KR20140067499A - 단말기의 위치 측정 방법 및 이를 지원하는 단말기 - Google Patents

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Abstract

단말기의 위치 측정 방법 및 이를 지원하는 단말이 개시된다. 단말기는 복수의 비콘노드로부터 수신된 비콘신호를 이용하여 가장자리에 위치해 있는지 여부를 판단하고 가장자리에 위치해 있는 경우에는 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택한다. 단말기는 선택된 일부 비콘신호를 이용하여 위치를 결정함으로써 위치 정확도를 향상시킬 수 있다.

Description

단말기의 위치 측정 방법 및 이를 지원하는 단말기{METHOD AND TERMINAL FOR MEASURING TERMINAL LOCCATION}
본 발명은 단말기의 위치 측정 방법 및 이를 지원하는 단말기에 관한 것이다.
최근 스마트폰의 사용인구가 급증하면서 폭발적으로 늘어나는 데이터 트래픽의 수요에 대응하기 위해 와이파이(WiFi) 액세스포인트(AP, Access point)의 수도 기하급수적으로 늘어나고 있다. 즉, 실내에서 사용할 수 있는 무선통신 자원이 증가하고 있는 추세이다. 실제 우리나라의 이동통신사들은 2011년말까지 20만개 이상의 AP 구축을 목표로 하였으며, 차세대 와이파이(WiFi) 서비스 개발을 중점추진하고 있는 국제 와이파이(WiFi) 업체 협회인 WBA(Wireless Broadband Alliance)에 따르면 2015년까지 와이파이(WiFi) 액세스포인트의 개수가 2011년 대비 350% 증가할 것이라는 보고서를 발표한 바 있다.
이와 같이 무선통신자원이 늘어나면서 이를 활용한 타켓, 혹은 위치기반서비스(Location Based Service, LBS)의 사용자에 대한 위치인식 기술 역시 발전을 거듭하고 있다. 대표적인 기술로는 도달시간(Time of Arrival, TOA) 추정을 통한 삼각측량, 전파지문(Fingerprint)기법 및 무게중심 기법(Centroid Localization, CL)이 있으며, 이 중에서도 무게중심 기법(CL)은 적은 계산량으로 사용자의 위치를 인식할 수 있는 방식으로 각광을 받고 있다.
사용자의 주변에 위치를 이미 알고 있는 기준노드 또는 비콘노드(WiFi의 경우 위치를 이미 알고 있는 AP가 기준노드에 해당함, 이하 '비콘노드'라 함)가 다수 존재하는 경우, 이 기준노드들이 주기적으로 송신하는 비콘(Baeacon) 신호를 수신하고 수신된 비콘신호를 통해 비코노드 위치의 중점을 계산하여 사용자의 위치를 추정하는 알고리즘을 무게중심 기법(CL)이라 한다.
이러한 무게중심 기법(CL)은 수신신호의 세기(Received Signal Strength Indicator, RSSI)와 같은 측정값을 전혀 사용하지 않고 단순히 수신된 비콘노드의 위치를 이용하여 사용자의 위치를 추정하므로, 계산량이 매우 적고 간단하다. 다만, 사용자와 비콘노드 사이의 거리와 같은 정보가 전혀 고려되지 않아, 정확도가 다소 떨어지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하고 위치인식 정확도를 향상시키기 위해, 수신신호의 세기(RSSI)를 기반으로 사용자와 비콘노드 간 대략적인 거리를 추정하고, 이를 통해 거리가 가까운 비콘노드를 통해 좀 더 가까이 위치를 계산할 수 있도록 하는 알고리즘인 가중치 무게중심 기법(Weighted Centroid Localization, WCL)이 제안되었다. 무게중심 기법(WCL)에서는 비콘노드와 사용자가 멀리 떨어져 있을수록 경로손실(Pathloss)의 영향으로 수신신호의 세기(RSSI)가 낮을 가능성이 높다는 점을 이용하여, 수신신호의 세기(RSSI)가 강한 비콘노드에 더 근접한 위치를 통해 사용자의 위치가 추정될 수 있도록 가중치(Weighting factor)를 계산한다. 이 가중치를 비콘노드 위치의 중점에 반영하여 사용자의 위치를 계산한다.
그러나 이러한 무게중심 기법(CL) 혹은 가중치 무게중심 기법(WCL)의 경우, 사용자(위치인식을 하고자 하는 사용자)의 위치 주변으로 비콘노드가 고르게 분포되어 있어야 하는 단점이 있다. 비콘노드가 고르게 분포되어 있지 않고 특정방향에 몰려있는 경우, 수신된 비콘노드의 중간지점으로 위치가 추정되므로 추정되는 위치가 비콘노드가 몰려있는 쪽으로 편향되는 문제가 발생한다.
