KR20120077550A

KR20120077550A - 무선 센서 노드를 이용한 운동량 측정 장치 및 이를 이용한 시스템

Info

Publication number: KR20120077550A
Application number: KR1020100139546A
Authority: KR
Inventors: 윤재석; 이상신; 안일엽; 송민환; 김재호; 원광호
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2012-07-10
Also published as: KR101193235B1

Abstract

무선 센서 노드를 이용한 운동량 측정 장치 및 이를 이용한 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 운동량 측정 시스템은 일정한 시간 간격으로 무선 신호를 송출하는 무선 센서 노드, 무선 센서 노드로부터 송출되는 무선 신호를 수신하는 복수의 수신 노드 및 수신 노드에서 수신한 무선 신호를 이용하여 추론된 운동량을, 기설정된 운동량 테이블과 비교하여 운동량을 측정하는 운동량 측정 장치를 포함한다. 이에 의하여, 운동 경로 내 지형적 요소 특성을 반영한 운동량 측정이 가능케 된다.

Description

무선 센서 노드를 이용한 운동량 측정 장치 및 이를 이용한 시스템{ENERGY EXPENDITURE APPARATUS USING WIRELESS SENSOR NODES AND SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 무선 센서 노드를 이용한 운동량 측정 장치 및 이를 이용한 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운동 경로의 지형적 특성을 고려한 운동량 측정 장치 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.

종래에는 만보기와 같이 걸음의 수를 측정한 다음 여기에 이동 거리를 환산하여 대략적인 운동량을 계산하였던 것이, 최근에는 모바일 기기에 가속도 센서를 설치하거나, GPS(Global position system) 기능을 포함하는 이동 통신 단말기를 이용하여 경로, 이동속도, 이동 거리를 계산하여 운동량을 측정할 수 있게 되었다.

종래의 만보기의 경우에는 최근의 GPS를 이용한 측정기보다는 정확성이 부족하였을 뿐만 아니라, 이동 거리 이외의 속도 정보를 고려할 수 없다는 불편함이 따랐다. 따라서, 운동으로 인한 소모 칼로리를 측정하는 것이 매우 어려웠다.

한편, GPS를 이용한 경우에도 위치 정보를 이용하기는 하지만, 시간 대비 위치 정보의 변화량을 이용하여 계산한 속도 정보를 이용하기 때문에 부정확한 결과가 나올수 밖에 없다.

특히, 운동량을 고려함에 있어서 가장 중요한 것이 이동 거리 및 이동 속도가 되겠지만, 더욱 정확한 측정을 위해서는 경로의 특성을 고려하지 않을 수 없다.

즉, 일반적으로 사용자가 운동을 하는 공간은 마을의 조그만 공터에서부터 큰 호수공원의 트랙, 등산로 등으로 다양하고, 특히 이들은 운동하는 길의 경사, 굽이짐, 굴곡, 지형 등에 있어서 제 각기 다른 특성을 가지고 있으므로, 이를 고려하여 사용자의 운동량을 측정하는 경우, 더욱 정확한 측정이 가능하게 된다.

다만, 상술한 바와 같이 만보기와 같은 종래의 측정기나 GPS와 같은 위치 정보 기반 측정 시스템의 경우에도 사용자가 운동하고 있는 지역의 경로 특성을 고려할 수 없다는 문제점이 있고, 이를 해결할 수 있는 방안이 요청된다.

본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 운동 경로 내 지형적 요소 특성을 반영한 무선 센서 노드를 이용한 운동량 측정 장치 및 이를 이용한 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 운동량 측정 시스템은, 일정한 시간 간격으로 무선 신호를 송출하는 무선 센서 노드; 상기 무선 센서 노드로부터 송출되는 무선 신호를 수신하는 복수의 수신 노드; 및 상기 수신 노드에서 수신한 무선 신호를 이용하여 추론된 운동량을, 기설정된 운동량 테이블과 비교하여 운동량을 측정하는 운동량 측정 장치;를 포함한다.

또한, 상기 무선 센서 노드는, 저전력 무선 신호를 송출하기 위한 통신 모듈; 및 상기 통신 모듈에 전력을 공급하기 위한 파워 모듈;을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 운동량 측정 장치는, 상기 복수의 수신 노드 각각이 소정의 샘플링 타임동안 수신한 무선 신호의 세기를 기록하여, 상기 운동 경로의 구간별 이동 속도를 추론할 수 있다.

