KR20100066284A - Position tracking apparatus and method for a low power wpan/wban device - Google Patents

Position tracking apparatus and method for a low power wpan/wban device Download PDF

Info

Publication number
KR20100066284A
KR20100066284A KR1020090027098A KR20090027098A KR20100066284A KR 20100066284 A KR20100066284 A KR 20100066284A KR 1020090027098 A KR1020090027098 A KR 1020090027098A KR 20090027098 A KR20090027098 A KR 20090027098A KR 20100066284 A KR20100066284 A KR 20100066284A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
node
group
sensor
nodes
anchor
Prior art date
Application number
KR1020090027098A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101257071B1 (en
Inventor
남홍순
이철효
오미경
김재영
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to US12/542,091 priority Critical patent/US20100141531A1/en
Publication of KR20100066284A publication Critical patent/KR20100066284A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101257071B1 publication Critical patent/KR101257071B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0284Relative positioning
    • G01S5/0289Relative positioning of multiple transceivers, e.g. in ad hoc networks
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0294Trajectory determination or predictive filtering, e.g. target tracking or Kalman filtering
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/46Indirect determination of position data
    • G01S2013/466Indirect determination of position data by Trilateration, i.e. two antennas or two sensors determine separately the distance to a target, whereby with the knowledge of the baseline length, i.e. the distance between the antennas or sensors, the position data of the target is determined
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B2201/00Indexing scheme relating to details of transmission systems not covered by a single group of H04B3/00 - H04B13/00
    • H04B2201/69Orthogonal indexing scheme relating to spread spectrum techniques in general
    • H04B2201/694WPAN

Abstract

PURPOSE: A position tracking apparatus and a method for a low power WPAN/WBAN device are provided to trace the position of a sensor node with low power. CONSTITUTION: A distance collection unit(110) collects the distance information of a plurality of anchor known nodes and each adjacent node to at least one sensor unknown node. A minimum distance calculation unit(120) respectively calculates a shortest path to the anchor node based on the distance information of the adjacent node. The minimum distance calculation unit select the sensor node having the shortest path from the anchor node and minimum distance as a parent node to manage them. A group separation unit(130) divides each node into a first group and a second group according whether their position is known or not. The controller selects a first sensor node nearest to a first group node to find the parent node.

Description

소출력 WPAN/WBAN 센서 위치추적 장치 및 방법{POSITION TRACKING APPARATUS AND METHOD FOR A LOW POWER WPAN/WBAN DEVICE}POSITION TRACKING APPARATUS AND METHOD FOR A LOW POWER WPAN / WBAN DEVICE}

본 발명은 위치추적 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소수의 앵커 노드를 갖는 네트워크에서 센서 노드의 위치를 용이하게 추적할 수 있도록 하는 위치추적 장치 및 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a location tracking device, and more particularly, to a location tracking device and a method for easily tracking the location of a sensor node in a network having a few anchor nodes.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-050-01, 과제명: WBAN In-body 시스템 및 On-body 시스템 개발].The present invention is derived from the research conducted as part of the IT growth engine technology development project of the Ministry of Knowledge Economy and the Ministry of Information and Communication Research and Development. [Task Management No .: 2008-F-050-01, Title: WBAN In-body System and On] -body system development].

무선 개인 영역 네트워크(Wireless Personal Area Network. 이하, "WPAN"이라 약칭함)/무선 인체 영역 네트워크(Wireless Body Area Network. 이하, "WBAN"이라 약칭함)는 저전력, 저가, 소형의 장치들로 구성되는 무선 센서 네트워크의 일종을 의미한다. WPAN/WBAN 센서는 소출력으로 비교적 짧은 통신거리를 갖는 장치이며 센서 노드의 정보를 다른 노드로 전달할 때 자신의 인접 노드로 전달하고 인접 노드는 다시 자신의 인접 노드에 전달하는 홉투홉(hop-to-hop) 방식으로 통신할 수 있도록 한다. Wireless Personal Area Network (abbreviated as "WPAN") / Wireless Body Area Network (hereinafter abbreviated as "WBAN") consists of low power, low cost, small devices Means a kind of wireless sensor network. WPAN / WBAN sensor is a device that has a relatively short communication distance with low power and it is a hop-to-hop that transmits the sensor node's information to another node and the neighbor node passes back to its neighbor node. to communicate in a hop-based fashion.

한편, 이러한 센서 네트워크에서 센서 노드의 위치를 추적하는 방법에는 두 노드간 거리 측정방법과 각도 측정방법이 있으며 거리측정 방법에는 신호 세기 측정(Received Signal Strength Indication, RSSI) 측정 방법과 도래시간(Time Of Arrival, 이하, "TOA"라 약칭함)측정 방법(예; 미국공개특허 2004-0235499, Ranging and positioning system, Ranging and positioning method, and radio communication apparatus) 등이 있다. On the other hand, in the sensor network, the method of tracking the position of a sensor node includes a distance measuring method and an angle measuring method between two nodes. Arrival, hereinafter abbreviated as " TOA, " measurement methods (e.g., US Patent Publication No. 2004-0235499, Ranging and positioning system, Ranging and positioning method, and radio communication apparatus).

센서 노드의 위치계산은 위치를 추적하고자 하는 임의의 센서 노드와 앵커 노드간의 거리정보를 이용하여 삼각측량법으로 센서의 위치를 계산한다. 센서 네트워크는 센서 노드들이 이동하거나 새로 추가되는 등 네트워크 토폴로지 변화가 많아서 미리 충분한 수의 앵커 노드를 설치하는 것은 비효율적인 경우가 많다. 이 경우 센서 노드와 앵커 노드가 직접 통신(1홉)을 하지 못하고 멀티홉으로 통신해야 한다. 즉, 앵커 노드와 임의의 센서 노드간 거리를 직접 측정할 수 없어 멀티홉으로 측정해야만 한다. The position calculation of the sensor node calculates the position of the sensor by triangulation method using the distance information between any sensor node and the anchor node whose position is to be tracked. The sensor network has a lot of network topology changes such as moving or adding sensor nodes, so it is often inefficient to install a sufficient number of anchor nodes in advance. In this case, the sensor node and the anchor node cannot communicate directly (one hop) but communicate in multihop. In other words, the distance between an anchor node and an arbitrary sensor node cannot be measured directly.

그런데, 멀티홉으로 측정된 거리는 앵커 노드와 센서 노드간의 공간적 배치에 따라 많은 차이가 있어 이 거리를 이용하여 삼각측량법을 이용하여 위치를 추정하는 경우 많은 위치오차가 발생하는 문제점이 있다. However, since the distance measured by the multi-hop has a lot of difference according to the spatial arrangement between the anchor node and the sensor node, there is a problem that a large position error occurs when estimating the position using the triangulation method using this distance.

