KR20120015000A - 3차원 능동형 위치 추적 시스템 및 방법 - Google Patents

3차원 능동형 위치 추적 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

3차원 능동형 위치 추적 시스템에 관한 것으로서, 근거리 범위 및 광역 범위에 적용될 수 있는 3차원 능동형 위치 추적 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일 실시 예에 따른 3차원 능동형 위치 추적 시스템의 마스터 장치는, 복수의 지향성 안테나들을 포함하고, 상기 복수의 지향성 안테나들 각각은 서로 다른 지향 방향을 갖도록 3차원 적으로 배열되고, 상기 복수의 지향성 안테나들 각각의 지향 방향 중 적어도 하나의 지향 방향에서 송출된 비콘 신호를 수신하는 3차원 위치추적 안테나부와, 상기 복수의 지향성 안테나들 각각에 대한 상기 비콘 신호의 수신 강도(RSSI, Received Signal Strength Indicator)를 계산하여, 상기 복수의 지향성 안테나 각각에 대응하는 복수의 벡터 값들을 출력하는 수신 강도 계산부와, 상기 복수의 벡터 값들을 합산하여 상기 비콘 신호의 발생 방향을 추정하는 방향 추정부 및 상기 비콘 신호의 발생 방향에 기초하여, 상기 비콘 신호를 송출한 대상 단말의 위치를 추적하는 위치 추적부를 포함한다.

Description

3차원 능동형 위치 추적 시스템 및 방법{3-DIMENSIONAL POSITION TRACKING SYSTEM AND METHOD THEREOF}
3차원 능동형 위치 추적 시스템에 관한 것으로서, 근거리 범위 및 광역 범위에 적용될 수 있는 3차원 능동형 위치 추적 시스템 및 방법에 관한 것이다.
위치 추적은 주로 비상 상황이 발생한 응급환자의 구조나, 기타 특정 장치를 트래킹(tracking)하기 위하여 수행된다.
위치 추적을 위한 기존의 광역 위치 측위 기술은 주로 GPS신호를 이용하거나, 기지국과 단말간의 삼각 측량 기법에 의존한다. 위성의 신호를 이용하여 위치를 추적하는 GPS 기술은 오차가 수 미터 이내로 줄어들지만, 실내 또는 근거리 내의 사용이 불가능하며, GPS 신호가 도달하기 힘든 복잡한 지형에서는 신뢰성에 문제가 있다. 따라서, 광역 위치 측위 기술로 도출된 오차가 존재하는 위치에서 근거리 위치추적 기술로 실내, 특히 건물 내에서도 적용할 수 있는 위치 추적 방법이 요구되어 지나 기존의 근거리 위치추적 기술은 정확도는 높으나 설치 비용이 높다는 단점이 있다.
종래기술의 문제를 해결하고 3차원 공간을 형성하는 건물 내에서도 정확한 위치 추적을 수행할 수 있는 3차원 능동형 위치 추적 시스템 및 방법이 제공된다.
또한, 3차원 적으로 배열된 안테나 장치를 이용하여 3차원 능동형 위치 추적이 가능한 3차원 능동형 위치 추적 시스템 및 방법이 제공된다.
또한, 위치 추적 대상이 되는 대상 단말 - 여기서, 대상 단말은 위치 추적을 위한 비콘 신호를 발생시키는 신호 발생기를 포함함 - 과 연동하여 보다 효율적으로 대상 단말의 위치를 추적할 수 있는 3차원 능동형 위치 추적 시스템 및 방법이 제공된다.