또한, 상기 운동량 측정 장치는, 운동 경로의 구간별 이동 속도를 추론하고, 상기 추론된 구간별 이동 속도를 기설정된 운동량 테이블과 비교하여 사용자의 운동량을 결정할 수 있다.

그리고, 상기 운동량 측정 장치는, 상기 결정된 운동량을 기설정된 칼로리 소모량 테이블에 대응시켜 사용자의 칼로리 소모량을 결정할 수 있다.

또한, 상기 운동량 측정 장치는, 상기 측정된 운동량을 디스플레이하는 디스플레이부;를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 운동량 측정 장치는, 상기 측정된 운동량을 구간별로 디스플레이하거나, 상기 측정된 운동량의 총합을 계산하여 전체 운동량을 디스플레이할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 운동량 측정 장치는, 운동 경로상의 표준 운동량을 포함하는 테이블을 저장하는 저장부; 및 복수의 수신 노드에서 수신한 무선 신호를 이용하여 추론된 운동량을, 상기 기저장된 운동량 테이블과 비교하여 운동량을 비교하는 운동량 측정부;를 포함할 수 있다.

상기 무선 센서 노드를 이용한 운동량 측정 장치 및 이를 이용한 시스템의 구성에 의하면, 운동 경로 내 지형적 요소 특성을 반영할 수 있어서, 더욱 정확한 운동량 측정을 가능하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동량 측정 시스템의 구성을 설명하는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동량 측정 시스템의 구성 중 수신 노드에서 수신한 신호를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동량 측정 시스템의 구성 중 수신 노드에서 수신한 신호 세기의 행렬을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동량 측정 장치에서 운동량을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동량 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동량 측정 시스템 구성의 일부를 나타내는 도면이다. 다만, 도 1에서는 사용자(10)의 이동 경로에 따라 운동량 측정을 위한 데이터를 수집하는 과정에 있어서, 무선 센서 노드(100) 및 수신 노드들(200)만을 도시하였고, 이를 통해 수집된 데이터를 통해 실질적인 운동량을 측정하는 운동량 측정 장치와 관련해서는 도 4를 참조하면서 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 사용자(10)의 이동 경로에 따라 운동량 측정을 위한 데이터를 수집하기 위해서, 무선 센서 노드(100) 및 복수의 수신 노드(200)가 구비될 수 있다.

무선 센서 노드(100)는 운동 경로에 세워진 복수의 수신 노드(200)에 일정한 시간 간격으로 저전력 무선 신호를 송출하기 위한 통신 모듈을 구비한다. 한편, 통신 모듈에 전력을 공급하기 위한 파워 모듈을 더 구비할 수 있다. 여기서, 무선 센서 노드(100)는 자신의 고유한 인식 번호를 저장할 수 있고, 이를 통하여, 운동량 측정 장치는 사용자(10)를 인식할 수 있게 된다.

한편, 복수의 수신 노드(200)는 사용자(10)의 운동 경로에 일정 간격으로 설치되며, 수신가능한 영역 내에 무선 센서 노드(100)가 송출하는 무선 신호가 수신되는 경우, 수신된 무선 신호의 세기를 기록한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 사용자(10)가 운동 경로를 이동하는 경우 각각의 수신 노드(200)들, 즉, 수신 노드 i+2, 수신 노드 i+1, 수신 노드 i, 수신 노드 i-1, 수신 노드 i-2는 모두 사용자(10)가 착용하고 있는 무선 센서 노드(100)로부터 무선 신호를 수신하게 된다. 하지만, 수신 노드 i+2, 수신 노드 i+1, 수신 노드 i, 수신 노드 i-1, 수신 노드 i-2는 각각 서로 다른 크기의 무선 신호를 수신하게 될 것이다.

즉, 사용자(10)에 가까운 수신 노드 i의 신호가 가장 클 것이며, 상대적으로 멀리 위치한 수신 노드 i+2 혹은 수신 노드 i-2는 수신 노드 i에 비해서 약한 신호를 수신하게 된다.

복수의 수신 노드들(200)이 소정의 샘플링 타임동안 수신한 무선 신호의 세기를 기록하면, 사용자(10)가 운동 경로를 어떻게 이동했는지를 추론할 수 있다. 즉, 사용자가 특정 구간에서 얼마의 속도로 이동했는지, 휴식을 취했는지, 걸었는지 달렸는지에 대한 정보를 얻을 수가 있다.

