 신호 세기의 최대 값이며, ri 는 본 발명의 일 실시예에 따라 구해진 i-번째 고정 노드로부터 감지된 복수의 수신 신호 강도 데이터로부터 추정된 대표 수신 신호 강도이다.Where n is the number of surrounding fixed nodes 100, A is the maximum value of signal strength that can be received from the fixed node, and r i Is the representative received signal strength estimated from the plurality of received signal strength data detected from the i-th fixed node obtained in accordance with one embodiment of the present invention.

한편, 실질적으로 수학식 4를 적용하면서 각 고정 노드(100)로부터 신호의 전송 거리와 공간의 편차에 치우쳐 오차가 발생될 수 있다. 따라서, 수학식 4의 (A-ri) 값에 의하여 거리를 추정함에 있어서, 다음과 같은 수학식을 도입할 수 있 다.On the other hand, while applying Equation 4, an error may occur due to a deviation in a transmission distance and a space of a signal from each fixed node 100. Therefore, in estimating the distance based on the (Ar i ) value of Equation 4, the following equation may be introduced.

Figure 112008009056259-PAT00006
Figure 112008009056259-PAT00006

여기서, κ는 고정 노드(100)와 본 발명의 시스템에 의해 결정되는 상수이며, β 는 거리 지수(distance index)를 의미한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 실험적 또는 이론적인 값에 의하여 거리에 따라 수신 신호 강도가 낮아짐에 따라 거리지수(1 이상의 실수)를 산출할 수 있다. Κ is a constant determined by the fixed node 100 and the system of the present invention, and β denotes a distance index. Therefore, in one embodiment of the present invention, the distance index (real number 1 or more) may be calculated as the received signal strength decreases with distance according to an experimental or theoretical value.

예를 들어, 고정 노드(100)로부터 거리가 5m 이내인 경우에는 거리지수(β)는 1.0부터 1.5 사이이며, 거리가 5m 이상인 경우에는 거리지수가 1.5부터 2.0 사이가 될 수 있다. 또는, 실험적인 반복에 의하여 고정 노드로부터의 거리가 10m 이내에 해당하는 경우에는 거리지수를 1.4부터 1.6정도 까지의 가변적인 범위의 값으로 지정하여 사용할 수도 있다. 거리지수가 커진다는 의미는 고정 노드(100)로부터 이동 노드(200)의 거리가 멀어지면서 상대적으로 수신 신호 강도의 감쇄가 크게 일어남을 의미한다.For example, when the distance from the fixed node 100 is within 5m, the distance index β may be between 1.0 and 1.5, and when the distance is 5m or more, the distance index may be between 1.5 and 2.0. Alternatively, if the distance from the fixed node is within 10m by experimental repetition, the distance index may be designated as a variable range of value from 1.4 to 1.6. The increase in the distance index means that the distance between the fixed node 100 and the mobile node 200 increases, so that the reception signal strength decreases relatively.

이와 함께, (A-ri) 값이 주어지면 i-번째 고정 노드로부터의 거리를 기준 데이터를 통해 알 수 있다. 상기 기준 데이터는 일정한 거리에 해당하는 수신 신호 강도(RSSI)가 미리 정의되어 있는 데이터이며, 이를 i-번째 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도와 비교함으로 알 수 있다.In addition, given a value of (Ar i ), the distance from the i-th fixed node may be known through reference data. The reference data is data in which a received signal strength (RSSI) corresponding to a predetermined distance is predefined, and compared with the representative received signal strength for the i-th fixed node.

따라서, 수학식 5를 수학식 4에 대입하고, (A-ri) 값에 수학식 5를 대입하여 계산함으로써 전송 거리와 공간의 편차에 치우쳐 발생되는 오차를 보정할 수 있다. 이는 수학식 4의 (A-ri) 값에 가중치(Wi)를 각각 부여하는 것과 동일한 효과를 내는 것으로 해석될 수 있다.Therefore, by substituting Equation 5 into Equation 4 and substituting Equation 5 into the value of (Ar i ), the error caused by the deviation of the transmission distance and the space can be corrected. This may be interpreted as having the same effect as giving weights (W i ) to (Ar i ) values of Equation 4, respectively.

상기와 같이, 주위의 고정 노드(100)로부터 감지된 복수의 수신 신호 강도 데이터로부터 이동 노드(200)의 위치를 간편하게 구할 수 있다.As described above, the position of the mobile node 200 can be easily obtained from the plurality of received signal strength data sensed by the surrounding fixed node 100.