또한, 3차원 공간 내에서 위치 추적 대상이 되는 대상 단말이 복수인 경우 사용자의 선택 또는 위치 추적 서비스에 가입된 단말만을 선별적으로 위치 추적할 수 있는 3차원 능동형 위치 추적 시스템 및 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 능동형 위치 추적 시스템의 마스터 장치는, 복수의 지향성 안테나들을 포함하고, 상기 복수의 지향성 안테나들 각각은 서로 다른 지향 방향을 갖도록 3차원 적으로 배열되고, 상기 복수의 지향성 안테나들 각각의 지향 방향 중 적어도 하나의 지향 방향에서 송출된 비콘 신호를 수신하는 3차원 위치추적 안테나부와, 상기 복수의 지향성 안테나들 각각에 대한 상기 비콘 신호의 수신 강도(RSSI, Received Signal Strength Indicator)를 계산하여, 상기 복수의 지향성 안테나 각각에 대응하는 복수의 벡터 값들을 출력하는 수신 강도 계산부와, 상기 복수의 벡터 값들을 합산하여 상기 비콘 신호의 발생 방향을 추정하는 방향 추정부 및 상기 비콘 신호의 발생 방향에 기초하여, 상기 비콘 신호를 송출한 대상 단말의 위치를 추적하는 위치 추적부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 능동형 위치 추적 방법은, 3차원 적으로 배열된 복수의 지향성 안테나들 각각의 지향 방향 중 적어도 하나의 지향 방향에서 송출된 비콘 신호를 수신하는 단계와, 상기 복수의 지향성 안테나들 각각에 대한 상기 비콘 신호의 수신 강도를 계산하여, 상기 복수의 지향성 안테나들 각각에 대응하는 복수의 벡터 값들을 출력하는 단계와, 상기 복수의 벡터 값들을 합산하여 상기 비콘 신호의 발생 방향을 추정하는 단계 및 상기 비콘 신호의 발생 방향에 기초하여, 상기 비콘 신호를 송출한 대상 단말의 위치를 추적하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 3차원 능동형 위치 추적 방법은, 3차원 적으로 배열된 복수의 지향성 안테나들 각각의 지향 방향 중 적어도 하나의 지향 방향에서 송출된 복수의 비콘 신호들을 수신하는 단계와, 상기 복수의 지향성 안테나들 각각에서 수신된 비콘 신호들로부터 식별자(ID)를 추출하고, 상기 식별자에 의하여 제1 대상 단말로부터 송출된 제1 비콘 신호 및 제2 대상 단말로부터 송출된 제2 비콘 신호를 구분하고, 상기 제1 비콘 신호에 대응하는 제1 벡터 값들 및 상기 제2비콘 신호에 대응하는 제2벡터 값들을 출력하는 단계와, 상기 제1 비콘 신호의 발생 방향 및 상기 제2 비콘 신호의 발생 방향을 추정하는 단계 및 상기 제1 대상 단말 또는 제2 대상 단말 중 적어도 하나의 위치를 추적하는 단계를 포함한다.
3차원 공간을 형성하는 건물 내에서도 정확한 위치 추적을 수행할 수 있다.
또한, 3차원 적으로 배열된 안테나 장치를 이용하여 3차원 능동형 위치 추적이 가능하다.
또한, 위치 추적 대상이 되는 대상 단말 - 여기서, 대상 단말은 위치 추적을 위한 비콘 신호를 발생시키는 신호 발생기를 포함함 - 과 연동하여 보다 효율적으로 대상 단말의 위치를 추적할 수 있다.
또한, 3차원 공간 내에서 위치 추적 대상이 되는 대상 단말이 복수인 경우 사용자의 선택 또는 위치 추적 서비스에 가입된 단말만을 선별적으로 위치를 추적할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 능동형 위치 추적 시스템을 나타낸다.
도 2는 3차원 능동형 위치 추적 시스템에서 마스터 장치 및 대상 단말의 구성 예를 나타낸다.
도 3 내지 도 5는 3차원 위치 추적 안테나부의 다양한 구성 예를 나타낸다.
도 6은 복수의 벡터 값들을 합산하여 비콘 신호의 발생 방향을 추정한 예를 나타낸다.
도 7은 디스플레이부(260)에 표시되는 다양한 화면의 예를 나타낸다.
도 8은 마스터 장치의 이동 거리 및 비콘 신호의 발생 방향에 기초하여 대상 단말의 위치를 추적하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 2에 도시된 3차원 능동형 위치 추적 시스템의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 능동형 위치 추적 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 비콘 신호를 송출하는 단말이 복수인 경우의 예를 나타낸다.
도 12는 11에 도시된 예에서 대상 단말에 대한 3차원 능동형 위치 추적 방법을 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 능동형 위치 추적 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 위치 추적 시스템은 마스터 장치(113)와 대상 단말(115)을 포함한다.
마스터 장치(113)는 차량(111)에 탑재되거나, 휴대용 단말에 탑재되거나, 독립적인 장치로 구성될 수 있다.
대상 단말(115)은 마스터 장치(113)로 비콘 신호를 전송하는 비콘 신호 발생기를 포함할 수 있다. 여기서, 비콘 신호는 미리 설정된 듀티 사이클 및 듀티 율을 갖는 신호 일 수 있다. 또한, 비콘 신호의 송출 세기는 고정 값 또는 환경에 따라 변경된 값을 가질수 있다.
도 1에서 위치 추적 장소는 예를 들어, 건물(100)과 같은 실내 공간일 수 있다. 이때, 건물(100)은 여러 층(110, 120)으로 구성되기 때문에, 평면 공간(즉, 2차원 공간)만을 고려한 위치 추적 방법 만으로는 대상 단말(115)의 위치 추적이 곤란할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는 3차원 공간을 형성하는 건물 내에서도 정확한 위치 추적을 수행할 수 있는 위치 추적 시스템 및 방법을 제안한다.
도 2는 3차원 능동형 위치 추적 시스템에서 마스터 장치 및 대상 단말의 구성 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 3차원 능동형 위치 추적 시스템의 마스터 장치(200)는 3차원 위치 추적 안테나부(210), 수신 강도 계산부(220), 방향 추정부(230), 위치 추적부(240), 제어부(250)를 포함한다. 또한, 마스터 장치(200)는 디스플레이부(260) 및 오디오 출력부(270)을 더 포함할 수 있다. 도 2에서, 대상 단말(300)은 위치 추적의 대상이 되는 단말이며, 비콘 신호를 발생시키는 신호 발생기(310)를 포함한다.