한편, 복수의 수신 노드(200)들은 무선 센서 노드(100)의 인식 번호를 인식하여, 사용자별로 송출된 무선 신호 데이터를 저장하는 기능을 가질 수 있다. 이를 통해, 복수의 사용자가 동시에 운동 경로를 주행하는 경우, 각각의 무선 센서 노드(100)들로부터 송출된 무선 신호를 구별하여 저장할 수 있게 된다.

도 2는 복수의 수신 노드(200)가 수신한 신호의 세기를 나타내는 데이터를 나타낸다.

도 2에서는 M개의 무선 노드가 N개의 샘플링 타임동안 수신한 무선 신호의 세기, 즉, 무선 센서 노드(100)로부터 송출된 무선 신호의 세기를 기록한 것이다. 도 2의 그래프에는 도 1에 도시된 5개의 수신노드의 무선 신호 세기, 즉, 수신 노드 i+2의 무선 신호 세기(210), 수신 노드 i+1의 무선 신호 세기(220), 수신 노드 i의 무선 신호 세기(230), 수신 노드 i-1의 무선 신호 세기(240), 그리고 수신 노드 i-2의 무선 신호 세기(250)를 나타내고 있다.

도 2의 그래프를 보면, 수신 노드 i+2의 무선 신호의 세기(210)는 처음에는 약하다가 시간이 지나갈수록 점점 커지는 경향을 보인다. 그리고, 수신 노드 i의 무선 신호의 세기(230)는 점점 커지다 다시 감소하는 경향을 보이며, 수신 노드 i-2의 무선 신호의 세기(250)는 처음에는 매우 큰 반면 시간이 지날수록 점점 작아지는 경향을 보인다.

그리고, 각각의 수신 노드에서 신호의 세기는 일정 구간동안 일정하게 커지거나 감소하는 경향을 보임을 알 수 있다. 이와 같은 신호 데이터를 통해서, 사용자(10)의 이동 경로가, 수신 노드 i-2에서 수신 노드 i+2 방향이며, 이동 속도는 일정하다는 것을 알 수 있다.

뿐만 아니라, 전체 운동 경로에 대하여 구간별 운동량 측정이 가능하다. 구간별로 측정된 운동량에 대하여, 전체 운동 경로의 상태, 즉, 지형의 고저나 도로의 상태 등을 고려하면, 더욱 정밀한 운동량 측정이 가능해진다.

예를 들어, 운동 경로상에 오르막길 구간(A)과 평지 구간(B)이 있음에도 불구하고, 운동량 데이터가 동일하다면, 오르막길 구간(A)에서의 운동량에 가중치를 줌으로써 실제적인 운동량이 오르막길 구간(A)에서 더 컸음을 적용시킬 수 있는 것이다.

물론, 도 2는 설명의 편의를 위해서 단순한 그래프를 상정한 것이고, 실제의 경우에는 더욱 복잡한 양상을 보일 것이며, 그 경우에도 상술한 운동량 측정 방법이 그대로 적용될 수 있을 것이다.

도 3은 도 2의 그래프, 즉, M개의 무선 수신 노드(200)에서 N개의 샘플링 동안 수신한 무선 신호의 세기를 행렬로 나타낸 것이다. 무선 수신 노드(200)에서 수신한 무선 신호의 세기는, 운동량 측정을 위하여 결국 도 3에 도시된 바와 같은 행렬 형태의 데이터로 저장되고, 저장된 데이터는 운동량 측정 장치(300)로 전송된다.

도 3에 도시된 행렬은 N개의 샘플링 동안 M개의 무선 수신 노드(200)에서 수신한 무선 신호의 세기를 나타내므로, M*N행렬로 표현된다. 이를 기설정된 표준 행렬과 비교하면, 구간별 운동량 뿐만 아니라 전체적인 운동량을 더욱 정밀하게 측정할 수 있게 된다.

운동량 측정 장치(300)는 운동량 측정 시스템을 이루는 구성으로, 별도의 서버로 구현될 수 있다. 이 경우, 운동량 측정 장치(300)는 수신 노드들(200)로부터 무선 신호 세기를 행렬로 표현한 데이터를 모두 수집하여, 전체적인 운동량을 측정하는 것이 가능하다.