도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템에서 보정 노드에 의한 신호 왜곡 감지를 감지하는 개략도를 보여준다. 도 10a를 참조하면, 보정 노드(400)는 분리된 실내 공간에 위치하는 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)들로부터 수신 신호의 세기인 수신 신호 강도를 감지한다. 보정 노드(400)와 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)의 절대적인 위치는 코디네이터(300)로부터 주어지거나 또는 각 노드(110; 120; 130; 140; 400)가 설치될 때 위치 좌표가 주어진 상태로 장착될 수 있다. 10A is a schematic diagram of detecting signal distortion detection by a correction node in a position estimation system of a mobile node based on a correction node according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10A, the correction node 400 detects a received signal strength, which is the strength of a received signal, from each of the fixed nodes 110; 120; 130; 140 located in a separate indoor space. The absolute position of the calibration node 400 and each fixed node 110; 120; 130; 140 is given from the coordinator 300 or the position coordinates are set when each node 110; 120; 130; 140; 400 is installed. Can be mounted in a given state.

따라서, 보정 노드(400)는 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)들로부터 각 고정 노드에 대한 수신 신호 강도를 감지하여, 보정 노드(400)와 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)들로부터의 거리를 감지할 수 있다. 이미 보정 노드와 각 고정 노드의 위치가 주어진 상태에서는 보정 노드(400)와 각 고정 노드와의 절대 거리를 알 수 있고, 보정 노드(400)가 각 고정 노드로부터 수신 신호 강도를 감지하여 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)들로부터의 감지된 감지 거리를 알 수 있다.Accordingly, the correction node 400 senses the received signal strength for each fixed node from each of the fixed nodes 110; 120; 130; 140, so that the correction node 400 and each of the fixed nodes 110; 120; 130; 140 may sense the distance from the devices. Given the positions of the correction node and each fixed node, the absolute distance between the correction node 400 and each fixed node can be known, and the correction node 400 detects the received signal strength from each fixed node to detect each fixed node. Known sensed distances from 110; 120; 130; 140 are known.

보정 노드(400)는 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)들로부터의 대표 수신 신호 강도를 ri 라고 하면, 각 고정 노드들로부터의 감지된 감기 거리와 각 고정 노드와의 절대 거리를 비교하여 수학식 5에서의 거리 지수(distance index)를 산출할 수 있다. 따라서, 각 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도 ri 를 이용함으로써, 각 고정 노드에 대한 거리 지수를 산출할 수 있고, 상기 거리 지수는 공간 상의 신호 왜곡을 보정할 수 있다. 산출된 각 고정 노드에 대한 거리 지수를 적용한 수학식 5를 수학식 4에 적용함으로써 이동 노드(200)의 위치를 추정함에 있어 실내 공간에서의 장애물 또는 다중 경로에 따른 신호 왜곡을 효율적으로 보정할 수 있다.Correction node 400 is representative of the received signal strength from each fixed node (110; 120; 130; 140) r i; In this case, the distance index in Equation 5 may be calculated by comparing the sensed winding distances from the respective fixed nodes and the absolute distances of the fixed nodes. Thus, by using the representative received signal strength r i for each fixed node, a distance index for each fixed node can be calculated, and the distance index can correct for signal distortion in space. By applying Equation 5 applying the calculated distance index to each fixed node to Equation 4, it is possible to efficiently correct signal distortion due to obstacles or multiple paths in the indoor space in estimating the position of the mobile node 200. have.

도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템에서 보정 노드에 의한 이동 노드의 공간 이동을 감지하는 개략도를 보여준다. 도 10b를 참조하면, 보정 노드(400)는 이동 노드(200)가 분리된 실내 공간 상의 이동 여부를 이동 노드(200)로부터 감지된 수신 신호 강도와 이전 코디네이터(301)로부터 수신한 이동 노드(200)의 위치 정보 또는 이동 궤적을 이용하여 판별할 수 있다.10B is a schematic diagram of detecting a spatial movement of a mobile node by a correction node in a position estimation system of the mobile node based on the correction node according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10B, the correction node 400 determines whether the mobile node 200 moves on the separated indoor space, and receives the received signal strength detected from the mobile node 200 and the mobile node 200 received from the previous coordinator 301. Can be determined using the position information or the movement trajectory of the "