한편, 이러한 문제점을 개선하기 위하여 (Multidimensional scaling, MDS)를 이용하는 방법(예: 미국공개특허 2005-0080924 A1, Node localization in communication networks) 등이 개시되어 있으나 이러한 방법은

Figure 112009019168255-PAT00001
의 시간 복잡도를 가지므로 위치를 결정하는데 많은 시간과 전력이 요구되는 문제점이 있다. Meanwhile, a method of using (Multidimensional Scaling, MDS) (for example, U.S. Patent Publication No. 2005-0080924 A1, Node localization in communication networks) is disclosed to improve such a problem.
Figure 112009019168255-PAT00001
Since there is a time complexity of, there is a problem that requires a lot of time and power to determine the location.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 센서에서 센서 노드의 위치를 인식하기 위한 낮은 계산 복잡도로 위치를 계산하여 빠르고 정확하게 센서 노드의 위치를 추적할 수 있도록 하는 위치 위치추적시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, the position location tracking system for tracking the position of the sensor node quickly and accurately by calculating the position with a low calculation complexity to recognize the position of the sensor node in the sensor and It is to provide a method.

전술한 기술 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 소출력 WPAN/WBAN 센서 위치추적 장치는,In order to solve the above technical problem, a low-power WPAN / WBAN sensor location tracking device according to an embodiment of the present invention,

센서 네트워크 내에서 고정되어 위치를 알고 있는 복수의 앵커 노드와 위치를 모르는 적어도 하나의 상기 센서 노드로부터 각각 인접한 노드의 거리 정보를 수집하여 취합하는 측정 거리 수집부; 상기 수집된 인접 노드의 거리정보에 기초하여 상기 앵커 노드까지의 최단 경로를 각각 계산하고, 상기 앵커 노드에 대한 최단경로 및 최단거리를 갖는 센서 노드를 부모 노드로 선정하여 관리하는 최단거리 산출부; 각 노드를 위치파악 여부에 따라 위치를 알고 있는 제1 그룹--상기 앵커 노드는 상기 제1 그룹에 포함됨--과 위치를 모르는 제2 그룹으로 각각 분리하는 그룹 분리부; 및 상기 제2 그룹에서 상기 제1 그룹의 노드에 가장 인접한 제1 센서 노드를 선택하여 그의 상기 부모 노드를 찾고, 상기 제1 센서의 앵커 노드에 대한 최단경로의 거리 정보(측정치)에 상기 제1 센서 노드의 부모 노드의 추정위치와 앵커 노드에 대한 최단경로 거리 정보를 반영하여 보정하는 제어부를 포함하되, 상기 제 어부는 상기 보정된 최단경로 거리 정보에 삼각측량법을 적용하여 상기 제1 센서 노드의 위치를 파악하는 제어부를 포함한다.A measurement distance collector configured to collect and collect distance information of adjacent nodes, respectively, from a plurality of anchor nodes fixed in the sensor network and at least one sensor node whose location is not known; A shortest distance calculator configured to calculate shortest paths to the anchor nodes based on the collected distance information of adjacent nodes, and select and manage sensor nodes having the shortest path and the shortest distance to the anchor nodes as parent nodes; A group separation unit for separating each node into a first group having a location according to whether the location is determined, the anchor node being included in the first group, and a second group having no location; And selecting the first sensor node closest to the node of the first group in the second group to find the parent node thereof, and to the distance information (measurement value) of the shortest path to the anchor node of the first sensor. And a controller configured to reflect the estimated position of the parent node of the sensor node and the shortest path distance information of the anchor node, wherein the control unit applies a triangulation method to the corrected shortest path distance information of the first sensor node. It includes a control unit for identifying the position.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 센서 네트워크에서의 위치추적 장치가 WPAN/WBAN 센서 노드의 위치를 추적하는 방법은,On the other hand, the location tracking device in the sensor network according to an embodiment of the present invention to track the position of the WPAN / WBAN sensor node,

a) 위치를 알고 있는 복수의 앵커 노드와 위치를 모르는 적어도 하나의 상기 센서 노드로부터 각각 인접한 노드의 거리 정보를 수집하여 취합하는 단계; b) 상기 수집된 인접 노드의 거리정보에 기초하여 상기 앵커 노드까지의 최단 경로를 각각 계산하고, 상기 앵커 노드에 대한 최단경로 및 최단거리를 갖는 센서 노드를 부모 노드로 선정하여 관리하는 단계; c) 각 노드를 위치파악 여부에 따라 위치를 알고 있는 제1 그룹--상기 앵커 노드는 상기 제1 그룹에 포함됨--과 위치를 모르는 제2 그룹으로 각각 분리하는 단계; d) 상기 제2 그룹에서 상기 제1 그룹의 노드에 인접한 제1 센서 노드를 선택하여 그의 상기 부모 노드를 찾고, 상기 제1 센서의 앵커 노드에 대한 최단경로의 거리 정보(측정치)에 상기 제1 센서 노드의 부모 노드의 추정위치와 앵커 노드에 대한 최단경로 거리 정보를 반영하여 보정하는 단계; 및 e) 상기 보정된 최단경로 거리 정보에 삼각측량법을 적용하여 상기 제1 센서 노드의 위치를 파악하는 단계를 포함한다.a) collecting and collecting distance information of adjacent nodes, respectively, from a plurality of anchor nodes having a location and at least one sensor node having no location; b) calculating the shortest paths to the anchor nodes based on the collected distance information of the adjacent nodes, and selecting and managing sensor nodes having the shortest path and the shortest distance to the anchor nodes as parent nodes; c) dividing each node into a first group of known locations depending on whether the node is located, the anchor node being included in the first group, and a second group of unknown locations; d) selecting a first sensor node adjacent to the node of the first group in the second group to find its parent node, and the first path to distance information (measurement) of the shortest path to the anchor node of the first sensor; Correcting by reflecting the estimated position of the parent node of the sensor node and the shortest path distance information for the anchor node; And e) determining a position of the first sensor node by applying triangulation to the corrected shortest path distance information.

전술한 구성에 의하여 본 발명의 실시 예에 따르면 센서 노드가 무작위로 조밀하게 분포하는 센서 네트워크에서 소수의 앵커 노드로 센서 노드의 위치를 낮은 복잡도로 구현하여 저전력으로 빠르고 정확하게 추적하는 효과를 얻을 수 있다. According to the embodiment of the present invention by the above-described configuration, in the sensor network where the sensor nodes are randomly densely distributed, a small number of anchor nodes can be implemented to realize the location of the sensor node with low complexity, thereby achieving fast and accurate tracking at low power. .

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 센서 노드가 무작위로 조밀하게 분포된 센서 네트워크에서 소수의 앵커 노드를 통해 센서의 위치를 간단히 계산하여 센서 노드의 위치추적을 용이하게 하는 효과가 있다. As described above, according to an embodiment of the present invention, in the sensor network in which the sensor nodes are randomly distributed, the position of the sensor is easily calculated by simply calculating the position of the sensor through a few anchor nodes.

특히, 각 앵커 노드에 대한 최단 경로를 구하고 각 앵커 노드와 가장 가까운 센서 노드부터 하나씩 순차적으로 추가하면서 위치를 계산하여 복잡도를 줄이고, 저전력으로 빠르고 정확하게 센서 노드의 위치를 추적하는 효과가 있다.In particular, the shortest path for each anchor node is added, and the position is calculated one by one from the sensor node closest to each anchor node, and the position is calculated to reduce the complexity, and the position of the sensor node can be tracked quickly and accurately at low power.