또한, 운동량 측정 장치(300)는 무선 신호를 송출하는 무선 센서 노드(100) 내에 구비되는 경우 역시 상정할 수 있을 것이다. 이 경우, 무선 센서 노드(100)는 신호를 송출하는 기능 이외에 수신 노드(200)로부터의 무선 신호 세기의 행렬을 수신하는 기능도 가질 수 있다. 즉, 무선 센서 노드(100)는 수신 노드(200)로부터 무선 신호 세기의 행렬을 수신하여, 전체적인 운동량을 측정할 수 있다.

이하에서는 도 4를 참조하면서, 운동량 측정 장치(300)가 구간별 운동량 및 칼로리 소모량을 측정하는 방법을 설명하기로 한다.

운동량 측정 장치(300)는 기설정된 표준 패턴 테이블(310)을 이용하여 구간별 패턴을 추출한다. 기설정된 표준 패턴 테이블은 사용자가 운동 경로를 구간별로 이동함에 있어서, 구간별 지형 정보를 반영하여 이동 속도나 이동 패턴 등을 고려하여 운동량 및 칼로리 소모량을 정의한 테이블이다.

예를 들어, 표준 패턴 테이블(310)은 구간 1에서 구간 n까지에 대하여, 지형이나 속도를 고려하여 운동량을 단계별로 정의해 놓은 테이블이다.

즉, 구간 1이 오르막길인 경우, 오르막길의 가중치를 적용하여, 속도 5m/s로 이동하는 경우, 속도 10m/s로 이동하는 경우, 속도 20m/s로 이동하는 경우의 운동량을 정의해 놓을 수 있다. 또한, 구간 n이 평지이지만 모래밭인 경우에도, 역시 모래밭의 가중치를 적용하여, 속도 5m/s로 이동하는 경우, 속도 10m/s로 이동하는 경우, 속도 15m/s로 이동하는 경우의 운동량을 각각 정의해 놓을 수 있다.

이와 같은 표준 패턴 테이블(310)은 수신된 사용자(10)의 운동 패턴을 나타내는 무선 신호의 행렬과 비교되어, 사용자(10)의 운동량을 구간별로, 또는 전체 구간에 대한 운동량을 알 수 있다. 이는 구간별 지형적 특성이 반영된 것으로 더욱 정밀한 운동량 측정을 가능케 한다.

운동량 측정 장치(300)는 기설정된 표준 패턴 테이블(310)로부터 구간별 패턴(320)을 추출한다. 운동량 측정 장치(300)에서 추출된 구간별 패턴(320)은 사용자(10)의 구간별 수신 패턴(330)을 통해 생성된 무선 신호 세기 행렬(340)과 매칭시켜, 구간별 운동량을 결정한다.

즉, 구간 N에서의 운동량을 측정하는 경우, 기설정된 표준 패턴 테이블(310)에서 추출된 구간 N에서의 표준 패턴에 무선 신호 세기 행렬(340)이 나타내는 정보를 매칭시켜 실질적인 운동량이 결정된다. 즉, 기설정된 표준 패턴 테이블(310)은 지형적 요소를 반영한 운동량을 테이블로 정리해 놓은 것이고, 사용자(10)의 운동 패턴은 수신된 행렬을 통해 알 수 있기 때문에, 구간 N에서의 사용자(10)의 운동량은 지형적 요소를 반영한 결과를 얻을 수 있다.

뿐만 아니라, 운동량 측정 장치(300)는 운동량에 대응되는 칼로리 소모량에 대한 데이터를 저장하고 있을 수 있고, 특정 구간에서의 운동량이 결정되면 칼로리 소모량까지 알 수 있다.

또한, 운동량 측정 장치(300)는 결정된 운동량 또는 칼로리 소모량을 디스플레이하기 위한 디스플레이부(미도시)를 포함할 수 있다. 사용자(10)는 디스플레이부(미도시)를 통하여 자신의 운동량 및 칼로리 소모량을 직관적으로 확인할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동량 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 운동량 측정 장치는 저장부(400) 및 운동량 측정부(410)를 포함한다.

저장부(400)는 상술한 바와 같이 표준 패턴 테이블(310)이 저장하는 기능을 갖는다. 표준 패턴 테이블(310)은 구간별 패턴 정보가 포함되며, 구간별 패턴 정보에는 이동 속도 등에 대응되는 운동량 및 칼로리 소모량이 포함될 수 있다.