예를 들어, 이동 노드(200)가 제2 실내 공간에서 제1 실내 공간으로 이동하는 경우를 살펴 보기로 하자. 먼저 이동 노드(200)가 제2 실내 공간에서 이동하는 경우에는 이전 코디네이터(301)가 이동 노드(200)의 위치를 추정한다. 제2 실내 공간에 위치하는 이동 노드(200)는 제2 실내 공간에서 활성화된 각 고정 노드(150; 160; 170; 180)들로부터 수신 신호 강도를 감지하여, 감지된 대표 수신 신호 강도 를 이전 코디네이터(301)에게 전송한다. 이전 코디네이터(301)는 이동 노드(200)로부터 전송된 정보를 이용하여 이동 노드(200)의 위치를 추정할 수 있다. For example, a case in which the mobile node 200 moves from the second indoor space to the first indoor space will be described. First, when the mobile node 200 moves in the second indoor space, the previous coordinator 301 estimates the position of the mobile node 200. The mobile node 200 located in the second indoor space senses the received signal strength from each of the fixed nodes 150; 160; 170; 180 activated in the second indoor space, and then detects the detected representative received signal strength from the previous coordinator. Send to 301. The previous coordinator 301 may estimate the location of the mobile node 200 using the information transmitted from the mobile node 200.

한편, 이동 노드(200)가 제2 실내 공간에서 제1 실내 공간으로 이동할 수 있다. 이 때, 보정 노드(400)는 제1 실내 공간과 제2 실내 공간을 분리하는 공간 사이에 위치할 수 있고, 보정 노드(400)는 이동 노드(200)로부터 송신된 수신 신호 강도를 감지한다. 보정 노드(400)는 분리된 공간의 중간 영역에 위치하여 이동 노드(200)의 실내 공간의 영역을 가로질러 이동하는 경우를 이동 노드(200)로부터 송신된 수신 신호 강도가 증가하다가 낮아지는 패턴을 통하여 판별할 수 있다. 또한 보정 노드(400)는 이전 코디네이터(301)로부터 이동 노드(200)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 보정 노드(400)는 이전 코디네이터(301)로부터 이동 노드(200)의 이동 궤적과 이동 노드(200)로부터의 송신된 신호의 수신 신호 강도를 이용함으로써 이동 노드(200)가 제2 실내 공간에서 제1 실내 공간으로 이동함을 정확히 판별할 수 있다.Meanwhile, the mobile node 200 may move from the second indoor space to the first indoor space. At this time, the correction node 400 may be located between the space separating the first indoor space and the second indoor space, and the correction node 400 senses the received signal strength transmitted from the mobile node 200. The correction node 400 is located in the middle area of the separated space and moves across the area of the indoor space of the mobile node 200. The correction node 400 increases and decreases the received signal strength transmitted from the mobile node 200. Can be determined through Also, the correction node 400 may obtain position information of the mobile node 200 from the previous coordinator 301. The correction node 400 utilizes the movement trajectory of the mobile node 200 from the previous coordinator 301 and the received signal strength of the transmitted signal from the mobile node 200 to allow the mobile node 200 to generate the second indoor space. 1 Can accurately determine moving to the indoor space.

보정 노드(400)는 이동 노드(200)가 분리된 실내 공간을 가로질러 이동하면, 상기 이동 정보를 새로운 코디네이터(300)에게 전송할 수 있다. 새로운 코디네이터(300)는 보정 노드(400)로부터 이동 노드(200)가 제1 실내 공간으로 이동하였다는 이동 정보를 수신하면, 제1 실내 공간에 위치하는 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)를 휴먼 상태(Sleep mode)에서 알람 메시지를 전송한다. 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)는 알람 메시지를 전송 받고, 휴먼 상태에서 작동 상태(Wake up mode)로 변환하여 작동을 시작한다.When the mobile node 200 moves across the separated indoor space, the correction node 400 may transmit the movement information to the new coordinator 300. When the new coordinator 300 receives movement information indicating that the mobile node 200 has moved to the first indoor space from the correction node 400, each of the fixed nodes 110; 120; 130; 140 is located in the first indoor space. Send alarm message in sleep mode. Each fixed node (110; 120; 130; 140) receives an alarm message, switches from a human state to a wake up mode, and starts operation.