안테나부(210)는 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7)을 포함한다. 여기서, 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7) 각각은 서로 다른 지향 방향을 갖도록 3차원 적으로 배열된다. 3차원 위치 추적 안테나부(210)는 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7) 각각의 지향 방향 중 적어도 하나의 지향 방향에서 송출된 비콘 신호를 수신한다. 이때, 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7) 각각의 지향 방향은 적어도 수직/수평/45도 방향을 포함한다. 즉, 3차원 위치 추적 안테나부(210)는 3차원 적으로 모든 방향에서 들어오는 신호를 실시간으로 수신할 수 있는 구조를 갖는다. 예를 들어, 대상 단말(300)이 마스터 장치(200)의 윗층에 위치하는 경우에도, 3차원 위치 추적 안테나부(210)는 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7) 중 지향 방향이 대상 단말(300)을 향하고 있는 적어도 하나의 지향성 안테나를 통해 비콘 신호를 수신할 수 있다. 이러한 3차원 위치 추적 안테나부(210)의 구체적인 구성 예들은 도 3 내지 도 5를 통해 상세히 설명된다.
수신 강도 계산부(220)는 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7) 각각에 대한 비콘 신호의 수신 강도(RSSI, Received Signal Strength Indicator)를 계산한다. 비콘 신호의 수신 강도를 계산하면, 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7) 각각에 대응하는 복수의 벡터 값들이 획득 될 수 있다. 즉, 비콘 신호의 수신 강도는 벡터 값으로 환산될 수 있다. 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7) 각각에 대응하는 복수의 벡터 값들은 수신 강도 계산부(220)에서 출력되어 방향 추정부(230)로 입력된다.
방향 추정부(230)는 복수의 벡터 값들을 합산하여 비콘 신호의 발생 방향을 추정한다. 도 6은 복수의 벡터 값들을 합산하여 비콘 신호의 발생 방향을 추정한 예를 나타낸다. 도 6의 예에서, 601은 지향성 안테나 211-1을 통해 수신된 비콘 신호의 수신 강도를 벡터로 환산한 값이다. 도 6의 예에서, 609는 지향성 안테나 211-2를 통해 수신된 비콘 신호의 수신 강도를 벡터로 환산한 값이다. 도 6의 예에서, 607은 지향성 안테나 211-4를 통해 수신된 비콘 신호의 수신 강도를 벡터로 환산한 값이다. 도 6의 예에서, 611은 지향성 안테나 211-3를 통해 수신된 비콘 신호의 수신 강도를 벡터로 환산한 값이다. 벡터 값 601, 607, 609, 611을 합하면, 비콘 신호의 발생 방향과 대응하는 도래 방향 벡터 값 650을 획득할 수 있다. 따라서, 방향 추정부(230)는 벡터 값 650의 방향을 비콘 신호의 발생 방향으로 추정할 수 있다. 도 2에 명시적으로 도시 되지 않았으나, 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7) 각각은 급전선을 통해 전원부 또는, 수신 강도 계산부(220) 또는, 제어부(250)와 연결될 수 있다. 또한, 도 2에 명시적으로 도시 되지 않았으나, 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7) 각각은 동일한 급전 회로에 의하여 급전되는 2개의 급전 포트를 구비할 수 있으며, 각 포트는 일정한 위상차를 가지고 급전될 수 있다.
위치 추적부(240)는 비콘 신호의 발생 방향에 기초하여, 비콘 신호를 송출한 대상 단말(300)의 위치를 추적한다. 예를 들어, 위치 추적부(240)는 제1위치에서 추정된 비콘 신호의 발생 방향, 제2위치에서 추정된 비콘 신호의 발생 방향 및 상기 제1위치에서 상기 제2위치까지의 이동거리에 기초하여 상기 대상 단말의 위치를 추적할 수 있다.
도 8은 마스터 장치(200)의 이동 거리 및 비콘 신호의 발생 방향에 기초하여 대상 단말(300)의 위치를 추적하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 8에 도시된 예는, 한국 공개특허공보 2010-0010382호(긴급구조 시스템의 비콘 위치 검출 방법)에 개시된 예이며, 위치 추적부(240)는 한국 공개특허공보 2010-0010382호에 개시된 방법을 응용하여 대상 단말(300)의 위치를 추적할 수도 있다. 즉, 위치 추적부(240)는 비콘 신호의 발생 방향에 대한 수신 신호 파노라마를 구하고, 별도의 무 지향성 안테나(도시 되지 않음)를 이용하여 차동 수신 강도 측정 방법을 이용할 수 있다. 도 8에서, 출발지(L)은 제1위치이고, 후보지(Ck)는 제2 위치를 의미한다.