운동량 측정부(410)는 상술한 바와 같이 사용자(10)의 구간별 운동 패턴을 기록한 무선 신호 세기 행렬을 매칭시켜 구간별 운동량을 결정하게 된다. 즉, 운동량 측정부(410)는 기설정된 표준 패턴 테이블(310)로부터 구간별 패턴(320)을 추출한다.

운동량 측정부(410)는 추출된 구간별 패턴(320)을 사용자(10)의 구간별 수신 패턴(330)을 통해 생성된 무선 신호 세기 행렬(340)과 매칭시켜, 구간별 운동량을 결정한다.

뿐만 아니라, 운동량 측정부(410)는 저장부(400)에 저장된 칼로리 소모량에 대한 데이터를 이용하여, 특정 구간에서 결정된 운동량에 대한 칼로리 소모량을 결정할 수 있다.

다만, 운동량 측정 장치는 도 5에 도시된 구성 이외에, 상술한 과정에 의하여 결정된 운동량이나 칼로리 소모량을 디스플레이하기 위한 디스플레이부를 포함할 수도 있다. 디스플레이부를 통하여 사용자는 자신의 운동량 및 칼로리 소모량을 직관적으로 인식할 수 있을 것이다.

또한, 운동량 측정 장치는 수신 노드들로부터 데이터를 수신하기 위한 통신부를 더 포함할 수도 있다. 통신부는 수신 노드들로부터 데이터를 수신하는 것을 주된 기능으로 하지만, 결정된 운동량 및 칼로리 소모량을 외부로 전송하여 사용자에게 제공하는 기능을 가질 수도 있다. 이에 의하여, 사용자는 운동량 측정 장치로부터 결정된 운동량 및 칼로리 소모량을 휴대용 모바일 등을 통해서 전송받을 수도 있게 된다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 운동량 측정 장치 및 그 시스템에 의하면, 운동 경로 내 지형적 요소 특성을 반영할 수 있어서, 더욱 정확한 운동량 측정을 가능하게 할 수 있다.

뿐만 아니라 운동량에 따른 칼로리 소모량까지 사용자가 직관적으로 인식할 수 있는 환경을 제공할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

100..............................무선 센서 노드
200..............................수신 노드
400..............................저장부
410..............................운동량 측정부

Claims

일정한 시간 간격으로 무선 신호를 송출하는 무선 센서 노드;
상기 무선 센서 노드로부터 송출되는 무선 신호를 수신하는 복수의 수신 노드; 및
상기 수신 노드에서 수신한 무선 신호를 이용하여 추론된 운동량을, 기설정된 표준 패턴 테이블과 비교하여 운동량을 측정하는 운동량 측정 장치;를 포함하는 운동량 측정 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 무선 센서 노드는,
저전력 무선 신호를 송출하기 위한 통신 모듈; 및
상기 통신 모듈에 전력을 공급하기 위한 파워 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 운동량 측정 장치는,
상기 복수의 수신 노드 각각이 소정의 샘플링 타임동안 수신한 무선 신호의 세기를 기록하여, 상기 운동 경로의 구간별 이동 속도를 추론하는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 운동량 측정 장치는,
운동 경로의 구간별 이동 속도를 추론하고, 상기 추론된 구간별 이동 속도를 기설정된 표준 패턴 테이블과 비교하여 사용자의 운동량을 결정하는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 운동량 측정 장치는,
상기 결정된 운동량을 기설정된 칼로리 소모량 테이블에 대응시켜 사용자의 칼로리 소모량을 결정하는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 운동량 측정 장치는,
상기 측정된 운동량을 디스플레이하는 디스플레이부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 시스템.
제 6항에 있어서,
상기 운동량 측정 장치는,
상기 측정된 운동량을 구간별로 디스플레이하거나, 상기 측정된 운동량의 총합을 계산하여 전체 운동량을 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 운동량 측정 시스템.
운동 경로상의 표준 운동량을 포함하는 테이블을 저장하는 저장부; 및
복수의 수신 노드에서 수신한 무선 신호를 이용하여 추론된 운동량을, 상기 기저장된 운동량 테이블과 비교하여 운동량을 비교하는 운동량 측정부;를 포함하는 운동량 측정 장치.