나아가, 본 발명의 실시 예에 따르면, 화염이 많은 실내 소방관의 위치 파악이나 공항 및 백화점 등에 일시적으로 센서를 배치하여 위험물질이나 오염물을 탐지할 수 있으며, 산악과 같이 앵커 노드(10)를 설치하기 곤란한 지역에 센서 노드를 배치하는 경우 및 인체내 다수의 소출력 이식 장치(implantor)의 위치 파악 등에 활용할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by detecting the location of the indoor firefighters with a lot of flame or by temporarily placing sensors in airports and department stores, it is possible to detect dangerous substances or contaminants, and install the anchor node 10 like a mountain. In the case of disposing a sensor node in a difficult area and the location of a large number of low-power implanters (implantor) in the human body there is an effect that can be utilized.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise. In addition, the terms “… unit”, “… unit”, “module”, etc. described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software. have.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 소출력 WPAN/WBAN 센서 위치추적 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.Now, a description will be given of a low power WPAN / WAN sensor position tracking device and method according to an embodiment of the present invention in detail with reference to the drawings.

아래 설명에서 본 발명의 위치추적 장치 및 방법의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.In the following description specific details of the location tracking apparatus and method of the present invention are presented to provide a more general understanding of the present invention, which is understood that the present invention may be readily implemented without these specific details and also by modification thereof. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 위치를 추적하는 위치추적 장치를 개략적으로 나타낸 네트워크 구성도이다.1 is a network configuration diagram schematically showing a location tracking device for tracking the location of a sensor according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 장치는 센서 네트워크(Sensor Network)에서 센서의 위치 정보를 파악하는 시스템으로 위치를 추정하기 위하여 2차원 평면인 경우 적어도 3개의 앵커 노드(10), 다수의 센서 노드(20)들과 위치추적 장치(100)를 포함한다. 또한, 이에 한정되지 않고 3차원 공간인 경우 적어도 4개의 앵커 노드(10)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, at least three anchor nodes when the location tracking device is a two-dimensional plane for estimating a location as a system for identifying location information of a sensor in a sensor network. 10, a plurality of sensor nodes 20 and a location tracking device 100. In addition, the present invention is not limited thereto and may include at least four anchor nodes 10 in the three-dimensional space.

앵커 노드(Anchor Node)(10)는 자신의 위치를 알고 있는 고정 노드로서 센서 노드(20)의 위치를 계산할 때의 기준점이 된다. 앵커 노드(10)의 위치는 GPS(Global positioning system)를 이용하거나 인위적으로 설정할 수 있으며, 설치 후 자신의 위치를 설정하여 앵커 노드(10)로서의 기능을 수행할 수 있다. 일반적으로 앵커 노드(10)는 사용 에너지에 대한 제한이 적은 구조를 갖는 것이 바람직하다.The anchor node 10 is a fixed node that knows its position and serves as a reference point when calculating the position of the sensor node 20. The position of the anchor node 10 may be set artificially or by using a global positioning system (GPS), and may set its position after installation to perform a function as the anchor node 10. In general, it is preferable that the anchor node 10 has a structure with a low limit on the energy used.

센서 노드(Sensor Node)(20)는 다양한 환경 혹은 물리계에서 센싱된 정보 또는 센서에 관련된 특정 이벤트를 무선 통신기술을 기반으로 하여 전달하며, 센서, 프로세서 및 통신소자로 구성되는 무선 노드이다. The sensor node 20 transmits information sensed in various environments or physical systems or a specific event related to a sensor based on a wireless communication technology, and is a wireless node composed of a sensor, a processor, and a communication element.

센서 노드(20)는 하나의 네트워크에 다수의 앵커 노드(10)들이 존재할 수 있으며 고정된 위치에 있거나 이동성을 갖는다. 앵커 노드(10)는 일반적으로 사용할 수 있는 에너지가 제한되어 저전력으로 운용되고 앵커 노드(10) 및 이웃한 센서 노드(20)들과 연관되어 홉투홉(hop-to-hop)으로 통신한다.The sensor node 20 may have a plurality of anchor nodes 10 in one network and may be in a fixed position or have mobility. The anchor node 10 is generally operated at low power with limited energy available and communicates hop-to-hop in association with the anchor node 10 and neighboring sensor nodes 20.

이러한, 센서 노드(20) 및 앵커 노드(10)는 각각 이웃한 인접 노드의 거리를 측정하여 위치추적 장치(100)로 전달하는 역할을 한다.The sensor node 20 and the anchor node 10 measure the distances of neighboring adjacent nodes, respectively, and transmit the measured distances to the location tracking device 100.

위치추적 장치(100)는 주변의 위치정보와 앵커 노드(10)의 위치정보, 앵커 노드(10)와 인접한 센서 노드(20) 그리고, 상기 센서 노드(20)와 인접한 다른 센서 노드(10')들 간의 거리 정보를 관리하며, 주기적 혹은 비주기적으로 센서 노드(20)의 위치를 추적하는 기능을 갖는다. The location tracking device 100 may include location information of surroundings, location information of the anchor node 10, a sensor node 20 adjacent to the anchor node 10, and another sensor node 10 ′ adjacent to the sensor node 20. Manages distance information between the two, and has a function of tracking the position of the sensor node 20 periodically or aperiodically.

이를 위해, 위치추적 장치(100)는 측정 거리 수집부(110), 최단거리 산출부(120), 그룹 분리부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.To this end, the location tracking device 100 includes a measurement distance collector 110, a shortest distance calculator 120, a group separator 130, and a controller 140.

측정 거리 수집부(110)는 앵커 노드(10) 및 센서 노드(20)로부터 각각 인접한 노드간의 측정된 거리 정보를 수집하여 취합하는 역할을 한다.The measurement distance collector 110 collects and collects measured distance information between adjacent nodes from the anchor node 10 and the sensor node 20, respectively.

최단거리 산출부(120)는 상기 취합된 인접 노드간 거리 정보를 토대로 각 센서 노드(20)로부터 앵커 노드(10)까지의 최단경로를 찾고 최단경로의 거리를 계산한다. 이 때, 최단거리 산출부(120)는 앵커 노드(10)와 가장 가까운 최단경로 및 최단거리를 갖는 인접 노드를 "부모 노드"로 관리한다.The shortest distance calculator 120 finds the shortest path from each sensor node 20 to the anchor node 10 based on the collected distance information between adjacent nodes and calculates the distance of the shortest path. At this time, the shortest distance calculator 120 manages an adjacent node having the shortest path and the shortest distance closest to the anchor node 10 as the "parent node."

그룹 분리부(130)는 다수의 센서 노드(20)중 위치를 알고 있는 그룹(이하, "Gu"라 칭함)과 위치를 모르는 그룹(이하, "Gk"이라 칭함)으로 분리하는 역할을 한다. 즉, 상기 Gu 그룹은 센서 노드의 위치가 파악된 그룹을 의미하며, 상기 Gk 그룹은 센서 노드의 위치가 파악되지 않은 그룹을 의미한다.The group separator 130 separates a group of sensor nodes 20 into a group (hereinafter, referred to as “G u ”) and a group of unknown location (hereinafter, referred to as “G k ”). do. That is, the G u group refers to a group in which the location of the sensor node is known, and the G k group refers to a group in which the location of the sensor node is not known.