비콘노드가 설치되어 있는 특정 구역(이하, '스캔 구역'이라 함)이 있고 스캔 구역 내에 설치된 비콘들이 격자형태를 띄고 있는 경우를 가정하자. 이 경우 스캔 구역의 가장자리 쪽에 위치한 사용자에게 특정 방향으로 비콘노드가 분포하게 되므로, 이러한 문제를 가장자리 효과(Border area effect)라고 한다.
이러한 가장자리 효과(Border area effect) 문제를 해결하기 위해, 비콘 탈락 알고리즘(Drop beacon algorithm)이 제안되었으나, 기존에 제안된 방식은 도달시간(TOA) 또는 수신신호의 세기(RSSI) 정보 등을 이용하여 사용자로부터 가장 인접한 비콘만 선택하여 사용하기 때문에 수신된 비콘 중 일부분만을 사용하는 문제점이 있다. 또한 이러한 방식의 알고리즘은 단순히 가장 인접 하다고 추정된 비콘만을 이용하여 사용자의 위치를 인식하기 때문에, 가장자리 효과(Border area effect)의 본질적인 문제인 불균등한 비콘노드 분포를 상쇄하는 것을 고려하지 않는다.
본 발명이 해결하고 하는 과제는 사용자의 위치인식 정확도를 향상시킬 수 있는 단말기의 위치 측정 방법 및 이를 지원하는 단말기를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면 단말기의 위치 측정 방법이 제공된다. 상기 단말기의 위치 측정 방법은, 복수의 비콘노드로부터 비콘신호를 수신하는 단계, 상기 비콘신호를 이용하여 가장자리에 위치해 있는지 여부를 판단하는 단계, 가장자리에 위치해 있는 것으로 판단된 경우, 상기 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택하는 단계, 그리고 상기 선택된 비콘신호를 이용하여, 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택하는 단계는, 상기 복수의 비콘노드 사이의 상대적 위치를 나타내는 방향벡터를 이용하여 상기 일부 비콘신호를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 판단하는 단계는, 상기 복수의 비콘노드 사이의 상대적 위치를 나타내는 방향벡터를 취합하여 각 방향 값 중 최소값이 1인 경우, 상기 최소 값이 1인 방향으로 가장자리에 있는 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 판단하는 단계는, 상기 복수의 비콘노드 사이의 상대적 위치를 나타내는 방향벡터를 취합하여, 각 방향 값 중 최소값을 계산하는 단계, 상기 최소값에 대응하는 방향을 나타내는 벡터 값 중 최대 값을 계산하는 단계, 통신가능범위에 위치할 수 있는 최대 비콘 수를 계산하는 단계, 그리고 상기 최대 값이 상기 최대 비콘수보다 적은 경우 가장자리에 위치해 있는 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택하는 단계는, 상기 최대 비콘 수와 상기 최대 값의 차이인 차이 값을 계산하는 단계, 그리고 상기 차이 값에 해당하는 행 또는 열에 위치하는 비콘신호를 탈락시켜, 상기 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택하는 단계는, 상기 최대 비콘 수와 상기 최대 값의 차이인 차이 값을 계산하는 단계, 상기 차이 값에 해당하는 행 또는 열에 위치하는 비콘신호를 탈락시키는 경우, 남은 비콘신호의 행 또는 열이 2개 미만인지 판단하는 단계, 그리고 상기 남은 비콘신호의 행 또는 열이 2개 미만인 경우, 적어도 2개의 행 또는 열을 남기도록, 상기 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 선택하는 단계는, 상기 남은 비콘신호의 행 또는 열이 2개 미만이 아닌 경우, 상기 차이 값에 해당하는 행 또는 열에 위치하는 비콘신호를 탈락시켜, 상기 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단말기의 위치 측정 방법은, 상기 판단하는 단계에서 가장자리에 위치하지 않은 것으로 판단된 경우, 상기 비콘신호 모두를 이용하여, 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단말기의 위치 측정 방법은, 상기 최대 값이 상기 최대 비콘수보다 적지 않은 경우, 상기 비콘 신호 모두를 이용하여, 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 위치를 결정하는 단계는 무게중심 기법 또는 가중치 무게중심 기법을 이용하여 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 단말기가 제공된다. 상기 단말기는 RF 모듈, 그리고 상기 RF 모듈과 연결되어 복수의 비콘신호를 수신하는 프로세스를 포함하며, 상기 프로세스는, 상기 복수의 비콘신호를 이용하여 가장자리에 위치해 있는지 여부를 판단하고, 가장자리에 위치해 있는 경우에는 상기 복수의 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택하며, 상기 일부 비콘신호를 이용하여 위치를 결정할 수 있다.
상기 프로세스는 가장자리에 위치해 있지 않은 경우에는 상기 복수의 비콘신호 모두를 이용하여 위치를 결정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 복수의 비콘신호 사이의 상대적 위치를 나타내는 방향벡터를 이용하여 상기 일부 비콘 신호를 선택할 수 있다.