상기 출발지(L)에서 검출된 후보 검출영역과 상기 출발지(L)에서 이동 가능한 후보지(Ck)에서 검출된 후보 검출영역은 각각 상기 출발지(L)와 상기 후보지(Ck)를 꼭지점으로 하는 부채꼴 형태를 가지며, 상기 두 후보 검출영역이 일정 부분 겹치면서 중첩영역(aij,k)이 형성된다. 여기서, 상기 비콘은 상기 중첩영역(aij,k) 내에 존재한다고 예측할 수 있으므로, 대상 단말(300)의 존재 가능 예상 범위를 좁힐 수 있다.
상기 위치 비용은 상기 출발지(L)에서 상기 후보지(Ck)를 거쳐 대상 단말(300)의 위치(lij)까지 이동하는0 총 이동거리 dCk의 함수이다. 여기서, 상기 총 이동거리 dCk는 상기 출발지(L)에서 대상 단말(300)의 위치(lij)까지 상기 출발지(L)에서 상기 후보지(Ck)까지 이동거리 ds,k와 상기 후보지(Ck)에서 상기 비콘 위치(lij)까지 이동거리 dt,k를 더한 거리이다. 상기 이동거리가 길어질수록 이동에 필요한 위치 비용이 증가하게 된다.
마스터 단말(200)은 복도를 따라 이동할 수 있으므로, 상기 총 이동거리 dCk는 상기 출발지(L)에서 대상 단말(300)의 위치까지 이동하는 최단 거리 dmin보다 길어진다. 따라서, 상기 위치 비용이 최소가 되는 위치가 이동할 후보지로 선택되므로, 상기 복수개의 후보지 중에서 이동거리의 증가량 ΔdCk = dCk - dmin 이 최소가 되는 위치가 다음 후보지로 선택된다. 또한, 상기 후보 검출영역의 범위가 기설정된 위치 검출의 허용 오차보다 작은 경우에는 해당 후보 검출영역 내에 상기 비콘이 있는 것으로 예측할 수 있으므로, 상기 중첩영역(aij,k)의 면적을 최소로 하는 지점이 다음 후보지로 선택된다. 다음 후보지는 디스플레이부(260)을 통해 디스플레이 될 수 있으며, 사용자는 디스플레이부를 통해 다음 후보지를 확인할 수 있다.
제어부(250)는 마스터 장치(200)의 전반적인 동작을 제어하는 프로세서로 구성될 수 있다. 일 측면에서 있어서, 제어부(250)는 수신 강도 계산부(220), 방향 추정부(230) 및 위치 추적부(240)를 포함하는 단일 칩으로 구성될 수도 있다. 따라서, 제어부(250)는 3차원 능동형 위치 추적을 위한 다양한 제어 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 제어부(250)는 주변에 위치한 접속점(AP)과의 통신을 통해 주변의 맵 정보를 획득하고, 획득한 맵 정보에 기초하여 마스터 장치(200)의 위치를 표시하도록, 디스플레이부(260)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(250)는 대상 단말(300)의 추적된 위치에 기초하여 대상 단말(300)의 예상 이동 방향 및 대상 단말(300)의 예상 위치를 표시하도록, 디스플레이부(260)를 제어할 수 있다.
디스플레이부(260)는 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7) 각각에 대한 비콘 신호의 수신 강도 및 상기 비콘 신호의 발생 방향을 동시에 표시할 수 있다. 도 7은 디스플레이부(260)에 표시되는 다양한 화면의 예를 나타낸다. 도 7에서, 710은 비콘 신호의 발생 방향을 시각적으로 나타내는 예이고, 720은 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7) 각각에 대한 비콘 신호의 수신 강도(721) 및 마스터 장치(200)가 위치하는 장소의 맵 구성 예(723)를 나타낸 화면이다.
오디오 출력부(270)는 비콘 신호를 수신하는 경우 알람 신호를 출력할 수 있다. 또한, 오디오 출력부(270)는 대상 단말(300)과의 추정 거리에 비례하여 출력되는 오디오 신호의 세기를 조정할 수 있다. 즉, 오디오 출력부(270)는 대상 단말(300)과의 거리가 멀어서 비콘 신호의 수신 강도가 작으면 오디오 신호의 출력을 작게 하고, 비콘 신호의 수신 강도가 커지면 오디오 신호의 출력을 크게 하여 사용자가 직관적으로 대상 단말(300)과의 거리를 알 수 있게 한다.
