KR20120049528A - 무선 네트워크의 위치 추정 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 육면체가 적층되어 형성되는 공간에서 육면체의 각 모서리마다 레퍼런스 노드가 위치하도록 구성된 무선 네트워크에서의 위치 추정 방법에 관한 것으로, 상기 공간에 진입한 일반노드가 상기 레퍼런스 노드들이 전송하는 좌표정보를 수신하여 저장하는 단계; 상기 공간에 진입한 일반노드가 위치 추정이 요청되면, 상기 레퍼런스 노드들 중 일부를 선택하는 단계; 상기 선택된 일부 레퍼런스 노드와의 거리를 측정하는 단계; 상기 일부 레퍼런스 노드의 좌표정보를 이용하여 일부 레퍼런스 노드들 사이의 거리를 측정하는 단계; 상기 일부 선택된 레퍼런스 노드의 좌표정보와 상기 일부 레퍼런스 노드들 사이의 거리와, 상기 일부 레퍼런스 노드들 각각과의 거리를 이용하여 자신의 좌표정보를 산출하는 단계;를 구비함을 특징으로 한다.

Description

무선 네트워크의 위치 추정 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR ESTIMATING NODE LOCATION IN WIRELESS SENSOR NETWORKS}
본 발명은 무선 네트워크의 위치 추정 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 네트워크의 위치정보를 추정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
무선 네트워크에서의 위치 추정 기술은 공간적으로 서로 떨어져 있는 노드들끼리의 통신을 이용하여 각 노드의 위치를 절대적 또는 상대적인 좌표계로 나타내는 것으로서, 언제 어디서나 개인이 필요한 정보를 얻기 위해 무선 네트워크에 접속할 수 있는 환경을 만들기 위해 무엇보다 선행되어야 하는 기술이다.
상기한 위치 추정 기술이 고려하여야 할 요소 중 첫째는 신속성이다. 위치 추정 기술의 신속성은 위치가 결정되어야 할 노드의 위치값이 결과값으로 주어지는 데 걸리는 수행시간을 뜻한다. 여기서, 수행시간은 서비스 종류에 따라 다르지만 특히 실시간으로 운영되어야 하는 네트워크에서 보다 중요하게 취급될 수 있다. 이는 하나의 노드에 의해 위치 추정이 수행되기 전에 생성된 데이터가 해당 노드가 위치 추정 수행을 마치기 전까지 그 중요도가 모호하기 때문이다. 둘째는 위치 데이터의 정확도이다. 위치 데이터의 정확도가 떨어지는 위치 추정 기술은 그 필요성이 떨어진다. 셋째는 위치 추정의 전체 무선 네트워크에 미치는 가중도이다. 위치 추정의 전체 시스템에 대한 가중도라는 것은, 하나의 노드에서 서비스를 수행함에 있어서 위치 추정 기술이 그 노드의 시스템 자원을 얼마나 차지하는 가이다. 이는 서비스를 구현함에 있어서 위치 추정 기술이 노드의 자원 할당에 관한 이슈가 된다는 것을 의미한다.
종래의 무선 네트워크의 위치 추정 기술에는 삼선법(trilateration)이 있다. 삼선법은 거리 기반의 위치 추정 방식에서 가장 대표적이며, 고려하는 참조 노드 수만큼의 선형 방정식을 풀면 되므로 위치 추정에 있어 간편하다. 즉, 삼선법은 계산 속도가 빠르고 무선 네트워크의 가중도가 낮아지게 되나, 참조 노드들로부터의 거리정보가 1차원인데 반해 위치 추정을 하는 영역은 2차원 혹은 3차원이므로 거리측정에 대한 오차가 실제 위치 추정의 오차로 반영되는 한계가 있다.