상기 프로세스는, 상기 복수의 비콘신호 사이의 상대적 위치를 나타내는 방향벡터를 취합하여 각 방향 값 중 최소값이 1인 경우, 상기 최소 값이 1인 방향으로 가장자리에 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 프로세스는, 상기 복수의 비콘신호 사이의 상대적 위치를 나타내는 방향벡터를 취합하여 각 방향 값 중 최소값이 1인 경우 상기 최소 값에 대응하는 방향을 나타내는 벡터 값 중 최대 값을 계산하고, 상기 최대 값이 통신가능범위에 위치하는 최대 비콘 수보다 적은 경우 가장자리에 위치해 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 프로세스는, 상기 최대 비콘 수와 상기 최대 값의 차이인 차이 값을 계산하고, 상기 차이 값에 해당하는 행 또는 열에 위치하는 비콘신호를 탈락시키는 경우 남은 비콘신호의 행 또는 열이 2개 미만인 경우에는 적어도 2개의 행 또는 열을 남기도록 상기 복수의 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택할 수 있다.
상기 프로세스는, 상기 최대 비콘 수와 상기 최대 값의 차이인 차이 값을 계산하고, 상기 차이 값에 해당하는 행 또는 열에 위치하는 비콘신호를 탈락시켜 상기 복수의 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 사용자의 가장자리 치우침 정도에 따라 적응적으로 비콘을 탈락시킴으로써 사용자의 위치인식 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적응형 비콘 선택 알고리즘의 개념을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비콘노드의 방향벡터를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사용자(단말기)가 가장자리 여부인지를 판단하는 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용자(단말기)가 수신된 비콘노드들 중 위치 계산에 사용되는 최종 비콘노드를 선별하는 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단말기의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 통해, 사용자의 가장자리 위치 여부를 판별한 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 종래의 방법과 본 발명의 실시예에 따른 방법을 적용한 경우에 대한누적분포함수(Cumulative Distribution Function, CDF)를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 단말기(terminal)는 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, MT, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 비콘 노드(beacon node)은 기지국(base station, BS), 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS) 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, HR-RS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 단말기의 위치 측정 방법 및 이를 지원하는 단말에 대해서 알아본다.
아래에서는 설명의 편의상 단말기와 사용자라는 용어를 혼용하여 사용하지만 본 발명의 실시예의 모든 절차와 알고리즘은 단말기내에서 구현될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 쉽게 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적응형 비콘 선택 알고리즘의 개념을 나타내는 도면이다.
도 1에서 100, 120 및 140은 각각 위치를 알고자 하는 사용자(즉, 단말기)를 나타내고, X 표시들(즉, 200)은 비콘노드를 나타낸다. 그리고 사용자(100, 120, 140)를 중심으로 하는 원은 각 사용자(단말기)의 통신가능범위(coverage)를 나타내며, 각 원에서 음영으로 표시한 부분(300, 320, 340)은 각 사용자(100, 120, 140)가 비콘을 수신할 수 있는 범위를 나타낸다. 그리고 빗금친 부분(400, 420)은 불균등한 비콘노드 분포를 상쇄하기 위한 '비콘노드 탈락구역'이며, 본 발명의 실시예에 따른 알고리즘에 의하면 이러한 비콘노드 탈락구역에 위치한 비콘들은 선택되지 못하고 탈락한다.
도 1에서는 설명의 편의상 비콘노드들이 격자형태로 구성된 것을 가정하였지만, 본 발명은 비코노드들이 임의로 배치된 경우에도 적용 가능하다. 또한 설명의 편의상 각 사용자의 통신가능범위(coverage)가 원 형태이며 사용자들의 통신가능범위(coverage)가 모두 동일한 것으로 가정하였지만, 본 발명은 사용자의 통신가능범위(coverage)가 원 형태가 아니거나 사용자 별로 통신가능범위(coverage)가 동일하지 않는 경우에도 적용할 수 있다. 그리고 각 사용자(단말기)는 자신의 위치를 측정하기 위해 모드 비콘노드의 위치를 사전에 알고 있다고 가정한다.
도 1에서 나타낸 바와 같이 가장자리의 사용자들(100, 140)은 스캔 구역의 유한함으로 인해 비콘을 수신할 수 있는 범위가 잘려나가게 된다. 본 발명의 실시예에서는 이러한 잘려나간 구역의 대칭되는 위치에 있는 비콘노드들(즉, 도 1에서 비콘노드 탈락 구역인 400, 420에 있는 비콘노드들)을 탈락시킴으로써 불규칙한 비콘노드 분포를 상쇄한다. 비콘노드 탈락 구역(400, 420)에 위치한 비코노드들을 탈락시킨 후, 남은 비콘노드를 통해 무게중심 기법(CL) 또는 가중치 무게중심 기법(WCL)을 사용하여 보다 정확한 위치를 얻을 수 있다.