신호 발생기(310)는 대상 단말(300)에 구비되어 비콘 신호를 발생시킨다. 즉, 신호 발생기(310)는 대상 단말(300)의 사용자가 특정 버튼을 누르는 경우, 또는 소프트웨어 적으로 설정된 특정 상황이 발생하는 경우, 비콘 신호를 송출 할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 3차원 위치 추적 안테나부의 다양한 구성 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 3차원 위치 추적 안테나부(210)는 돔 형태의 홀더부(350) 및 돔 형태의 홀더부(350) 표면에 배열된 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7)을 포함한다. 즉, 복수의 지향성 안테나들(211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211-5, 211-5, 211-7) 각각은 지향성 패치 안테나로 구성될 수 있다. 다시 도 3을 참조하면, 3차원 위치 추적 안테나부(210)는 지표면을 기준으로 수직 방향(301)의 지향성을 갖는 패치 안테나, 지표면을 기준으로 수형 방향(309, 311, 313)의 지향성을 갖는 패치 안테나들, 지표면을 중심으로 45도 방향(303, 305, 307)의 지향성을 갖는 패치 안테나들을 포함할 수 있다. 즉, 돔 형태의 홀더부(350)를 3개의 어레이(320, 330, 340)로 구분하여, 각각의 어레이들(320, 330, 340)에 패치 안테나들을 장착함으로써, 3차원 적으로 모든 방향에서 들어오는 신호를 수신할 수 있는 구조가 형성될 수 있다.
도 3에서는 지향성 패치 안테나를 예를 들어 설명하였다. 그러나, 도 4 또는 도 5에 도시된 형태로 고 지향성 안테나들을 3차원 적으로 배치시킴으로써, 차원 적으로 모든 방향에서 들어오는 신호를 수신할 수 있는 구조를 형성할 수 있다. 도 4는 복수의 고 지향성 안테나들(401~431)을 3차원 적으로 배열시킨 예를 나타낸다. 또한, 도 5는 회전체(510)가 제어 신호에 따라 회전하는 예를 나타낸다. 이때, 제어 신호란 회전체(510)의 회전 주기 또는 회전체의 회전 속도를 제어하기 위한 신호이다. 도 5에서 고 지향성 안테나들(501, 503, 505, 507, 509)은 회전체(510)에 구비되어 3차원 적으로 모든 방향에서 들어오는 신호를 수신할 수 있는 구조를 갖는다. 또한, 도 5에 도신된 예에서, 501은 패치 안테나(501-1)를 장착하기 위한 홀더(비 금속체)이고, 홀더가 회전체(510)에 연결된 구조도 가능하다. 마찬가지로, 505는 패치 안테나(505-1)를 장착하기 위한 홀더(비 금속체)이고, 홀더가 회전체(510)에 연결된 구조도 가능하다.
도 9는 도 2에 도시된 3차원 능동형 위치 추적 시스템의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 예에서, 마스터 장치(900)는 대상 단말(300)로부터 비콘을 수신하면, 이에 대한 응답 신호를 대상 단말(300)로 전송한다. 마스터 장치(900)가 비콘에 대한 응답 신호를 전송하는 이유는, 대상 단말(300)이 위치 추적되고 있음을 알 수 있도록 하기 위함이다. 이때, 마스터 장치(900)는 "제1지향성 안테나", "제2지향성 안테나", "제n지향성 안테나" 중 추정된 비콘 신호의 발생 방향에 대응하는 지향성 안테나를 통해 응답 신호를 전송할 수 있다. 즉, 마스터 장치(900)의 3차원 위치 추적 안테나부(도시되지 않음)는 복수의 지향성 안테나들 중 추정된 비콘 신호의 발생 방향에 대응하는 지향성 안테나를 통해 상기 비콘 신호에 대응하는 응답 신호를 전송한다. 여기서, 마스터 장치(900)의 3차원 위치 추적 안테나부는 도 3 내지 도 5에 도시된 구성을 가질 수 있다. 따라서, "비콘 신호의 발생 방향에 대응하는 지향성 안테나"란 예를 들어, 추정된 비콘 신호 발생 방향이 도 3의 307이면, 307의 지향 방향을 갖는 지향성 안테나이다.
일 측면에 있어서, 마스터 장치(900)는 지향성 안테나들 중 어느 하나를 통해 응답 신호를 전송하기 위한 스위치(930) 및 스위칭을 위한 스위칭 제어 정보를 스위치로 제공하는 제어부(910)를 포함한다. 또한, 마스터 장치(900)는 수신 강도 계산, 방향 추정 및 위치 추적을 수행하기 위한 수단(920)을 더 포함한다.
대상 단말(300)은 응답 신호에 의하여 주변에 마스터 장치(900)가 있는지를 알 수 있게 된다. 대상 단말(300)은 응답 신호가 수신된 이후에 송출되는 비콘 신호에 대하여 전력 제어를 수행할 수 있다. 즉, 대상 단말(300)은 응답 신호를 수신한 이후, 전력 제어된 비콘 신호를 송출할 수 있다. 여기서, 전력 제어란 비콘 신호의 신호 세기(amplitude), 듀티 율(duty rate)를 조정하는 것일 수 있다. 전력 제어를 통해 대상 단말(300)은 비콘 신호의 송출에 소비되는 전력 소모를 줄일 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 능동형 위치 추적 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 도시된 방법은 도 2 또는 도 9에 도시된 마스터 장치에 의하여 수행될 수 있다.