이와 같이, 보정 노드(400)를 도입함으로써 분리된 실내 공간을 가로질러 이동하는 이동 노드(200)의 이동 정보를 파악하고, 이를 코디네이터(300)에게 전송하여 각 분리된 실내 공간의 개별적 작동을 유도할 수 있다. 따라서, 불필요한 실내 공간의 고정 노드의 작동을 막으면서, 이동 노드(200)가 위치하는 실내 공간의 고정 노드와 코디네이터를 작동시켜 전력 소모를 줄여 장시간의 작동을 보장할 수 있다.In this way, by introducing the correction node 400, the movement information of the mobile node 200 moving across the separated indoor space is grasped and transmitted to the coordinator 300 to induce individual operation of each separated indoor space. can do. Therefore, while preventing unnecessary operation of the fixed node in the indoor space, by operating the fixed node and the coordinator of the indoor space in which the mobile node 200 is located can reduce the power consumption to ensure long-term operation.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 강도를 이용한 이동 노드의 위치추정 방법의 흐름도를 보여준다. 도 11을 참조하면, 먼저 이동 노드(200)가 제2 실내 공간에서 제1 실내 공간으로 이동하였는지 여부를 판별한다(S700). 이는 보정 노드(400)가 이동 노드(200)로부터 송신된 신호의 수신 신호 강도를 감지하고, 이전의 코디네이터(301)로부터 수신된 이동 노드(200)의 위치 정보 또는 이동 궤적을 이용하여 이동 노드(200)의 다른 실내 공간으로 가로질러 이동하였는지 여부에 대한 이동 정보를 획득할 수 있다.11 is a flowchart illustrating a method for estimating a location of a mobile node using received signal strength according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, first, it is determined whether the mobile node 200 moves from the second indoor space to the first indoor space (S700). This is because the correction node 400 detects the received signal strength of the signal transmitted from the mobile node 200 and uses the position information or the movement trajectory of the mobile node 200 received from the previous coordinator 301. Movement information as to whether or not it has moved across the other indoor space of 200 can be obtained.

이동 노드(200)가 제1 실내 공간으로 이동한 것으로 판별되면, 보정 노드(400)는 상기 이동 정보를 제1 실내 공간의 코디네이터(300)에게 전송한다. 제1 실내 공간의 코디네이터(300)는 휴먼 상태(Sleep mode)로 제1 실내 공간에 배치되어 있는 하나 이상의 고정 노드(110; 120; 130; 140)들에게 알람 메시지를 전송하여 깨운다(Wake up). If it is determined that the mobile node 200 has moved to the first indoor space, the correction node 400 transmits the movement information to the coordinator 300 of the first indoor space. The coordinator 300 of the first indoor space wakes up by sending an alarm message to one or more fixed nodes 110; 120; 130; 140 that are disposed in the first indoor space in a sleep mode. .

알람 메시지를 전송 받은 하나 이상의 고정 노드(110; 120; 130; 140)들은 이동 노드(200)에 일정한 세기를 신호를 연속적으로 전송한다. 이동 노드(200)는 각 고정 노드로부터 시간에 따라 송신된 신호의 수신 신호 강도를 감지하여 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터를 획득한다(S710). 이동 노드(200)는 상기 획득된 데이터를 코디네이터(300)에 실시간으로 전송한다.One or more fixed nodes (110; 120; 130; 140) receiving the alarm message continuously transmit a signal to the mobile node 200 with a constant intensity. The mobile node 200 detects the received signal strength of the signal transmitted from each fixed node over time to obtain a plurality of data for each fixed node (S710). The mobile node 200 transmits the obtained data to the coordinator 300 in real time.

한편, 보정 노드(400)는 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)들로부터 송신된 신호의 수신 신호 강도를 감지하여 상기 제1 실내 공간에서의 신호 왜곡에 따른 거리 오차를 보정할 수 있다. 이는 보정 노드(400)와 각 고정 노드들과의 거리를 이미 알고 있는 상태에서, 감지된 수신 신호 강도를 이용하여 추정된 거리와 비교하여 수학식 5의 거리 지수를 산출하여 이를 수학식 4에 반영할 수 있다.Meanwhile, the correction node 400 may detect the received signal strength of the signal transmitted from each of the fixed nodes 110; 120; 130; 140 and correct the distance error according to the signal distortion in the first indoor space. . In the state where the distance between the correction node 400 and each of the fixed nodes is already known, the distance index of Equation 5 is calculated by comparing the estimated distance using the detected received signal strength and reflected in Equation 4. can do.

코디네이터(300)는 각 고정 노드로에 대한 복수의 데이터를 이동 노드(200)로부터 획득하면서, 각 고정 노드로부터 획득한 복수의 데이터에 대한 대표 수신 신호 강도를 산출한다(S720). 대표 수신 신호 강도의 산출은 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터로부터 복수의 이동평균 값을 구하고, 구해진 이동평균 값의 분포를 이용하여 신뢰 모집단을 추출한 후에 추출된 신뢰 모집단에서 하나의 대표 수신 신호 강도를 구함에 의하여 각 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도를 산출할 수 있다.The coordinator 300 calculates a representative received signal strength for a plurality of data obtained from each fixed node while acquiring a plurality of data for each fixed node from the mobile node 200 (S720). The representative received signal strength is calculated by obtaining a plurality of moving average values from a plurality of data for each fixed node, extracting a confidence population using the obtained distribution of the moving average values, and then extracting one representative received signal strength from the extracted confidence population. By obtaining the representative signal strength for each fixed node can be calculated.

한편, 대표 수신 신호 강도를 산출하는 자세한 방법은 다음과 같다.Meanwhile, a detailed method of calculating the representative received signal strength is as follows.