여기서 잘려나간 구역의 크기는 사용자가 가장자리에 치우쳐 있는 정도에 따라 다르기 때문에, 잘려나간 구역의 대칭되는 위치에 있는 비콘을 탈락하는 방식을 적용하면 사용자의 치우침에 다라 탈락되는 비콘의 개수가 조절된다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 사용자의 위치에 따라 적응적으로 비콘을 선택한 뒤 위치를 측정함으로써 가장자리 효과(Border area effect)를 저감하여 위치 측정의 성능을 개선할 수 있다. 이와 같이 수신된 비콘을 분석하여 사용자의 가장자리 여부와 치우침 정도를 판단하고, 그 정도에 따라 비콘을 선택하여 사용자의 위치를 측정하는 알고리즘을 이하에서는 '적응형 비콘 선택 알고리즘'이라 한다.
다음으로 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 적응형 비콘 선택 알고리즘에 대해서 설명한다.
사용자(즉, 단말기)는 수신된 비콘을 통해 비콘노드의 위치를 분석하여 사용자가 어느 쪽 가장자리에 위치하는 지, 그리고 그 가장자리 치우침 정도를 인식하기 위해, 상기에서 설명한 바와 같이 사용자의 위치에 따라 잘려나간 구역의 크기에 차이가 생기는 특성을 이용할 수 있다. 이와 같은 특성을 이용하기 위해, 사용자(단말기)는 수신된 비콘노드의 상대적인 위치를 나타내는 방향벡터(direction vector)를 사용한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비콘노드의 방향벡터를 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 방향벡터는 격자형태로 배치되어 있는 비콘노드의 상대적인 위치를 나타내는 4차원 벡터로서, 좌, 우, 전, 후 각 방향에 대해 각 비콘노드가 몇 번째에 위치해 있는지를 나타낸다. 이를 통해 각 비콘노드의 상대적인 위치를 알 수 있다. 한편 각 비콘노드의 방향을 좌, 우, 전, 후가 아니라 임의의 설정할 수 있으며, 예를 들면 동, 서, 남, 북을 나타내는 것으로 정할 수 있다.
도 2에서 스캔 구역 안에 5X5의 격자형태로 총 25개의 비콘노드(도 2에서는 BN으로 표시하였음)가 배치되어 있고, 각 비콘노드 별로 상기에서 설명한 방향벡터(도 2에서는 DV로 표시하였음)가 표기되어 있다. 각 방향에 대해 비콘노드 자신이 몇 번째에 위치해 있는 지를 나타내는 방향벡터 생성 규칙에 따라, 가장 왼쪽 아래에 위치한 비콘노드(BN1)의 경우 [1 5 1 5]의 방향벡터 값을 가지며, 정 중앙에 위치한 비콘노드(BN13)의 경우 [3 3 3 3]의 방향벡터 값을 가진다.
이와 같은 방식을 통해 각 비콘노드 별로 방향벡터를 구성하면, 스캔 구역 안에 있는 위치하는 비콘노드의 상대적인 위치를 알 수 있게 된다. 예를 들면 비콘노드(BN11)의 방향벡터 중 첫 번째 값과 같이, 특정 비콘노드의 방향 벡터 중 한 방향을 나타내는 값이 1을 나타내면 해당 비콘노드는 그 방향의 가장자리에 위치해 있음을 알 수 있다. 이와 같이 가장자리 방향벡터를 가지고 있는 비콘노드로부터 신호를 복수 개 수신한 사용자(단말기)는 자신의 위치가 스캔 구역의 가운데보다는 가장자리 쪽에 위치해 있음을 유추할 수 있다. 이러한 특성을 이용하여 사용자가 가장자리에 있는지 여부를 판단하는 알고리즘은 도 3과 같이 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사용자(단말기)가 가장자리 여부인지를 판단하는 알고리즘을 나타내는 도면이다.
먼저 사용자(단말기)의 가장자리 위치여부를 판단하기 위해, 사용자(단말기)가 수신한 비콘노드의 방향벡터를 모두 취합한다(S300).
사용자(단말기)가 취합한 방향벡터의 각 방향 값 별로 최소 값을 계산하고(S320), 최소 값이 1인지 여부를 판단한다(S320). 즉, 사용자(단말기)는 수신한 비콘에 대응하는 비콘노드 중 적어도 하나의 특정방향으로 가장 자리에 있는지를 판별한다. 이러한 조건을 만족하는 사용자(단말기)는 방향벡터의 최소값(이하, '최소값'이라 함)이 1인 방향으로 가장자리에 있을 가능이 높지만, 본 발명의 실시예의 알고리즘은 판별 정확성을 높이기 위해 아래의 단계를 더 가질 수 있다.
다음으로, 사용자(단말기)는 특정 방향의 최소 값이 1인 경우 통신가능범위(coverage) 내에서 X 또는 Y축 방향으로 위치할 수 있는 최대 비콘의 개수(이하, '최대 비콘 수'라 함)을 계산한다(S330).