도 10을 참조하면, 1010단계에서 마스터 장치는 3차원 위치 추적 안테나부를 통해 비콘 신호를 수신한다. 즉, 마스터 장치는 3차원 적으로 배열된 복수의 지향성 안테나들 각각의 지향 방향 중 적어도 하나의 지향 방향에서 송출된 비콘 신호를 수신한다.
1020단계에서 마스터 장치는 복수의 지향성 안테나들 각각에 대한 상기 비콘 신호의 수신 강도를 계산함으로써, 복수의 지향성 안테나들 각각에 대응하는 복수의 벡터 값들을 출력한다.
1030단계에서 마스터 장치는 복수의 벡터 값들을 합산하여 상기 비콘 신호의 발생 방향을 추정한다.
1040단계에서 마스터 장치는 비콘 신호의 발생 방향에 기초하여, 비콘 신호를 송출한 대상 단말의 위치를 추적한다. 여기서, 마스터 장치는 대상 단말의 위치를 추적하기 위하여, 도 8에서 설명한 방법에 의하여 대상 단말의 예상 이동 방향 및 상기 대상 단말의 예상 위치를 획득할 수 있다. 즉, 1040단계에서 마스터 장치는 제1위치에서 추정된 상기 비콘 신호의 발생 방향, 제2위치에서 추정된 상기 비콘 신호의 발생 방향 및 상기 제1위치에서 상기 제2위치까지의 이동거리에 기초하여 상기 대상 단말의 위치를 추적할 수 있다.
1050단계에서 마스터 장치는 도 7의 예와 같은 화면을 디스플레이 함으로써, 사용자에게 대상 단말의 추적 방향 등을 제공할 수 있다.
일 측면에 있어서, 마스터 장치는 도 9의 예에서 설명한 바와 같이, 비콘 신호에 대응하는 응답 신호를 대상 단말로 전송하고, 대상 단말로부터 상기 응답 신호에 대응하여 전력 제어된 비콘 신호를 수신하고, 전력 제어된 비콘 신호에 기초하여 상기 비콘 신호의 발생 방향을 추정할 수 있다.
도 11은 비콘 신호를 송출하는 단말이 복수인 경우의 예를 나타낸다.
도 11의 예에서, 1101는 마스터 장치(1110)을 기준으로 생성되는 X, Y, Z 좌표계이다. 만일, 위치 추적의 대상이 되는 건물 또는 기타 장소에 비콘 신호를 송출하는 단말이 복수개(1120, 1130, 1140) 있는 경우, 마스터 장치(1110)는 복수개의 단말들 각각을 구분할 필요가 있다. 설명의 편의상 제1 대상 단말(1120), 제2 대상 단말(1130)이 비콘 신호를 송출한 것으로 가정한다. 또한, 마스터 장치는 도 2에 도시된 구조를 갖는 것으로 가정한다.
도 11의 예에서, 수신 강도 계산부(220)는 복수의 지향성 안테나들 각각에서 수신된 비콘 신호들로부터 식별자(ID)를 추출한다. 예를 들어 제1 대상 단말(1120)에서 송출된 비콘(1121)이 4개의 지향성 안테나를 통해 수신되면 4개의 비콘 신호 각각으로부터 식별자 ID1을 추출한다. 이때, 비콘의 수신 강도가 너무 낮아 해당 신호로부터 식별자를 추출할 수 없는 경우에는 해당 비콘 신호를 무시할 수도 있다.
수신 강도 계산부(220)는 식별자에 의하여 제1 대상 단말(1120)로부터 송출된 제1 비콘 신호(1121) 및 제2 대상 단말(1130)로부터 송출된 제2 비콘 신호(1131)를 구분할 수 있다.
수신 강도 계산부(220)는 제1 비콘 신호(1121)에 대응하는 제1 벡터 값들 및 제2 비콘 신호(1131)에 대응하는 제2 벡터 값들을 출력할 수 있다.
방향 추정부(230)는 제1 비콘 신호(1121)의 발생 방향 및 제2 비콘 신호(1131)의 발생 방향을 추정할 수 있다.
위치 추적부(240)는 제1 대상 단말(1120) 또는 제2 대상 단말(1130) 중 적어도 하나의 위치를 추적할 수 있다. 이때, 제어부(250)는 제1 대상 단말(1120) 및 제2 대상 단말(1130)의 위치 추적에 대한 정보를 디스플레이 하도록, 디스플레이부(260)를 제어할 수 있다. 여기서, "위치 추적에 대한 정보"는 각 대상 단말들의 ID, 예상 위치, 위치 추적 서비스 가입 여부 등을 포함한다. 따라서, 사용자는 선택에 의하여 선택된 단말만을 추적하도록 마스터 장치를 조작할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 표시되는 정보를 통해 더 위급하다고 판단되는 장소에 있는 대상 단말을 추적하도록 조작하거나, 더 멀리 있는 대상 단말을 추적하도록 조작할 수 있다. 이러한 사용자의 조작은 미리 설정된 방식에 의하여 자동적으로 수행될 수도 있다.
도 12는 11에 도시된 예에서 대상 단말에 대한 3차원 능동형 위치 추적 방법을 나타낸다.
도 12를 참고하면, 1210단계에서 마스터 장치는 3차원 적으로 배열된 복수의 지향성 안테나들 각각의 지향 방향 중 적어도 하나의 지향 방향에서 송출된 복수의 비콘 신호들을 수신한다. 도 11의 에서 마스터 장치(1110)는 서로 다른 지향 방향으로부터 복수의 비콘 신호(1131, 1120)를 수신할 수 있다. 또한, 도 11의 예에서, 제3 대상 단말(1140) 및 제1 대상 단말(1120)이 근접하여 존재하는 경우, 마스터 장치(1110)는 하나의 지향 방향으로부터 복수의 비콘 신호들(1121, 1141)을 수신할 수도 있다.
1220단계에서 마스터 장치는 복수의 지향성 안테나들 각각에서 수신된 비콘 신호들로부터 식별자(ID)를 추출하고, 상기 식별자에 의하여 제1 대상 단말로부터 송출된 제1 비콘 신호 및 제2 대상 단말로부터 송출된 제2 비콘 신호를 구분하고, 상기 제1 비콘 신호에 대응하는 제1 벡터 값들 및 상기 제2비콘 신호에 대응하는 제2벡터 값들을 출력한다.
1230단계에서 마스터 장치는 제1 비콘 신호의 발생 방향 및 상기 제2 비콘 신호의 발생 방향을 추정한다.
1240단계에서 마스터 장치는 상기 제1 비콘 신호의 발생 방향 및 상기 제2 비콘 신호의 발생 방향을 추정한다.
1250단계에서 마스터 장치는 상기 제1 대상 단말 또는 제2 대상 단말 중 적어도 하나의 위치를 추적한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 복수의 지향성 안테나들을 포함하고, 상기 복수의 지향성 안테나들 각각은 서로 다른 지향 방향을 갖도록 3차원 적으로 배열되고, 상기 복수의 지향성 안테나들 각각의 지향 방향 중 적어도 하나의 지향 방향에서 송출된 비콘 신호를 수신하는 3차원 위치추적 안테나부;
    상기 복수의 지향성 안테나들 각각에 대한 상기 비콘 신호의 수신 강도(RSSI, Received Signal Strength Indicator)를 계산하여, 상기 복수의 지향성 안테나 각각에 대응하는 복수의 벡터 값들을 출력하는 수신 강도 계산부;
    상기 복수의 벡터 값들을 합산하여 상기 비콘 신호의 발생 방향을 추정하는 방향 추정부; 및
    상기 비콘 신호의 발생 방향에 기초하여, 상기 비콘 신호를 송출한 대상 단말의 위치를 추적하는 위치 추적부
    를 포함하는, 3차원 능동형 위치 추적 시스템의 마스터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 지향성 안테나들 각각에 대한 상기 비콘 신호의 수신 강도 및 상기 비콘 신호의 발생 방향을 동시에 표시하는 디스플레이부
    를 더 포함하는, 3차원 능동형 위치 추적 시스템의 마스터 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    주변에 위치한 접속점(AP)과의 통신을 통해 주변의 맵 정보를 획득하고, 상기 맵 정보에 기초하여 상기 마스터 장치의 위치를 표시하도록, 상기 디스플레이부를 제어하는 제어부
    를 더 포함하는, 3차원 능동형 위치 추적 시스템의 마스터 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 대상 단말의 추적된 위치에 기초하여 상기 대상 단말의 예상 이동 방향 및 상기 대상 단말의 예상 위치를 표시하도록, 상기 디스플레이부를 제어하는 제어부
    를 더 포함하는, 3차원 능동형 위치 추적 시스템의 마스터 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 지향성 안테나들 각각의 지향 방향은 적어도 수직/수평/45도 방향을 포함하고,
    상기 복수의 지향성 안테나들 각각은 지향성 패치 안테나로 구성되고, 상기 지향성 패치 안테나들 각각은 돔 형태의 홀더부 표면에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    3차원 능동형 위치 추적 시스템의 마스터 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 지향성 안테나들 각각의 지향 방향은 적어도 수직/수평/45도 방향을 포함하고, 상기 복수의 지향성 안테나들 각각은 제어 신호에 따라 회전하는 회전체에 구비되는 것을 특징으로 하는,
    3차원 능동형 위치 추적 시스템의 마스터 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위치 추적부는,
    제1위치에서 추정된 상기 비콘 신호의 발생 방향, 제2위치에서 추정된 상기 비콘 신호의 발생 방향 및 상기 제1위치에서 상기 제2위치까지의 이동거리에 기초하여 상기 대상 단말의 위치를 추적하는,