(1) 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터로부터 각 고정 노드에 대한 복수의 이동평균 값을 구한다. 이동평균이란, 일정한 데이터 개수 또는 일정 시간 동안의 데이터로 이루어진 데이터 셋에 대하여 평균을 하여 구하고, 이를 데이터 하나씩 쉬프트(Shift) 하면서 데이터 셋을 미세하게 변화시키면서 구하여지는 평균이다.(1) A plurality of moving average values for each fixed node are obtained from the plurality of data for each fixed node. The moving average is an average obtained by averaging a data set made up of a certain number of data or data for a predetermined time period and shifting the data one by one to make a small change in the data set.

(2) 각 고정 노드에 대한 복수의 이동평균 값이 구해지면, 구해진 이동평균 값의 분포를 이용하여 각 고정 노드로부터 수신된 수신 신호 강도 데이터에 대한 신뢰 모집단을 추출한다. 구해진 복수의 이동평균 값을 빈도 수로 표시하면, 정규 분포와 유사한 분포를 얻을 수 있다. 따라서, 이동평균의 분포도의 중심에서 일정한 거리에 위치하는 데이터 또는 정규 분포의 통계에 의하여 신뢰 영역이라고 인정되는 영역에 위치하는 데이터 또는 최대 빈도수를 가지는 위치에서 일정한 거리에 위치하는 데이터 등을 추출함으로써 신뢰 모집단을 구할 수 있다. 여기서, 데이터는 이동 노드(200)가 감지한 수신 신호 강도의 데이터를 말한다.(2) When a plurality of moving average values for each fixed node are obtained, a confidence population for received signal strength data received from each fixed node is extracted using the obtained distribution of the moving average values. By displaying the obtained plurality of moving average values in frequency, a distribution similar to the normal distribution can be obtained. Therefore, by extracting the data located at a constant distance from the center of the distribution average of the moving average, the data located at the area recognized as a trusted area by the statistics of the normal distribution, or the data located at a constant distance from the position having the maximum frequency, etc. Populations are available. Here, the data refers to the data of the received signal strength detected by the mobile node 200.

(3) 각 고정 노드에 대한 신뢰 모집단이 구해지면, 각 고정 노드(100)로부터 수신된 수신 신호 강도의 대표 수신 신호 강도를 산출한다. 여기서, 대표 수신 신호 강도란 이동 노드(200)가 고정 노드로부터 전송된 신호의 수신 신호 강도 값들 중에 최적화된 하나의 값을 말한다. 따라서, 각 고정 노드(100)로부터 각각 하나의 대표 값을 산출하며, 이를 각 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도라 한다.(3) When the confidence population for each fixed node is obtained, the representative received signal strength of the received signal strength received from each fixed node 100 is calculated. Here, the representative received signal strength refers to a value optimized by the mobile node 200 among the received signal strength values of the signal transmitted from the fixed node. Accordingly, one representative value is calculated from each fixed node 100, which is referred to as a representative received signal strength for each fixed node.

예를 들어, 하나의 대표 값을 추출하는 방법은 추출된 신뢰 모집단에서 소정의 데이터를 추출하고, 상기 소정의 데이터와 신뢰 모집단에 속한 다른 데이터와의 거리의 평균값이 임계치 이하인 경우에 소정의 데이터 값과 거리의 평균값의 합을 대표 값으로 산출할 수 있다.For example, a method of extracting one representative value extracts predetermined data from the extracted confidence population, and when a mean value of the distance between the predetermined data and other data belonging to the confidence population is less than or equal to a threshold value, the predetermined data value. The sum of the mean values of and distances can be calculated as a representative value.

마지막으로, 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)로부터 각각 하나의 대표 수신 신호 강도가 산출되면, 상기 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)에 대한 대표 수신 신호 강도를 이용하여 이동 노드(200)의 상대 위치를 추정할 수 있다(S730). 여기서, 이동 노드(200)의 상대 위치란 이미 알려진 고정 노드(100)의 위치로부터 상대적으로 정해지는 위치를 말한다. 한편, 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)의 절대적 위치는 이미 알려진 상태이므로, 이동 노드(200)의 절대적인 위치도 추정될 수 있다.Finally, when one representative received signal strength is calculated from each fixed node 110; 120; 130; 140, the representative received signal strength for each fixed node 110; 120; 130; 140 is moved. The relative position of the node 200 may be estimated (S730). Here, the relative position of the mobile node 200 refers to a position that is relatively determined from the known position of the fixed node 100. On the other hand, since the absolute position of each fixed node (110; 120; 130; 140) is already known, the absolute position of the mobile node 200 can also be estimated.

한편, 이동 노드(200)가 제1 실내 공간을 벗어나면 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)에게 휴먼 상태로 변환하라는 메시지를 전송한다(S740). 따라서, 제1 실내 공간에 배치되어 있는 각 고정 노드(110; 120; 130; 140)들은 휴먼 상태(Sleep mode)로 변환하여, 전력 소모를 줄일 수 있다.On the other hand, when the mobile node 200 leaves the first indoor space, it transmits a message to each fixed node (110; 120; 130; 140) to convert to a human state (S740). Accordingly, each of the fixed nodes 110; 120; 130; 140 disposed in the first indoor space may be converted into a sleep mode to reduce power consumption.

상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 실내 공간에서 분리된 공간 사이를 가로질러 이동하는 이동 노드의 위치를 신뢰성 있게 추정할 수 있다. 또한 분리된 공간 상에 배치되어 있는 각 고정 노드들을 이동 노드의 위치에 따라 휴먼 상태와 작동 상태로 둠으로써 전력을 효율적으로 사용하여 장시간의 작동을 보장할 수 있다. 이와 함께, 실내 공간에 위치하는 가구 또는 칸막이 등의 장애물에 의한 신호 왜곡을 보정함으로써, 실내 공간에서의 이동 노드의 위치 추정의 정확도를 높일 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, it is possible to reliably estimate the position of the mobile node moving across spaces separated from the indoor space. In addition, the fixed nodes disposed in the separated space are placed in the human state and the operating state according to the position of the mobile node, thereby efficiently using power to ensure long-term operation. In addition, by correcting signal distortion caused by obstacles such as furniture or partitions located in the indoor space, it is possible to increase the accuracy of the position estimation of the mobile node in the indoor space.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으 로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains have various permutations, modifications, and modifications without departing from the spirit or essential features of the present invention. It is to be understood that modifications may be made and other embodiments may be embodied. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 강도를 거리에 따라 측정하는 예를 보여주는 도면이다.1A is a diagram illustrating an example of measuring received signal strength according to a distance according to an embodiment of the present invention.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 강도의 거리에 따른 크기 값을 나타내는 도면이다.1B is a diagram illustrating magnitude values according to distances of received signal strengths according to an embodiment of the present invention.

도 1c는 실내에서의 거리에 따른 수신 신호 강도의 편차를 보여주는 도면이다.FIG. 1C is a diagram illustrating variation of received signal strength according to distance in a room.

도 1d는 실외에서의 거리에 따른 수신 신호 강도의 편차를 보여주는 도면이다.FIG. 1D is a diagram illustrating a variation in received signal strength according to a distance outdoors.

도 2a 및 도 2b는 일반적인 코디네이터 기반의 센서 네트워크에서 통신 영역을 클러스터 별로 구분하는 예를 보여주는 도면이다.2A and 2B are diagrams illustrating an example of classifying communication areas by clusters in a general coordinator-based sensor network.

도 3a, 3b 및 3c는 일반적인 코디네이터 기반의 센서 네트워크에서 통신 영역에서 이동 노드와 코디네이터 사이에 통신을 수행하는 일 예를 보여주는 도면이다.3A, 3B, and 3C illustrate examples of performing communication between a mobile node and a coordinator in a communication area in a general coordinator-based sensor network.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템에서의 보정 노드가 도입된 클러스터 영역을 개략적으로 보여주는 도면이다. 4A and 4B are diagrams schematically illustrating a cluster region in which a correction node is introduced in a position estimation system of a mobile node based on a correction node according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템에서 이동 노드의 위치 추정을 위하여 보정 노드, 코디네이터 및 이동 노드의 통신 과정을 보여주는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a communication process of a correction node, a coordinator, and a mobile node for estimating the position of the mobile node in the position estimation system of the mobile node based on the correction node according to an embodiment of the present invention.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 강도를 이용한 이동 노드의 위치추정 시스템의 블록도이다.6A is a block diagram of a location estimation system of a mobile node using received signal strength according to an embodiment of the present invention.

도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 강도를 이용한 이동 노드의 위치추정 시스템이 동작되는 공간을 보여주는 도면이다.6B is a diagram illustrating a space in which a system for estimating a location of a mobile node using received signal strength according to an embodiment of the present invention is operated.

도 7a 는 본 발명의 일 실시예에 따라 5초 동안의 이동평균에 의하여 획득된 모집단의 분포를 보여주는 도면이다.FIG. 7A illustrates a distribution of a population obtained by a moving average for 5 seconds according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따라 15초 동안의 이동평균에 의하여 획득된 모집단의 분포를 보여주는 도면이다.7B is a diagram showing a distribution of a population obtained by a moving average for 15 seconds according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 강도를 이용한 이동 노드의 위치추정 시스템에서 적용하는 k-means 알고리즘의 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a k-means algorithm applied to a location estimation system of a mobile node using received signal strength according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 강도를 이용한 이동 노드의 위치추정 시스템에서 위치 추정의 개략도이다.9 is a schematic diagram of position estimation in a location estimation system of a mobile node using received signal strength according to an embodiment of the present invention.