최대 비콘 수를 계산 한 후, 사용자(단말기)는 수신된 방향벡터의 모든 방향 값(도 2와 같은 방향벡터의 경우, 4개의 방향 값) 중 상기 S320에서 추정된 가장자리 방향을 나타내는 벡터 값을 모두 취합하며, 이 취합된 값 중 최대값(이하, '최대값'이라 함)을 계산한다. 이때, 사용자(단말기)는 최대 값이 S330에서 계산된 최대 비콘 수보다 작은지 여부를 판단한다(S340). 도 1에서 나타낸 바와 같이, 이와 같은 방법은 사용자(단말기)가 가장자리에 위치할 경우, 통신가능범위(coverage) 중 일부분이 잘려나가므로, 원래의 최대 비콘수보다 수신되는 비콘의 개수가 적어지는 현상을 이용한 것이다.
하나의 예로서, 사용자(단말기)가 좌측 가장자리에 위치해 있고, 각 비콘노드의 방향벡터는 도 2와 같이 좌, 우, 아래, 위쪽의 방향(비콘노드의 개수)을 나타내는 경우에 대해서 알아본다. 통신가능범위(coverage)가 원형이므로, 좌측 가장자리에 위치해 있는 사용자(단말기)가 수신한 비콘노드 중 일부는 좌측 경계에 위치해 있게 된다. 따라서 수신한 비콘노드의 방향벡터 값 중 최소값(왼쪽으로 위치한 비콘노드의 개수를 나타내는 방향 값의 최소 값. 즉, 수신된 모든 비콘노드의 방향벡터 중 첫 번째 벡터 값의 최소값)은 1이 되고, 사용자(단말기)가 가장자리에 위치해 있는지를 판단하는 첫 번째 조건(특정 방향의 최소값이 1인지, S320)이 만족하게 된다. 그리고 사용자가 좌측 가장자리에 위치해 있으므로 방향벡터 값 중 좌측 최대값 역시 최대 비콘의 수보다 작다(S340). 이와 같은 조건을 만족하는 사용자는 가장자리에 위치해 있는 것으로 판단될 수 있으며, 이후에는 아래의 절차가 수행된다.
상기와 같이 수신된 비콘의 분포를 통해 사용자의 위치가 가장자리에 있음을 유추한 뒤에는 수신된 비콘 중 일부만을 선택하여 고르게 분포되지 않은 비콘분포를 보상하는 절차가 수행되고, 최종적으로 선택된 비콘을 통해 무게중심 기법(CL) 또는 가중치 무게중심 기법(WCL)을 적용하여 사용자(단말기)의 위치를 계산한다(S370). 이때 올바른 보상을 위해, 가장 자리 효과(Border area effect)에 의해 자려 나간 통신가능범위(coverage)의 대칭 방향인 비콘노드 탈락구역에 위치에 있는 비콘 노드를 탈락시켜야 하는데, 도 1에서 나타낸 바와 같이 사용자의 위치에 따라 정해지는 행 또는 열만큼의 비콘노드들이 탈락하게 된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면 사용자(단말기)의 위치에 따라 탈락되는 비콘노드의 행 혹은 열의 개수를 정하는 바, 이는 수신된 비콘노드의 방향벡터를 이용하여 계산할 수 있다. 이와 같은 비콘노드의 선별 방법에 대해서 아래의 도 4를 참조하여 알아본다.
한편 상기 단계 S320에서 특정방향의 최소 값이 1이 아닌 경우에는, 사용자(단말기)가 가장자리에 위치해 있지 않는 것으로 판단되고(S350), 비콘노드를 탈락시키지 않고 일반적인 무게중심 기법(CL) 또는 가중치 무게중심 기법(WCL)을 적용하여 사용자(단말기)의 위치를 계산한다(S360).
그리고 상기 단계 S340에서 최대 값이 최대 비콘수보다 적지 않은 경우에도 일반적인 무게중심 기법(CL) 또는 가중치 무게중심 기법(WCL)을 적용하여 사용자(단말기)의 위치를 계산한다(S340, S360).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용자(단말기)가 수신된 비콘노드들 중 위치 계산에 사용되는 최종 비콘노드를 선별하는 알고리즘을 나타내는 도면이다.