    3차원 능동형 위치 추적 시스템의 마스터 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 위치 추적 안테나부는 상기 복수의 지향성 안테나들 중 상기 추정된 상기 비콘 신호의 발생 방향에 대응하는 지향성 안테나를 통해 상기 비콘 신호에 대응하는 응답 신호를 전송하고,
    상기 3차원 위치추적 안테나부는 상기 대상 단말로부터 상기 응답 신호에 대응하여 전력 제어된 비콘 신호를 수신하는,
    3차원 능동형 위치 추적 시스템의 마스터 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수신 강도 계산부는 상기 복수의 지향성 안테나들 각각에서 수신된 비콘 신호들로부터 식별자(ID)를 추출하고, 상기 식별자에 의하여 제1 대상 단말로부터 송출된 제1 비콘 신호 및 제2 대상 단말로부터 송출된 제2 비콘 신호를 구분하고, 상기 제1 비콘 신호에 대응하는 제1 벡터 값들 및 상기 제2비콘 신호에 대응하는 제2벡터 값들을 출력하고,
    상기 방향 추정부는 상기 제1 비콘 신호의 발생 방향 및 상기 제2 비콘 신호의 발생 방향을 추정하고,
    상기 위치 추적부는 제1 대상 단말 또는 제2 대상 단말 중 적어도 하나의 위치를 추적하는,
    3차원 능동형 위치 추적 시스템의 마스터 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 대상 단말 및 상기 제2 대상 단말의 위치 추적에 대한 정보를 표시하는 디스플레이부
    를 더 포함하는, 3차원 능동형 위치 추적 시스템의 마스터 장치.
  11. 3차원 능동형 위치 추적 방법에 있어서,
    3차원 적으로 배열된 복수의 지향성 안테나들 각각의 지향 방향 중 적어도 하나의 지향 방향에서 송출된 비콘 신호를 수신하는 단계;
    상기 복수의 지향성 안테나들 각각에 대한 상기 비콘 신호의 수신 강도를 계산하여, 상기 복수의 지향성 안테나들 각각에 대응하는 복수의 벡터 값들을 출력하는 단계;
    상기 복수의 벡터 값들을 합산하여 상기 비콘 신호의 발생 방향을 추정하는 단계; 및
    상기 비콘 신호의 발생 방향에 기초하여, 상기 비콘 신호를 송출한 대상 단말의 위치를 추적하는 단계
    를 포함하는, 3차원 능동형 위치 추적 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 대상 단말의 추적된 위치에 기초하여 상기 대상 단말의 예상 이동 방향 및 상기 대상 단말의 예상 위치를 획득하는 단계
    를 더 포함하는, 3차원 능동형 위치 추적 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 대상 단말의 위치를 추적하는 단계는,
    제1위치에서 추정된 상기 비콘 신호의 발생 방향, 제2위치에서 추정된 상기 비콘 신호의 발생 방향 및 상기 제1위치에서 상기 제2위치까지의 이동거리에 기초하여 상기 대상 단말의 위치를 추적하는 것을 포함하는,
    3차원 능동형 위치 추적 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 지향성 안테나들 중 상기 추정된 상기 비콘 신호의 발생 방향에 대응하는 안테나를 통해 상기 비콘 신호에 대응하는 응답 신호를 전송하는 단계;
    상기 대상 단말로부터 상기 응답 신호에 대응하여 전력 제어된 비콘 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 전력 제어된 비콘 신호에 기초하여 상기 비콘 신호의 발생 방향을 추정하고, 상기 비콘 신호의 발생 방향에 기초하여, 상기 비콘 신호를 송출한 대상 단말의 위치를 추적하는 단계
    를 더 포함하는, 3차원 능동형 위치 추적 방법.
  15. 3차원 능동형 위치 추적 방법에 있어서,
    3차원 적으로 배열된 복수의 지향성 안테나들 각각의 지향 방향 중 적어도 하나의 지향 방향에서 송출된 복수의 비콘 신호들을 수신하는 단계;
    상기 복수의 지향성 안테나들 각각에서 수신된 비콘 신호들로부터 식별자(ID)를 추출하고, 상기 식별자에 의하여 제1 대상 단말로부터 송출된 제1 비콘 신호 및 제2 대상 단말로부터 송출된 제2 비콘 신호를 구분하고, 상기 제1 비콘 신호에 대응하는 제1 벡터 값들 및 상기 제2비콘 신호에 대응하는 제2벡터 값들을 출력하는 단계;
    상기 제1 비콘 신호의 발생 방향 및 상기 제2 비콘 신호의 발생 방향을 추정하는 단계; 및
    상기 제1 대상 단말 또는 제2 대상 단말 중 적어도 하나의 위치를 추적하는 단계
    를 포함하는, 3차원 능동형 위치 추적 방법.
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