제어부(140)는 상기 Gk 그룹에서 상기 Gu 그룹과 인접한(가장 가까운) 하나의 센서 노드(20)를 선택하고, 선택된 센서 노드(20)의 앵커 노드(10)에 대한 최단경로의 거리를 해당 센서 노드(20)의 부모 노드의 추정위치와 앵커 노드(10)에 대한 최단경로 거리를 반영하여 보정한다. 그리고, 제어부(140)는 상기 보정된 거리를 삼각측량법에 적용하여 센서 노드(20)의 위치를 계산한다.The controller 140 selects one sensor node 20 adjacent (closest to) the G u group in the G k group, and selects a distance of the shortest path to the anchor node 10 of the selected sensor node 20. Correction is performed by reflecting the estimated position of the parent node of the sensor node 20 and the shortest path distance to the anchor node 10. The controller 140 calculates the position of the sensor node 20 by applying the corrected distance to the triangulation method.

제어부(140)는 상기 Gu 그룹의 모든 센서 노드의 위치 추정을 완료할 때까지 상기 최단거리의 보정 및 위치계산 과정을 반복적으로 수행한다.The controller 140 repeatedly performs the process of correcting and calculating the shortest distance until the position estimation of all the sensor nodes of the G u group is completed.

한편, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드의 위치를 결정하기 위한 삼각측량법을 나타낸 예시도이다.On the other hand, Figure 2 is an exemplary view showing a triangulation method for determining the position of the sensor node according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 센서 네트워크는 3개의 앵커 노드(제1, 제2, 제3 앵커 노드)와 2개의 센서 노드(ni, nj)를 포함한다. 여기서, 위치를 결정하고자 하는 센서 노드 ni는 제1 앵커 노드 및 제2 앵커 노드와 직접 통신거리에 있고 제3 앵커 노드와는 nj를 경유하여 2홉(hop)으로 연결되는 것으로 가정한다. Referring to FIG. 2, a sensor network according to an embodiment of the present invention includes three anchor nodes (first, second and third anchor nodes) and two sensor nodes n i and n j . Here, it is assumed that the sensor node n i to determine the position is in direct communication distance with the first anchor node and the second anchor node and is connected in two hops with the third anchor node via n j .

이 때, 제1 앵커 노드와 센서 노드 ni와 거리

Figure 112009019168255-PAT00002
, 앵커 노드2와 노드 ni와 거리
Figure 112009019168255-PAT00003
는 직접 측정가능하며 측정된 거리를 각각
Figure 112009019168255-PAT00004
Figure 112009019168255-PAT00005
라고 한다. 제3 앵커 노드와 ni와 거리
Figure 112009019168255-PAT00006
는 직접 측정할 수 없으며, 제3 앵커 노드와 센서 노드 nj 간 거리
Figure 112009019168255-PAT00007
와 센서 노드 nj와 센서 노드 ni와 거리
Figure 112009019168255-PAT00008
를 이용하여 추정할 수 있다. At this time, the distance between the first anchor node and the sensor node n i
Figure 112009019168255-PAT00002
, The distance between anchor node 2 and node n i
Figure 112009019168255-PAT00003
Is directly measurable and each of the measured
Figure 112009019168255-PAT00004
Wow
Figure 112009019168255-PAT00005
It is called. Distance from third anchor node n i
Figure 112009019168255-PAT00006
Cannot be measured directly, and the distance between the third anchor node and the sensor node n j
Figure 112009019168255-PAT00007
With sensor node n j and distance with sensor node n i
Figure 112009019168255-PAT00008
It can be estimated using.

그리고, 센서 노드 ni의 위치는 3개의 앵커 노드들의 위치와 3개의 거리 정보를 이용하여 삼각측량법으로 계산한다. 여기서, 제3 앵커 노드와 센서 노드 ni와 거리

Figure 112009019168255-PAT00009
는 다음의 수학식 1과 같이
Figure 112009019168255-PAT00010
혹은
Figure 112009019168255-PAT00011
보다 크고 그 두 개의 합보다 같거나 작다. The position of the sensor node n i is calculated by triangulation using the position of the three anchor nodes and the three distance information. Here, the distance between the third anchor node and the sensor node n i
Figure 112009019168255-PAT00009
Is as shown in Equation 1 below.
Figure 112009019168255-PAT00010
or
Figure 112009019168255-PAT00011
Is greater than or equal to the sum of the two.

Figure 112009019168255-PAT00012
Figure 112009019168255-PAT00012

수학식 1로부터

Figure 112009019168255-PAT00013
의 추정치
Figure 112009019168255-PAT00014
Figure 112009019168255-PAT00015
와 같거나 작으며 추정 치의 오차에 따라 센서 노드 ni의 추정위치에 오차가 발생되므로 앵커 노드와의 거리를 정확하게 추정하는 것이 요구된다. From Equation 1
Figure 112009019168255-PAT00013
Estimate of
Figure 112009019168255-PAT00014
Is
Figure 112009019168255-PAT00015
Since the error occurs at the estimated position of the sensor node n i according to the error of the estimate, it is required to accurately estimate the distance from the anchor node.

한편, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드의 위치추정 방법을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of estimating a position of a sensor node according to an exemplary embodiment of the present invention.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 장치(100)는 센서 노드(20)의 위치를 주기적 혹은 비주기적으로 추정하기 위하여 먼저 각 센서 노드(20)에서 측정된 인접 노드 거리 측정 데이터를 취합한다(S301). 상기 거리 측정은 두 노드간 TOA를 측정하고 전파속도를 고려하여 계산할 수 있다. Referring to FIG. 3, the position tracking device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may first measure adjacent positions measured at each sensor node 20 in order to periodically or aperiodically estimate the position of the sensor node 20. The distance measurement data is collected (S301). The distance measurement can be calculated by measuring the TOA between two nodes and considering the propagation speed.

위치추적 장치(100)는 상기 취합된 인접 노드 거리정보로부터 각각의 앵커 노드(10)에 대한 최단경로와 상기 최단경로 거리를 계산한다(S302). 여기서, 상기 최단경로 거리는 센서 노드(20)에서 앵커 노드(10)까지의 최단경로를 따라 두 노드 간 거리 합으로 계산한다.The location tracking apparatus 100 calculates the shortest path and the shortest path distance for each anchor node 10 from the collected adjacent node distance information (S302). Here, the shortest path distance is calculated as the sum of the distances between the two nodes along the shortest path from the sensor node 20 to the anchor node 10.

위치추적 장치(100)는 센서 노드(20)들을 위치가 파악된 Gk그룹과 위치가 파악되지 않은 Guk그룹으로 각각 분리하여 그룹화한다(S303). 초기 단계에서 앵커 노드(10)는 Gk그룹에 센서 노드(20)는 Guk그룹에 포함된다. 위치추적 장치(100)는 상기 그룹을 분류할 때 앵커 노드(10)를 기준으로 하는 세부 그룹으로 분류하고 분류된 세부그룹 단위로 위치를 계산하여 계산 복잡도를 줄일 수 있다. 상기 세부 그룹은 도 1에서와 같이 2차원 평면인 경우 적어도 3개의 앵커 노드 및 두개의 센서 노드를 포함하여야 한다.The location tracking apparatus 100 separates and groups the sensor nodes 20 into G k groups in which positions are identified and G Guk groups in which positions are not identified (S303). In the initial stage, the anchor node 10 is included in the G k group and the sensor node 20 is included in the G uk group. When classifying the group, the location tracking apparatus 100 may classify the group into subgroups based on the anchor node 10 and calculate a location in the subgroups classified to reduce the computational complexity. The detail group should include at least three anchor nodes and two sensor nodes in the two-dimensional plane as shown in FIG. 1.