상기에서 정의한 최대 값은 사용자가 수신한 비콘노드 중 자신의 위치한 가장자리의 반대방향으로 가장 바깥쪽에 위치한 비콘노드의 상대적인 위치를 나타낸다. 도 1과 같이 비콘노드들이 위치한 경우, 사용자(단말기)가 가장자리 쪽으로 더 가까이 위치할수록 비콘노드의 상대적인 위치 역시 가장자리 쪽으로 가까워지고, 이로 인해 최대값 역시 작아지게 된다. 사용자(100)과 사용자(140)를 비교해보면, 사용자(140)이 사용자(100)보다 가장자리에 더 가까운데, 사용자(100)과 사용자(140)의 최대 값은 각각 5와 4이다. 즉, 가장자리에 더 가까운 사용자(140)의 최대 값이 사용자(100)보다 작다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 이를 이용하여 최대 비콘의 수와 최대 값 과의 차이(이하, '탈락 차이'라 함)를 계산하고(S400, S410), 이 탈락 차이만큼 가장 바깥 쪽 행 혹은 열에 위치한 비콘노드를 탈락시키면 불균등한 비콘노드 분포를 보상할 수 있다. 즉 도 1에서 빗금으로 표시된 부분(400, 420)과 같이 잘려나간 통신가능범위(coverage)와 대칭되는 영역의 비콘들이 탈락하게 된다.
여기서 최소한 2개의 행 혹은 열은 보전하기 위해, 사용자(단말기)는 탈락 차이만큼 비콘노드를 탈락하였을 때 남은 비콘노드의 행 또는 열이 2개 미만인지 여부를 판단한다(S420).
상기 S420단계에서 남은 비콘노드의 행 또는 열이 2개 미만인 경우, 사용자(단말기)는 최소 2개의 행 또는 열을 남긴 상태에서 나머지 비콘 노드를 탈락시킨 후, 무게중심 기법(CL) 또는 가중치 무게중심 기법(WCL)을 이용하여 위치를 계산한다(S430).
만약 상기 S420단계에서 남은 비콘노드의 행 또는 열이 2개 미만이 아닌 경우, 사용자(단말기)는 해당 탈락 차이만큼의 행 또는 열을 탈락시킨 후, 무게중심 기법(CL) 또는 가중치 무게중심 기법(WCL)을 이용하여 위치를 계산한다(S440).
상기 도 3 및 도 4에서 설명한 알고리즘을 도 1의 사용자(100) 및 사용자(140)에 적용한 경우에 대해서 알아본다.
먼저 도 1에서 사용자(100)의 경우, 사용자(100)이 수신한 비콘노드 들 중 가장자리에 위치한 비콘노드가 있고 최소값은 1이다. 그리도 도 1에서 사용자(120)의 최대 비콘 수가 6이지만, 사용자(100)의 최대 값이 5이므로 최대 값이 최대 비콘 수보다 작아 사용자(100)이 가장자리에 위치해 있음을 알 수 있다. 사용자(100)가 가장 자리에 위치해 있는 것이 판별되었으므로 도 4의 알고리즘에 따라 탈락시키는 비콘노드의 수를 결정하는데, 이는 최대의 비콘 수와 최대 값의 차이인 1개 열(6-5=1)로 결정된다. 여기서 사용자(100)은 스캔구역의 왼쪽 가장자리에 위치해 있으므로 사용자(100)의 통신가능범위(coverage)내 오른쪽 가장자리에 있는 1개 열의 비콘노드(400)을 탈락하게 된다.
다음으로 도 1에서 사용자(140)의 경우, 사용자(140)의 최대 비콘수는 6이고 최대 값은 4이기 때문에 2개 행의 비콘노드를 탈락시킬 수 있지만(사용자(140)의 경우는 아래쪽 가장자리에 있으므로 열이 아닌 행을 제거함), 도 4에서 설명한 바와 같이 최소한 2개의 행 또는 열은 보존하기 위하여 2개의 행을 제외한 나머지 비콘노드가 탈락된다.
한편 상기에서 설명한 본 발명의 실시예에서는 비콘노드의 선별이 사각형상으로 이루어진 것으로 설명하였지만, 방향벡터의 값을 참고하여 비콘노드들의 기하학적 분포의 대칭성을 높일 수 있는 형태로 선별될 수 있다. 예를 들면 비콘노드들의 위치 분포가 둘 이상의 대칭축을 갖는 도형(직사각형, 정삼각형, 정사각형 또는 원)의 형상이 되도록 비콘노드들이 선별될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단말기의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 단말기(500)는 도 1에서의 사용자(100, 120, 420)에 대응된다.
도 5를 참조하면, 단말기(500)는 프로세서(520), 메모리(540) 및 무선 주파수(Radio Frequency, RF) 모듈(560)을 포함한다. 프로세서(520)는 상기에서 설명한 절차 및 방법들(즉, 도 3 및 도 4의 알고리즘)을 구현하도록 구성될 수 있다. 즉, 프로세서(520)는 수신되는 신호가 비콘인지 여부를 판단하여 비콘을 추출하며, 추출된 비콘 정보를 수집한다. 그리고 프로세서(520)는 방향벡터를 생성하여 가장자리 여부를 파악하고 가장자리일 경우 비콘을 탈락한 뒤 위치를 계산한다.
여기서 각 비콘들에 대한 방향벡터의 생성은 단말기(500) 내에서 이루어질 수도 있지만, 방향벡터의 생성은 별도의 서버(미도시)에서 이루어진 후 단말기(500)에게 제공될 수 있다.