도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템에서 보정 노드에 의한 신호 왜곡 감지를 감지하는 개략도이다.10A is a schematic diagram of detecting signal distortion detected by a correction node in a position estimation system of a mobile node based on a correction node according to an embodiment of the present invention.

도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템에서 보정 노드에 의한 이동 노드의 공간 이동을 감지하는 개략도이다10B is a schematic diagram of detecting spatial movement of a mobile node by a correction node in a position estimation system of the mobile node based on the correction node according to an embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 신호 강도를 이용한 이동 노드의 위치추정 방법의 흐름도이다.11 is a flowchart of a method for estimating a location of a mobile node using received signal strength according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 설명** Description of the main parts of the drawings *

10, 20: 클러스터 영역10, 20: cluster zone

100: 고정노드100: fixed node

200: 이동 노드200: mobile node

300, 301: 코디네이터300, 301: Coordinator

310: 모집단 생성부 320: 대표 값 산출부310: population generation unit 320: representative value calculation unit

330: 위치 추정부330: location estimation unit

400: 보정 노드400: correction node

Claims (10)

복수의 분리된 실내 공간에서 보정 노드를 기반으로 하여 이동 노드의 위치를 추정하는 방법에 있어서,A method of estimating the position of a mobile node based on a correction node in a plurality of separated indoor spaces, 상기 이동 노드가 제2 실내 공간에서 제1 실내 공간으로의 이동 여부를 판별하는 단계;Determining whether the mobile node moves from a second indoor space to a first indoor space; 상기 이동 노드가 제1 실내 공간으로 이동한 경우에 상기 제1 실내 공간에 배치되어 있는 복수의 고정노드 각각으로부터 신호를 수신하여 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터를 획득하는 단계; Receiving a signal from each of the plurality of fixed nodes arranged in the first indoor space when the mobile node moves to the first indoor space to obtain a plurality of data for each fixed node; 상기 획득된 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터를 상기 이동 노드로부터 수신하는 단계;Receiving from the mobile node a plurality of data for each fixed node obtained; 상기 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터를 이용하여 각 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도를 산출하는 단계; 및 Calculating a representative received signal strength for each fixed node using a plurality of data for each fixed node; And 상기 각 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도를 이용하여 상기 이동 노드에 대한 상기 각 고정 노드로부터의 상대 위치를 추정하는 단계를 포함하는, 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 방법.Estimating a relative position from each fixed node relative to the mobile node using a representative received signal strength for each fixed node. 제 1항에 있어서, 상기 제1 실내 공간으로의 이동 여부를 판별하는 단계에서The method of claim 1, further comprising: determining whether to move to the first indoor space. 상기 이동 노드가 제1 실내 공간으로 이동한 것으로 판단되는 경우에 상기 제1 실내 공간에 배치되어 있는 상기 복수의 고정 노드를 깨우는 단계를 더 포함하 는, 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 방법.If the mobile node is determined to have moved to the first indoor space, further comprising waking up the plurality of fixed nodes disposed in the first indoor space; Way. 제 1항에 있어서, 상기 이동 여부를 판별하는 단계는The method of claim 1, wherein the determining of the movement 보정 노드가 상기 이동 노드로부터 송신된 신호의 수신 신호 강도와 이전 코디네이터에서의 상기 이동 노드의 위치 정보를 이용하여 상기 이동 노드가 제1 실내 공간으로 이동하였는지 여부를 판별하는, 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 방법.A correction node, based on the correction node, for determining whether the mobile node has moved to the first indoor space using the received signal strength of the signal transmitted from the mobile node and the position information of the mobile node in a previous coordinator. Method for estimating the position of a mobile node. 제 1항에 있어서, 상기 대표 수신 신호 강도를 산출하는 단계는The method of claim 1, wherein calculating the representative received signal strength 상기 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터에 대하여 상기 각 고정 노드에 대한 복수의 이동평균 값을 구하는 단계;Obtaining a plurality of moving average values for each fixed node with respect to the plurality of data for each fixed node; 상기 각 고정 노드에 대한 복수의 이동평균 값을 이용하여 상기 각 고정 노드에 대한 신뢰 모집단을 추출하는 단계; 및Extracting a confidence population for each fixed node using a plurality of moving average values for each fixed node; And 상기 각 고정 노드에 대한 신뢰 모집단에서 k-means 알고리즘을 이용하여 상기 각 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도를 계산하는 단계를 포함하는, 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 방법.Calculating a representative received signal strength for each fixed node using a k-means algorithm in the confidence population for each fixed node. 