다음, 위치추적 장치(100)는 Gk 그룹과 Guk 그룹간 가장 가까운(인접한) 센서 노드 u를 선정하고, 상기 센서 노드 u에 해당하는 부모 노드 p를 찾는다(S304).Next, the location tracking apparatus 100 selects the closest (adjacent) sensor node u between the G k group and the G uk group and finds a parent node p corresponding to the sensor node u (S304).

그리고, 위치추적 장치(100)는 부모 노드 p의 추정위치와 p의 앵커 노드(10)에 대한 최단경로의 거리 측정치를 고려하여 센서 노드 u의 앵커 노드(10)에 대한 최단경로 거리 측정치를 보정한다(S305). In addition, the position tracking apparatus 100 corrects the shortest path distance measurement for the anchor node 10 of the sensor node u in consideration of the estimated position of the parent node p and the shortest path distance measurement for the anchor node 10 of p. (S305).

이어서, 위치추적 장치(100)는 보정된 거리정보와 앵커 노드(10)의 위치정보로부터 삼각측량법을 이용하여 센서 노드 u의 위치를 추정한다(S306). Subsequently, the position tracking apparatus 100 estimates the position of the sensor node u using triangulation from the corrected distance information and the position information of the anchor node 10 (S306).

위치추적 장치(100)는 Guk 그룹에서 위치추적을 해야 할 센서 노드(20)가 존재하는 지 여부를 확인하여 존재하지 않으면(S307, 예) 종료하고, 더 존재하면(S307, 아니오) 상기 S304 내지 S307 단계를 반복한다. If the positioning device 100 is shut down is not present to determine whether the sensor node 20 to a location in the G uk group is present (S307, Yes), and the more there (S307, No), the S304 Repeat step S307.

즉, 위치추적 장치(100)는 모든 센서 노드(20)의 위치를 추정하기 위하여 Guk그룹이 0이 될 때까지 Gk그룹 가장 가까운 노드를 찾아 최단경로 거리를 보정하여 위치를 계산하는 과정을 반복 수행한다.That is, the position tracking device 100 calculates the position by finding the node closest to the G k group and correcting the shortest path distance until the G uk group becomes 0 in order to estimate the positions of all the sensor nodes 20. Repeat it.

한편, 도 4를 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 두 개의 그룹 Gk와 Guk간 가장 가까운 노드를 찾기 방법을 설명한다.Meanwhile, a method of finding the closest node between two groups G k and G uk according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 두 그룹간 인접 노드를 찾는 방법을 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of finding adjacent nodes between two groups according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 장치(100) Guk 그룹의 임의의 센서 노드 ni의 인접 노드 nj가 Gk 그룹에 속해있는지 확인하고, 상기 Gk 그룹에 속해있는 경우

Figure 112009019168255-PAT00016
가 최소가 되는 센서 노드를 찾고 그 센서 노드를 노드 u라고 한다(S401). 즉, 센서 노드 u를 Guk 그룹에서 삭제하고 Gk 그룹에 포함시킨다(S402). Referring to the accompanying Figure 4, ensure that any neighbor node n j of sensor nodes n i of the position tracking device (100) G uk group according to an embodiment of the present invention belong to the G k group, wherein G k groups If you belong to
Figure 112009019168255-PAT00016
The sensor node is found to be the minimum and the sensor node is called node u (S401). That is, the sensor node u is deleted from the group G uk and included in the group G k (S402).

그리고, 상기 도 3의 S302 단계에서 계산된 최단경로로부터 상기 센서 노드 u의 부모 노드를 알 수 있으며 이를 노드 p라고 한다(S403).In addition, the parent node of the sensor node u may be known from the shortest path calculated in step S302 of FIG. 3, which is referred to as node p (S403).

이와 같이 하나의 앵커에 대한 최단경로 계산은 최단경로(Dijkstra) 알고리즘 등 검증된 방법을 사용할 수 있다. 임의의 그래프 G=(V,E)에서 V를 노드 수, E를 인접 노드 수라고 하면 하나의 앵커에 대한 최단경로 계산은

Figure 112009019168255-PAT00017
의 복잡도를 갖는다.As described above, the shortest path calculation for one anchor may use a proven method such as a Dijkstra algorithm. In any graph G = (V, E), if V is the number of nodes and E is the number of adjacent nodes, then the shortest path calculation for one anchor is
Figure 112009019168255-PAT00017
Has the complexity of

한편, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드 u의 위치보정 방법을 나타낸 흐름도이다.On the other hand, Figure 5 is a flow chart illustrating a position correction method of the sensor node u according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드 u의 앵커에 대한 최단거리를 자신의 부모 노드 p의 위치와 최단거리 정보로부터 보정하는 과정을 나타낸다. Referring to FIG. 5, a process of correcting the shortest distance with respect to the anchor of the sensor node u according to an embodiment of the present invention from the position and the shortest distance information of its parent node p is shown.

위치추적 장치(100)는 상기 도 4에서 추정된 부모 노드의 위치로부터 노드 p의 추정위치와 앵커 노드(10)간 거리

Figure 112009019168255-PAT00018
,
Figure 112009019168255-PAT00019
,
Figure 112009019168255-PAT00020
를 각각 계산하고(S501, S502), 앵커 노드(10)에 대한 최단경로 측정거리
Figure 112009019168255-PAT00021
,
Figure 112009019168255-PAT00022
,
Figure 112009019168255-PAT00023
으로부터 노 드u의 최단경로에 대한 측정거리
Figure 112009019168255-PAT00024
,
Figure 112009019168255-PAT00025
,
Figure 112009019168255-PAT00026
를 부모 노드 p의 위치를 고려하여 보정하는 것은 다음의 수학식 2와 같다.The position tracking device 100 may determine the distance between the estimated position of the node p and the anchor node 10 from the position of the parent node estimated in FIG. 4.
Figure 112009019168255-PAT00018
,
Figure 112009019168255-PAT00019
,
Figure 112009019168255-PAT00020
Are respectively calculated (S501, S502), the shortest path measurement distance to the anchor node 10
Figure 112009019168255-PAT00021
,
Figure 112009019168255-PAT00022
,
Figure 112009019168255-PAT00023
Distance from node u to the shortest path
Figure 112009019168255-PAT00024
,
Figure 112009019168255-PAT00025
,
Figure 112009019168255-PAT00026
Is corrected in consideration of the position of the parent node p as in Equation 2 below.