메모리(540)는 프로세서(520)와 연결되고 프로세서(520)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. RF 모듈(560)은 프로세서(520)와 연결되고 무선 신호를 송신 또는 수신한다. 단말기(500)는 단일 안테나 또는 다중 안테나를 가질 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 도달시간(Time of Arrival, TOA) 또는 수신신호의 세기(Received Signal Strength Indicator, RSSI)를 이용한 거리 추정이 필요 없으며, 수신되는 비콘을 분석함으로써 사용자(단말기)가 가장자리에 위치해 있는지 여부 및 가장자리에 얼마나 치우쳐 있는 지(치우침 정도)를 판단할 수 있다. 사용자의 치우쳐짐의 정도에 따라 적응적으로 비콘을 탈락시킴으로써, 불균등한 비콘노드 분포를 상쇄할 수 있고, 이로 인해 무게중심 기법(CL) 또는 가중치 무게중심 기법(WCL)만을 사용해도 스캔구역의 가장자리(Border area)에서도 정확한 사용자의 위치인식이 가능하다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 계산량이 복잡하지 않는 알고리즘인 무게중심 기법(CL) 또는 가중치 무게중심 기법(WCL) 알고리즘만을 사용하더라도 정확하게 사용자(단말기)의 위치를 계산할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 단말기의 위치 측정 방법의 시뮬레이션한 결과에 대해서 도 6 및 도 7을 참조하여 알아본다.
격자형태의 비콘노드가 설치되어 있는 가상의 스캔 구역을 설정한 후, 본 발명의 실시예에 따른 단말기의 위치 측정 방법과 종래의 방법을 비교한다. 즉, 본 발명의 실시예와 같이 적응적으로 비콘을 탈락시킨 후 가중치 무게중심 기법(WCL)을 이용하여 사용자(단말기)의 위치를 추정한 것과 종래의 방법과 같이 비콘을 탈락시키지 않고 수신된 모든 비콘을 이용하여 가중치 무게중심 기법(WCL)을 적용함으로써 사용자의 위치를 추정한 것을 비교한다. 아래의 시뮬레이션에서는 스캔 구역을 100m X 100m 공간이며, 비콘노드는 10m 간격의 격자로 구성된 경우를 가정한다. 실제 통신 환경을 고려하기 위해, 일반적인 경로손실(Pathloss) 모델을 따르며 수신된 수신신호의 세기(RSSI)에 가우시안 분포를 따르는 임의의 잡음을 추가하였다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 통해, 사용자의 가장자리 위치 여부를 판별한 결과를 나타내는 도면이다. 도 6에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 방법을 적용한 경우에서 사용자의 가장자리 위치가 잘 판별됨을 알 수 있다. 즉, 도 6에 나타낸 바와 같이, 종래의 방법에 비해 상대적으로 가장자리 쪽으로 사용자의 위치가 추정되고 있음을 확인할 수 있다. 종래의 방법은 가장자리 효과(Border area effect)의 영향으로 인해, 사용자(단말기)는 가중치 무게중심 기법(WCL)을 통한 위치 인식 시에 자신의 위치보다 상대적으로 스캔 구역의 중심 쪽으로 위치가 추정되나, 본발명의 실시예와 같이 적응형 비콘 탈락 알고리즘을 통해 가장자리 효과(Border area effect)가 저감된 경우에는 사용자의 위치가 보다 가장자리 쪽으로 추정된다. 따라서 도 6에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 가장자리 효과(Border area effect)를 효과적으로 저감하여 사용자의 위치 인식 정확도를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 7은 종래의 방법과 본 발명의 실시예에 따른 방법을 적용한 경우에 대한누적분포함수(Cumulative Distribution Function, CDF)를 나타내는 도면이다. 즉, 점선은 종래의 가중치 무게중심 기법(WCL)을 적용한 뒤 얻어진 위치인식오차의 누적분포함수이며, 실선은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 적용하여 가장자리 효과(Border area effect)를 저감시킨 뒤 가중치 무게중심 기법(WCL)을 적용(도 3 및 도 4의 알고리즘을 적용한 경우)한 뒤 얻어진 위치인식오차의 누적분포함수(Cumulative Distribution Function, CDF)를 나타낸다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예의 경우가 종래의 방법보다 더 좋은 위치인식 성능을 얻을 수 있으며, 평균 오차의 경우 1.93m에서 1.66m로 성능이 향상됨을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 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.