제 1항에 있어서, 상기 각 고정 노드로부터의 상대 위치를 추정하는 단계는The method of claim 1, wherein estimating relative positions from each fixed node comprises: 보정 노드가 상기 복수의 고정 노드 각각으로부터 송신된 신호를 수신하여 획득된 복수의 데이터를 상기 보정 노드로부터 전달 받아, 상기 제1 실내 공간에서 의 신호 왜곡을 감지하는 단계;Receiving, by the correction node, a plurality of pieces of data obtained by receiving signals transmitted from each of the plurality of fixed nodes from the correction node, and detecting signal distortion in the first indoor space; 상기 감지된 신호 왜곡을 거리 지수로 환산하여 상기 각 고정 노드로부터의 상대 위치를 추정하는 단계를 포함하는, 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 방법.Estimating a relative position from each fixed node by converting the sensed signal distortion into a distance index. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 이동 노드가 상기 제1 실내 공간을 벗어나는 경우에 상기 복수의 고정 노드 각각에 휴면 메시지(Sleep message)를 전송하는 단계를 더 포함하는, 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 방법.And transmitting a sleep message to each of the plurality of fixed nodes when the mobile node leaves the first indoor space. 복수의 분리된 실내 공간에서 보정 노드를 기반으로 하여 이동 노드의 위치를 추정하는 시스템에 있어서,A system for estimating a position of a mobile node based on a correction node in a plurality of separated indoor spaces, 제1 실내 공간상에서 일정한 세기의 신호를 송신하는 하나 이상의 고정 노드;At least one fixed node for transmitting a signal of a constant intensity on the first indoor space; 상기 각 고정 노드로부터 전송된 수신 신호 강도(RSSI)를 시간에 따라 감지하여 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터를 획득하는 이동 노드; A mobile node that detects a received signal strength (RSSI) transmitted from each fixed node over time to obtain a plurality of data for each fixed node; 제2 실내 공간과 상기 제1 실내 공간의 중간 영역에 위치하여 상기 이동 노드가 상기 제2 실내 공간으로부터 제1 실내 공간으로 이동하였는지를 판단하는 보정 노드; 및 A correction node positioned in an intermediate region of a second indoor space and the first indoor space to determine whether the mobile node has moved from the second indoor space to the first indoor space; And 상기 이동 노드로부터 상기 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터를 수신하여 상기 이동 노드의 위치를 추정하는 코디네이터를 포함하는, 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템.And a coordinator for receiving a plurality of data for each fixed node from the mobile node and estimating the position of the mobile node. 제 7항에 있어서, 상기 보정 노드는8. The method of claim 7, wherein the correction node is 상기 하나 이상의 고정 노드로부터 송신된 신호의 수신 신호 강도를 이용하여 상기 제1 실내 공간에서의 신호 왜곡을 감지하는, 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템.And a correction node for detecting signal distortion in the first indoor space using received signal strength of signals transmitted from the one or more fixed nodes. 제 7항에 있어서, 상기 코디네이터는The method of claim 7, wherein the coordinator is 상기 감지된 신호 왜곡을 거리 지수로 환산하여 상기 각 고정 노드로부터의 상대 위치를 추정하는, 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템.And estimating the relative position from each fixed node by converting the sensed signal distortion into a distance index. 제 7항에 있어서, 상기 코디네이터는The method of claim 7, wherein the coordinator is 상기 각 고정 노드에 대한 복수의 데이터로부터 각 고정 노드에 대한 복수의 이동평균 값을 산출하여 상기 각 고정 노드에 대한 신뢰 모집단을 생성하는 모집단 생성부;A population generation unit configured to generate a confidence population for each fixed node by calculating a plurality of moving average values for each fixed node from the plurality of data for each fixed node; 상기 생성된 각 고정 노드에 대한 신뢰 모집단을 이용하여 상기 각 고정 노드에 복수의 데이터를 대표하는 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도를 산출하는 대표 값 산출부; 및A representative value calculator configured to calculate a representative received signal strength for a fixed node representing a plurality of data to each fixed node by using the generated confidence population for each fixed node; And 상기 산출된 각 고정 노드에 대한 대표 수신 신호 강도를 이용하여 상기 각 고정 노드로부터의 상대 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는, 보정 노드를 기반으로 하는 이동 노드의 위치 추정 시스템.And a position estimator for estimating a relative position from each fixed node using the calculated representative received signal strength for each fixed node.
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