Figure 112009019168255-PAT00027
Figure 112009019168255-PAT00027

즉, 위치추적 장치(100)는 부모 노드 p 의 추정위치와 앵커 노드(10)간의 거리 계산치와 해당 노드의 최단경로 거리 측정치를 고려하여 상기 수학식 2와 같이 센서 노드 u의 앵커 노드(10)에 대한 최단경로 거리를 보정할 수 있다(S503).That is, the position tracking device 100 considers the calculated distance between the estimated position of the parent node p and the anchor node 10 and the shortest path distance measurement value of the corresponding node, as shown in Equation 2 above. The shortest path distance with respect to may be corrected (S503).

한편, 도 6은 본 발명의 실시 에에 따른 Guk 그룹에서 Gk 그룹으로 변경되는 과정을 나타낸다.On the other hand, Figure 6 shows the process of changing from the G uk group to the G k group according to the embodiment of the present invention.

첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 장치(100)가 센서 네트워크의 센서 노드(20)들의 위치를 파악함에 따라 Guk 그룹에서 Gk 그룹으로 센서 노드(20)들이 변화하는 되는 것을 보여준다.Referring to FIG. 6, as the location tracking device 100 according to an embodiment of the present invention detects the positions of the sensor nodes 20 of the sensor network, the sensor nodes 20 are moved from the G uk group to the G k group. Show that you are changing.

본 발명의 실시 예에 따른 센서 네트워크는 3개의 앵커 노드(10)와 5개의 센서 노드(20)를 갖는 경우를 가정한다. It is assumed that the sensor network according to an embodiment of the present invention has three anchor nodes 10 and five sensor nodes 20.

먼저, 도 6 의 (a)는 초기상태로서 사각형(■)으로 표시된 Gk 그룹에는 앵커 노드가 포함되었고, 원(○)으로 표시된 Guk 그룹에는 다수의 센서 노드가 포함된 경우를 나타낸다. (b)는 Guk 그룹에 속한 노드 중에서 Gk 그룹에 포함된 앵커 노드(■)와 가장 가까운 센서 노드(●)가 Gk 그룹에 포함된 것을 나타낸다. 그리고, (c) 내지 (f)는 상기 (b)와 같이 Guk 그룹에서 하나씩 Gk 그룹으로 포함시켜 모든 센서 노드(20)가 Gk 그룹에 포함된 경우로서 이는 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 장치(100)가 모든 센서 노드(20)의 위치를 계산한 것을 의미한다. First, (a) of FIG. 6 shows an anchor node included in a G k group represented by a square (■) as an initial state, and a plurality of sensor nodes included in a G uk group represented by a circle (○). (b) indicates that the nearest sensor nodes as an anchor node (■) are included in a group G k from the nodes in the group G uk (●) is included in the group G k. And, (c) to (f) is, which according to an embodiment of the present invention as the case of (b) all of the sensor node 20 by including in the G uk group one by one G k groups, such as is included in G k groups This means that the location tracking device 100 calculates the positions of all the sensor nodes 20.

한편, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 오차를 보인 모의실험 결과를 나타낸 그래프이다.On the other hand, Figure 7 is a graph showing the simulation results showing the position tracking error according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 7을 참조하면, 앵커 노드(10)까지 최단경로 거리를 보정하지 않고 추정한 위치오차와 최단경로 거리를 보정하여 추정한 위치오차에 대하여 매틀립(MATLAB)으로 시뮬레이션 한 결과를 그래프로 보여준다. Referring to FIG. 7, a graph shows a simulation result of a matlab for a position error estimated by correcting the position error and the shortest path distance without correcting the shortest path distance to the anchor node 10. Shows.

시뮬레이션 환경은 100m x 100m인 평면을 가정하고 4개의 가장 자리[((0,0), (100,0), (0,100), (100,100))에 앵커 노드(10)를 각각 배치하였다. 센서 노드(20)는 상기 평면상에 무작위로 배치하되 40개에서 200개까지 20개씩 변경하여 실험하였다. 또한 앵커 노드(10)와 앵커 노드(10)의 통신거리(커버리지)는 30m 이하로 가정하였다. The simulation environment assumes a plane of 100m x 100m and places anchor nodes 10 at four edges (((0,0), (100,0), (0,100), (100,100)). The sensor nodes 20 were randomly arranged on the plane, but experimented by changing 20 from 40 to 200. In addition, it is assumed that the communication distance (coverage) between the anchor node 10 and the anchor node 10 is 30 m or less.

시뮬레이션 결과 센서 노드(20)의 수가 40개인 경우에는 최소 인접 노드 수는 4개이며, 이때 최단경로 거리를 보정하지 않고 위치를 추정한 STP 방법의 경우 위치 추정오차가 74m, 본 발명과 같이 거리를 보정하고 추정한 경우에는 43m 거리 오차를 각각 보이고 있다. 또한, 센서 노드(20)의 수가 200개인 경우 STP 방법의 경우 1.4m, 본 발명에 따른 경우 1.1m 의 거리 오차를 각각 보임으로써 두 방법 모두 디바이스(센서 노드)가 조밀하게 분포하고 있으면 보다 정확한 위치를 추정할 수 있음을 알 수 있다.As a result of the simulation, when the number of sensor nodes 20 is 40, the minimum number of adjacent nodes is 4, and in the case of the STP method which estimates the position without correcting the shortest path distance, the position estimation error is 74m and the distance is estimated as in the present invention. In case of correction and estimation, 43m distance error is shown. In addition, when the number of sensor nodes 20 is 200, the distance error of 1.4m for the STP method and 1.1m for the method according to the present invention is shown, respectively. It can be seen that can be estimated.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 센서 노드(20)가 무작위로 조밀하게 분포된 센서 네트워크에서 소수의 앵커 노드를 통해 센서의 위치를 간단히 계산하여 센서 네트워크의 위치추적을 용이하게 하는 효과가 있다. As described above, according to the embodiment of the present invention, the sensor node 20 has an effect of facilitating the location of the sensor network by simply calculating the position of the sensor through a few anchor nodes in a randomly distributed sensor network. .

특히, 각 앵커 노드에 대한 최단 경로를 구하고, 각 앵커 노드와 가장 가까운 센서 노드부터 하나씩 순차적으로 추가하면서 위치를 계산하여 복잡도를 줄이고, 소수의 앵커 노드(10)를 갖는 공간에서도 센서간 거리 정보를 이용해 센서 노드(20)의 위치추적을 용이하게 하는 효과가 있다.In particular, it calculates the shortest path for each anchor node, calculates the position by sequentially adding one from the sensor node closest to each anchor node, and reduces the complexity, and the distance information between sensors in the space with a few anchor nodes 10 There is an effect of facilitating the location tracking of the sensor node 20 by using.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited only to the above embodiments, and various other changes are possible.