본 발명은 무선 네트워크에서 노드의 위치를 추정함에 있어 적은 계산량으로도 정확한 3차원 위치를 추정할 수 있게 하는 3차원 위치정보 검출방법 및 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 육면체가 적층되어 형성되는 공간에서 육면체의 각 모서리마다 레퍼런스 노드가 위치하도록 구성된 무선 네트워크에서의 위치 추정 방법은, 상기 공간에 진입한 일반노드가 상기 레퍼런스 노드들이 전송하는 좌표정보를 수신하여 저장하는 단계; 상기 공간에 진입한 일반노드가 위치 추정이 요청되면, 상기 레퍼런스 노드들 중 일부를 선택하는 단계; 상기 선택된 일부 레퍼런스 노드와의 거리를 측정하는 단계; 상기 일부 레퍼런스 노드의 좌표정보를 이용하여 일부 레퍼런스 노드들 사이의 거리를 측정하는 단계; 상기 일부 선택된 레퍼런스 노드의 좌표정보와 상기 일부 레퍼런스 노드들 사이의 거리와, 상기 일부 레퍼런스 노드들 각각과의 거리를 이용하여 자신의 좌표정보를 산출하는 단계;를 구비함을 특징으로 한다.
상기한 본 발명은 무선 네트워크에서 노드의 위치를 추정함에 따라 적은 계산량으로도 정확한 3차원 위치를 추정할 수 있게 하는 효과를 야기한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 네트워크의 레퍼런스 노드의 구성예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위치 추정 방법의 흐름도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위치 추정 과정을 도시한 도면.
본 발명은 무선 네트워크에서 노드의 위치를 추정함에 있어 적은 계산량으로도 정확한 3차원 위치를 추정할 수 있게 한다.
<무선 네트워크의 레퍼런스 노드 구성>
이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 네트워크의 레퍼런스 노드의 구성예를 도 1을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 무선 네트워크의 제1 내지 제12레퍼런스 노드(N1~N12)는 다수의 육면체가 적층되어 형성되는 공간에서 각 육면체의 모서리에 대응되는 지점에 설치된다. 상기 제1 내지 제12레퍼런스 노드(N1~N12)는 X,Y,Z 축에 대한 좌표정보를 구비하며, 이 좌표정보를 주변 노드들로 브로드캐스팅하여 전송한다.
상기한 바와 같이 육면체가 적층되어 형성되는 공간에 일반 노드가 진입할 경우에, 상기 일반 노드는 상기 제1 내지 제12레퍼런스 노드(N1~N12)로부터의 좌표정보를 수신받고, 수신된 좌표정보 중 4개의 레퍼런스 노드를 선택하고, 상기 선택된 4개의 레퍼런스 노드와의 거리를 ToF(Time of Flight) 방법 중 SDS-TWR(Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging) 방법을 이용하여 측정한다.
상기 ToF 방법은 사용되는 전파 혹은 음파의 속도를 알고, 발신 노드로부터 수신 노드까지의 객체의 비행 시간을 측정하여 두 지점 사이의 거리를 계측하는 것이다. 특히, 상기 SDS-TWR 방법은 전파의 도착시간을 두번 측정하여 평균을 내어 거리를 구하는 알고리즘이다. 좀더 설명하면, 노드 A가 노드 B와 패킷을 교환한 뒤, 노드 A가 패킷의 응답시간을 구하고, 다시 노드 B에게 패킷을 전송하여 응답을 받아, 여기에서 구해진 2개의 응답시간을 평균하여 거리 값으로 환산하는 것이다.
또한 상기 일반 노드는 IEEE802.15.4a 표준에서 정의하는 물리 계층을 이용하여 ToF 방법 중 SDS-TWR 방법에 의해 노드간 거리를 추정한다.
상기 일반 노드는 상기 선택된 4개의 레퍼런스 노드와의 거리와 레퍼런스 노드의 좌표정보를 이용하여 자신의 좌표정보를 추정한다.
<위치 추정 방법>
이제 상기 일반노드가 자신의 3차원 위치를 나타내는 좌표정보를 추정하는 방법을 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
상기 일반노드는 상기 무선 네트워크가 형성된 공간에 진입한 후에 소정 어플리케이션의 요청 등에 따라 위치 추정이 요청되는지를 체크하면서(100단계), 그 무선 네트워크의 레퍼런스 노드들이 송신하는 좌표정보를 수신하여 저장한다(110단계).
상기 위치 추정이 요청되면, 상기 일반노드는 무선 네트워크의 레퍼런스 노드들 중 4개의 노드를 선택한다(102단계).
상기 레퍼런스 노드들이 선택되면, 상기 일반노드는 선택된 레퍼런스 노드들과의 거리를 검출한다(104단계). 여기서 상기 레퍼런스 노드와의 거리는 IEEE802.15.4a 표준에 따르는 ToF 방법 중 SDS-TWR 방법에 따라 검출된다.
상기 일반노드는 선택된 레퍼런스 노드의 좌표정보를 토대로 레퍼런스 노드들 사이의 거리를 산출한다(106단계).
이후 상기 일반노드는 레퍼런스 노드들의 좌표정보와, 레퍼런스 노드들사이의 거리와, 자신과 레퍼런스 노드들 각각과의 거리를 토대로 자신의 좌표정보를 산출한다(108단계).
본 발명의 좌표정보 산출과정을 예를들어 좀 더 설명한다. 도 3의 예에서 상기 일반노드(MN)는 제1레퍼런스 노드(N1)과 제5레퍼런스 노드(N5)와 제7레퍼런스 노드(N7)와 제8레퍼런스 노드(N8)를 선택하여, 각 레퍼런스 노드와의 거리(l1,l2,l3,l4)를 검출한다. 또한 제1레퍼런스 노드(N1)과 제5레퍼런스 노드(N5)와 제7레퍼런스 노드(N7)와 제8레퍼런스 노드(N8)의 좌표정보를 이용하여, 각 레퍼런스 노드 사이의 거리(L1,L2,L3,L4,L5,L6)를 산출한다.
즉, 상기 일반노드(MN)은 제1레퍼런스 노드(N1)과 제5레퍼런스 노드(N5)와 제7레퍼런스 노드(N7)와 제8레퍼런스 노드(N8)의 좌표정보, 제1레퍼런스 노드(N1)과 제5레퍼런스 노드(N5)와 제7레퍼런스 노드(N7)와 제8레퍼런스 노드(N8)와의 거리(l1,l2,l3,l4)에 대한 정보, 제1레퍼런스 노드(N1)과 제5레퍼런스 노드(N5)와 제7레퍼런스 노드(N7)와 제8레퍼런스 노드(N8)들 사이의 거리(L1,L2,L3,L4,L5,L6)에 대한 정보를 획득하게 된다.
상기한 정보를 이용하여 상기 일반노드(MN)는 자신의 좌표정보를 구한다. 즉, 제1레퍼런스 노드(N1)와 제5레퍼런스 노드(N5)와 제7레퍼런스 노드(N7)가 형성하는 면을 밑변으로 하며 일반노드(MN)가 높이가 되는 사면체와, 제1레퍼런스 노드(N1)와 제5레퍼런스 노드(N5)와 제8레퍼런스 노드(N8)가 형성하는 면을 밑변으로 하며 일반노드(MN)가 높이가 되는 사면체와, 제5레퍼런스 노드(N5)와 제7레퍼런스 노드(N7)와 제8레퍼런스 노드(N8)가 형성하는 면을 밑변으로 하며 일반노드(MN)가 높이가 되는 사면체를 구성할 때에, 모든 사면체의 모서리 길이값을 알므로 각 밑변에 대한 높이를 구할 수 있다.
특히 제1레퍼런스 노드(N1)와 제5레퍼런스 노드(N5)와 제7레퍼런스 노드(N7)가 형성하는 면을 X축 평면이라 가정할 때에, 제1레퍼런스 노드(N1)와 제5레퍼런스 노드(N5)와 제7레퍼런스 노드(N7)가 형성하는 면에 대한 높이는 X축 좌표가 된다.
그리고 제1레퍼런스 노드(N1)와 제5레퍼런스 노드(N5)와 제8레퍼런스 노드(N8)가 형성하는 면을 Z축 평면이라 가정할 때에, 제1레퍼런스 노드(N1)와 제5레퍼런스 노드(N5)와 제8레퍼런스 노드(N8)가 형성하는 면에 대한 높이는 Z축 좌표가 된다.
그리고 제5레퍼런스 노드(N5)와 제7레퍼런스 노드(N7)와 제8레퍼런스 노드(N8)가 형성하는 면을 Y축 평면이라 가정할 때에, 상기 제5레퍼런스 노드(N5)와 제7레퍼런스 노드(N7)와 제8레퍼런스 노드(N8)가 형성하는 면에 대한 높이는 Y축 좌표가 된다.
이와같이 구해진 일반노드(MN)에 대한 X,Y,Z축 좌표는 일반노드(MN)의 좌표정보가 된다.
N1~N12 : 제1 내지 제12레퍼런스 노드
MN : 일반노드

Claims (6)

  1. 육면체가 적층되어 형성되는 공간에서 육면체의 각 모서리마다 레퍼런스 노드가 위치하도록 구성된 무선 네트워크에서의 위치 추정 방법에 있어서,
    상기 공간에 진입한 일반노드가 상기 레퍼런스 노드들이 전송하는 좌표정보를 수신하여 저장하는 단계;
    상기 공간에 진입한 일반노드가 위치 추정이 요청되면, 상기 레퍼런스 노드들 중 일부를 선택하는 단계;
    상기 선택된 일부 레퍼런스 노드와의 거리를 측정하는 단계;
    상기 일부 레퍼런스 노드의 좌표정보를 이용하여 일부 레퍼런스 노드들 사이의 거리를 측정하는 단계;
    상기 일부 선택된 레퍼런스 노드의 좌표정보와 상기 일부 레퍼런스 노드들 사이의 거리와, 상기 일부 레퍼런스 노드들 각각과의 거리를 이용하여 자신의 좌표정보를 산출하는 단계;를 구비함을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 위치 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 노드와의 거리 측정은,
    IEEE802.15.4a 표준에 따르는 ToF 방법 중 SDS-TWR 방법에 따라 검출됨을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 위치 추정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선택된 일부 레퍼런스 노드의 수는 4개이며,
    상기 좌표정보의 산출은,
    상기 4개의 레퍼런스 노드 중 레퍼런스 노드 3개씩과 상기 일반 노드가 생성하는 다수의 사면체를 형성하고,
    다수의 사면체 각각에 대해, 각 사면체에 대한 모서리들의 길이를 토대로 3개의 레퍼런스 노드가 형성하는 면을 기준으로 하는 사면체의 높이를 구하여,
    상기 일반 노드의 좌표를 형성함을 특징으로 하는 무선 네트워크에서의 위치 추정 방법.
  4. 육면체가 적층되어 형성되는 공간에 형성되는 무선 네트워크 시스템에 있어서,
    상기 공간의 상기 육면체의 각 모서리마다 위치하며, 자신의 좌표정보를 전송하는 다수의 레퍼런스 노드;
    상기 공간에 진입한 일반노드가 상기 레퍼런스 노드들이 전송하는 좌표정보를 수신하여 저장하고,
    위치 추정이 요청되면, 상기 레퍼런스 노드들 중 일부를 선택하고,
    상기 선택된 일부 레퍼런스 노드와의 거리를 측정하고,
    상기 일부 레퍼런스 노드의 좌표정보를 이용하여 일부 레퍼런스 노드들 사이의 거리를 측정하고,
    상기 일부 선택된 레퍼런스 노드의 좌표정보와 상기 일부 레퍼런스 노드들 사이의 거리와, 상기 일부 레퍼런스 노드들 각각과의 거리를 이용하여 자신의 좌표정보를 산출함을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 레퍼런스 노드와의 거리 측정은,
    IEEE802.15.4a 표준에 따르는 ToF 방법 중 SDS-TWR 방법에 따라 검출됨을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 선택된 일부 레퍼런스 노드의 수는 4개이며,
    상기 4개의 레퍼런스 노드 중 레퍼런스 노드 3개씩과 상기 일반 노드가 생성하는 다수의 사면체를 형성하고,
    다수의 사면체 각각에 대해, 각 사면체에 대한 모서리들의 길이를 토대로 3개의 레퍼런스 노드가 형성하는 면을 기준으로 하는 사면체의 높이를 구하여,
    상기 일반 노드의 좌표를 형성함을 특징으로 하는 무선 네트워크 시스템.
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