Claims (17)

  1. 복수의 비콘노드로부터 비콘신호를 수신하는 단계,
    상기 비콘신호를 이용하여 가장자리에 위치해 있는지 여부를 판단하는 단계,
    가장자리에 위치해 있는 것으로 판단된 경우, 상기 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택하는 단계, 그리고
    상기 선택된 비콘신호를 이용하여, 위치를 결정하는 단계를 포함하는 단말기의 위치 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는, 상기 복수의 비콘노드 사이의 상대적 위치를 나타내는 방향벡터를 이용하여 상기 일부 비콘신호를 선택하는 단계를 포함하는 단말기의 위치 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 복수의 비콘노드 사이의 상대적 위치를 나타내는 방향벡터를 취합하여 각 방향 값 중 최소값이 1인 경우, 상기 최소 값이 1인 방향으로 가장자리에 있는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 단말기의 위치 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 복수의 비콘노드 사이의 상대적 위치를 나타내는 방향벡터를 취합하여, 각 방향 값 중 최소값을 계산하는 단계,
    상기 최소값에 대응하는 방향을 나타내는 벡터 값 중 최대 값을 계산하는 단계,
    통신가능범위에 위치할 수 있는 최대 비콘 수를 계산하는 단계, 그리고
    상기 최대 값이 상기 최대 비콘수보다 적은 경우 가장자리에 위치해 있는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 단말기의 위치 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는,
    상기 최대 비콘 수와 상기 최대 값의 차이인 차이 값을 계산하는 단계, 그리고
    상기 차이 값에 해당하는 행 또는 열에 위치하는 비콘신호를 탈락시켜, 상기 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택하는 단계를 포함하는 단말기의 위치 측정 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는,
    상기 최대 비콘 수와 상기 최대 값의 차이인 차이 값을 계산하는 단계,
    상기 차이 값에 해당하는 행 또는 열에 위치하는 비콘신호를 탈락시키는 경우, 남은 비콘신호의 행 또는 열이 2개 미만인지 판단하는 단계, 그리고
    상기 남은 비콘신호의 행 또는 열이 2개 미만인 경우, 적어도 2개의 행 또는 열을 남기도록, 상기 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택하는 단계를 포함하는 단말기의 위치 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는,
    상기 남은 비콘신호의 행 또는 열이 2개 미만이 아닌 경우, 상기 차이 값에 해당하는 행 또는 열에 위치하는 비콘신호를 탈락시켜, 상기 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택하는 단계를 더 포함하는 단말기의 위치 측정 방법.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 판단하는 단계에서 가장자리에 위치하지 않은 것으로 판단된 경우, 상기 비콘신호 모두를 이용하여, 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 단말기의 위치 측정 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 최대 값이 상기 최대 비콘수보다 적지 않은 경우, 상기 비콘 신호 모두를 이용하여, 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 단말기의 위치 측정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 위치를 결정하는 단계는 무게중심 기법 또는 가중치 무게중심 기법을 이용하여 위치를 결정하는 단계를 포함하는 단말기의 위치 측정 방법.
  11. RF 모듈, 그리고
    상기 RF 모듈과 연결되어 복수의 비콘신호를 수신하는 프로세스를 포함하며,
    상기 프로세스는, 상기 복수의 비콘신호를 이용하여 가장자리에 위치해 있는지 여부를 판단하고, 가장자리에 위치해 있는 경우에는 상기 복수의 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택하며, 상기 일부 비콘신호를 이용하여 위치를 결정하는 단말기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프로세스는 가장자리에 위치해 있지 않은 경우에는 상기 복수의 비콘신호 모두를 이용하여 위치를 결정하는 단말기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 복수의 비콘신호 사이의 상대적 위치를 나타내는 방향벡터를 이용하여 상기 일부 비콘 신호를 선택하는 단말기.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 프로세스는, 상기 복수의 비콘신호 사이의 상대적 위치를 나타내는 방향벡터를 취합하여 각 방향 값 중 최소값이 1인 경우, 상기 최소 값이 1인 방향으로 가장자리에 있는 것으로 판단하는 단말기.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 프로세스는, 상기 복수의 비콘신호 사이의 상대적 위치를 나타내는 방향벡터를 취합하여 각 방향 값 중 최소값이 1인 경우 상기 최소 값에 대응하는 방향을 나타내는 벡터 값 중 최대 값을 계산하고, 상기 최대 값이 통신가능범위에 위치하는 최대 비콘 수보다 적은 경우 가장자리에 위치해 있는 것으로 판단하는 단말기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 프로세스는, 상기 최대 비콘 수와 상기 최대 값의 차이인 차이 값을 계산하고, 상기 차이 값에 해당하는 행 또는 열에 위치하는 비콘신호를 탈락시키는 경우 남은 비콘신호의 행 또는 열이 2개 미만인 경우에는 적어도 2개의 행 또는 열을 남기도록 상기 복수의 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택하는 단말기.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 프로세스는, 상기 최대 비콘 수와 상기 최대 값의 차이인 차이 값을 계산하고, 상기 차이 값에 해당하는 행 또는 열에 위치하는 비콘신호를 탈락시켜 상기 복수의 비콘신호 중 일부 비콘신호를 선택하는 단말기.
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