예컨대, 도 1에 도시한 본 발명의 실시 예에서는 적어도 3개의 앵커 노드와 2개의 센서 노드를 포함하는 2차원 평면을 예로 설명하였으나 이에 한정되지 않고, 적어도 하나의 앵커 노드(10)를 더 포함할 수 있다. 그래서, 건물 내부와 같은 3차원 공간에의 센서 노드(20)에 대한 위치추적을 용이하게 하는 이점이 있다.For example, in the exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 1, a two-dimensional plane including at least three anchor nodes and two sensor nodes has been described as an example. However, the present disclosure is not limited thereto and may further include at least one anchor node 10. Can be. Thus, there is an advantage of facilitating the positioning of the sensor node 20 in a three-dimensional space, such as inside a building.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 화염이 많은 실내 소방관의 위치 파악이나 공항 및 백화점 등에 일시적으로 센서를 배치하여 위험물질이나 오염물을 탐지 하거나 산악과 같이 앵커 노드(10)를 설치하기 곤란한 지역에 센서 노드(20)를 배치하는 경우, 인체내 다수의 소출력 이식 장치(implantor)의 위치 파악 등에 활용할 수 있는 효과가 있다. Further, according to an embodiment of the present invention, the sensor is located in an area where it is difficult to detect dangerous substances or contaminants by temporarily placing a sensor in a location of an indoor firefighter with a high flame, an airport or a department store, or to install an anchor node 10 such as a mountain. When arranging the node 20, there is an effect that can be utilized, such as the location of a number of small output implanter (implantor) in the human body.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention are not limited to the above-described apparatuses and / or methods, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded And such an embodiment can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 위치를 추적하는 위치추적 장치를 개략적으로 나타낸 네트워크 구성도이다.1 is a network configuration diagram schematically showing a location tracking device for tracking the location of a sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드의 위치를 결정하기 위한 삼각측량법을 나타낸 예시도이다.2 is an exemplary view showing a triangulation method for determining the position of the sensor node according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드의 위치추정 방법을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of estimating a position of a sensor node according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 두 그룹간 인접 노드를 찾는 방법을 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of finding adjacent nodes between two groups according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드 u의 위치보정 방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a position correction method of a sensor node u according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시 에에 따른 Guk 그룹에서 Gk 그룹으로 변경되는 과정을 나타낸다.6 shows a process of changing from a G uk group to a G k group according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 위치추적 오차를 보인 모의실험 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing a simulation result showing a position tracking error according to an embodiment of the present invention.

Claims (10)

센서 네트워크 내에서 고정되어 위치를 알고 있는 복수의 앵커 노드와 위치를 모르는 적어도 하나의 상기 센서 노드로부터 각각 인접한 노드의 거리 정보를 수집하여 취합하는 측정 거리 수집부;A measurement distance collector configured to collect and collect distance information of adjacent nodes, respectively, from a plurality of anchor nodes fixed in the sensor network and at least one sensor node whose location is not known; 상기 수집된 인접 노드의 거리정보에 기초하여 상기 앵커 노드까지의 최단 경로를 각각 계산하고, 상기 앵커 노드에 대한 최단경로 및 최단거리를 갖는 센서 노드를 부모 노드로 선정하여 관리하는 최단거리 산출부;A shortest distance calculator configured to calculate shortest paths to the anchor nodes based on the collected distance information of adjacent nodes, and select and manage sensor nodes having the shortest path and the shortest distance to the anchor nodes as parent nodes; 각 노드를 위치파악 여부에 따라 위치를 알고 있는 제1 그룹--상기 앵커 노드는 상기 제1 그룹에 포함됨--과 위치를 모르는 제2 그룹으로 각각 분리하는 그룹 분리부; 및A group separation unit for separating each node into a first group having a location according to whether the location is determined, the anchor node being included in the first group, and a second group having no location; And 상기 제2 그룹에서 상기 제1 그룹의 노드에 가장 인접한 제1 센서 노드를 선택하여 그의 부모 노드를 찾고, 상기 제1 센서 노드의 앵커 노드에 대한 최단경로의 거리 정보(측정치)에 상기 제1 센서 노드의 부모 노드의 추정위치와 앵커 노드에 대한 최단경로 거리 정보를 반영하여 보정하는 제어부를 포함하되, Selecting a first sensor node closest to the node of the first group in the second group to find its parent node, the first sensor to the distance information (measurement) of the shortest path to the anchor node of the first sensor node It includes a control unit for correcting by reflecting the estimated position of the parent node of the node and the shortest path distance information for the anchor node, 상기 제어부는 상기 보정된 최단경로 거리 정보에 삼각측량법을 적용하여 상기 제1 센서 노드의 위치를 파악하는 제어부The control unit is a control unit for determining the position of the first sensor node by applying triangulation to the corrected shortest path distance information 를 포함하는 위치추적 장치.Location tracking device comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어부는,The control unit, 상기 보정된 거리정보로부터 상기 제2 그룹의 제n 센서 노드의 위치를 계산하여 순차적으로 위치를 파악하는 것을 특징으로 하는 위치추적 장치.Positioning apparatus, characterized in that to determine the position sequentially by calculating the position of the n-th sensor node of the second group from the corrected distance information. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제어부는,The control unit, 상기 센서 노드의 위치가 파악되면 상기 제2 그룹에서 제거하고, 상기 제1 그룹에 포함시키는 위치추적 장치.If the location of the sensor node is known to remove from the second group, the location tracking device to include in the first group. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 최단거리 산출부는,The shortest distance calculation unit, 상기 센서 노드로부터 상기 앵커 노드까지의 상기 최단경로를 따라 적어도 두 노드 간 거리의 합으로 상기 최단경로 거리정보는 계산하는 위치추적 장치.And calculating the shortest path distance information as a sum of distances between at least two nodes along the shortest path from the sensor node to the anchor node. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 그룹 분리부는,The group separator, 상기 제1 그룹 및 상기 제2 그룹 분류시 각각의 상기 앵커 노드를 기준으로 하는 세부 그룹으로 분류하고,Classify the first group and the second group into subgroups based on each of the anchor nodes; 상기 제어부는 상기 세부 그룹 단위로 독립적으로 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치추적 장치.The control unit is a location tracking device, characterized in that for calculating the position independently in the sub-group. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 하나의 상기 앵커 노드에 대한 상기 최단경로 계산은
Figure 112009019168255-PAT00028
--여기서, V는 노드 수, E는 인접 노드 수를 각각 의미함--의 복잡도를 갖는 것을 특징으로 하는 위치추적 장치.
The shortest path calculation for one anchor node is
Figure 112009019168255-PAT00028
Location, wherein V denotes the number of nodes and E denotes the number of adjacent nodes, respectively.
센서 네트워크에서의 위치추적 장치가 WPAN/WBAN 센서 노드의 위치를 추적하는 방법에 있어서,In the method for the location tracking device in the sensor network to track the location of the WPAN / WBAN sensor node, a) 위치를 알고 있는 복수의 앵커 노드와 위치를 모르는 적어도 하나의 상기 센서 노드로부터 각각 인접한 노드의 거리 정보를 수집하여 취합하는 단계;a) collecting and collecting distance information of adjacent nodes, respectively, from a plurality of anchor nodes having a location and at least one sensor node having no location; b) 상기 수집된 인접 노드의 거리정보에 기초하여 상기 앵커 노드까지의 최단 경로를 각각 계산하고, 상기 앵커 노드에 대한 최단경로 및 최단거리를 갖는 센서 노드를 부모 노드로 선정하여 관리하는 단계;b) calculating the shortest paths to the anchor nodes based on the collected distance information of the adjacent nodes, and selecting and managing sensor nodes having the shortest path and the shortest distance to the anchor nodes as parent nodes; c) 각 노드를 위치파악 여부에 따라 위치를 알고 있는 제1 그룹--상기 앵커 노드는 상기 제1 그룹에 포함됨--과 위치를 모르는 제2 그룹으로 각각 분리하는 단계; c) dividing each node into a first group of known locations depending on whether the node is located, the anchor node being included in the first group, and a second group of unknown locations; d) 상기 제2 그룹에서 상기 제1 그룹의 노드에 인접한 제1 센서 노드를 선택하여 그의 상기 부모 노드를 찾고, 상기 제1 센서의 앵커 노드에 대한 최단경로의 거리 정보(측정치)에 상기 제1 센서 노드의 부모 노드의 추정위치와 앵커 노드에 대한 최단경로 거리 정보를 반영하여 보정하는 단계; 및 d) selecting a first sensor node adjacent to the node of the first group in the second group to find its parent node, and the first path to distance information (measurement) of the shortest path to the anchor node of the first sensor; Correcting by reflecting the estimated position of the parent node of the sensor node and the shortest path distance information for the anchor node; And e) 상기 보정된 최단경로 거리 정보에 삼각측량법을 적용하여 상기 제1 센서 노드의 위치를 파악하는 단계e) determining a position of the first sensor node by applying triangulation to the corrected shortest path distance information; 를 포함하는 위치추적 방법.Location tracking method comprising a. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 e) 단계 이후에,After step e), 상기 보정된 거리정보로부터 상기 제2 그룹의 제n 센서 노드의 위치를 계산하여 순차적으로 위치를 파악하는 단계를 더 포함하는 위치추적 방법.And calculating the positions of the n-th sensor nodes of the second group from the corrected distance information to determine the positions sequentially. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 c) 단계는,C), 2차원 평면인 경우 적어도 3개의 상기 앵커 노드를 기준으로 하는 세부그룹으로 분리하거나, 혹은In the case of a two-dimensional plane, it is divided into subgroups based on at least three anchor nodes, or 3차원 평면인 경우 적어도 4개의 상기 앵커 노드를 기준으로 하는 세부그룹으로 분리하는 것을 특징으로 하는 위치추적 방법.In the case of a three-dimensional plane location tracking method characterized in that divided into subgroups based on at least four said anchor node. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 e) 단계는,Step e), 상기 센서 노드의 위치가 파악되면 상기 제2 그룹에서 제거하고 상기 제1 그룹에 포함시키는 단계를 포함하는 위치추적 방법.If the location of the sensor node is known, removing it from the second group and including it in the first group.
KR1020090027098A 2008-12-08 2009-03-30 Position tracking apparatus and method for a low power wpan/wban device KR101257071B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/542,091 US20100141531A1 (en) 2008-12-08 2009-08-17 Position tracking apparatus and method for a low power wpan/wban device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20080124216 2008-12-08
KR1020080124216 2008-12-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100066284A true KR20100066284A (en) 2010-06-17
KR101257071B1 KR101257071B1 (en) 2013-04-22

Family

ID=42365399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090027098A KR101257071B1 (en) 2008-12-08 2009-03-30 Position tracking apparatus and method for a low power wpan/wban device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101257071B1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013048029A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 Korea University Research & Business Foundation Method for measuring position of user terminal
KR20130086849A (en) * 2012-01-26 2013-08-05 삼성전자주식회사 A main hub, a sub hub and a sensor node communicate in a wireless body area network including at least one sub hub and a methode thereof
KR101350389B1 (en) * 2012-11-30 2014-01-16 숭실대학교산학협력단 Wireless positioning method using wireless sensor networks and apparatus thereof
US9036522B2 (en) 2011-12-19 2015-05-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Low power wireless communication apparatuses and method thereof
KR20170060588A (en) * 2015-11-23 2017-06-01 한국전자통신연구원 System and method for tracking position of a worker

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998010307A1 (en) * 1996-09-09 1998-03-12 Dennis Jay Dupray Location of a mobile station
US6473038B2 (en) * 2001-01-05 2002-10-29 Motorola, Inc. Method and apparatus for location estimation
JP2005184727A (en) * 2003-12-24 2005-07-07 Hitachi Ltd Radio communication system, radio node, constructing method for radio communication system, location measuring method for node
KR100802126B1 (en) * 2006-01-09 2008-02-11 삼성전자주식회사 Method for refining node position information in wireless sensor network

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013048029A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 Korea University Research & Business Foundation Method for measuring position of user terminal
US9036522B2 (en) 2011-12-19 2015-05-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Low power wireless communication apparatuses and method thereof
KR20130086849A (en) * 2012-01-26 2013-08-05 삼성전자주식회사 A main hub, a sub hub and a sensor node communicate in a wireless body area network including at least one sub hub and a methode thereof
KR101350389B1 (en) * 2012-11-30 2014-01-16 숭실대학교산학협력단 Wireless positioning method using wireless sensor networks and apparatus thereof
KR20170060588A (en) * 2015-11-23 2017-06-01 한국전자통신연구원 System and method for tracking position of a worker

Also Published As

Publication number Publication date
KR101257071B1 (en) 2013-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20100141531A1 (en) Position tracking apparatus and method for a low power wpan/wban device
Halder et al. A survey on mobility-assisted localization techniques in wireless sensor networks
Zhang et al. Landscape-3D; a robust localization scheme for sensor networks over complex 3D terrains
US10375517B2 (en) Crowd sourced pathway maps
KR102110813B1 (en) SLAM method and apparatus robust to wireless environment change
KR101257071B1 (en) Position tracking apparatus and method for a low power wpan/wban device
Kunz et al. Localization in wireless sensor networks and anchor placement
Wang et al. GuideLoc: UAV-assisted multitarget localization system for disaster rescue
KR102146339B1 (en) Wireless localization method and apparatus with improved accuracy in various environment
Huang et al. Wearable indoor localisation approach in Internet of Things
Yu et al. A hierarchical MDS-based localization algorithm for wireless sensor networks
Wang et al. On oscillation-free emergency navigation via wireless sensor networks
Wang et al. Localization algorithm using expected hop progress in wireless sensor networks
KR101472690B1 (en) Relay node for resotring a segmented wireless sensor network, and method for operation of the relay node
KR101756819B1 (en) Method for measuring position of node by using range-free mothod
Gu et al. Challenges in mobile localisation in wireless sensor networks for disaster scenarios
Uchiyama et al. UPL: Opportunistic localization in urban districts
Leng et al. Cooperative and distributed localization for wireless sensor networks in multipath environments
KR20100078976A (en) Position recognizing method using wireless sensor networks
KR101445800B1 (en) Range free localization scheme and apparatus in irregular wireless sensor networks
Chuku et al. Performance evaluation of an RSSI based localization scheme for wireless sensor networks to mitigate shadowing effects
KR20140117973A (en) Reliable tracking method of continuous objects using boundary assistance node in wireless sensor networks and sensor node therefor
Balasubramanian et al. Minimizing the localization error in wireless sensor networks
Prentow et al. Accurate estimation of indoor travel times: learned unsupervised from position traces
Guo et al. Optimization research of the DV-Hop localization algorithm

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee