KR20150080817A - 전파지도ｄｂ 로딩 장치와 방법, 및 단말장치 - Google Patents

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Abstract

전파지도DB기반 위치추정 기법이 갖는 정밀성 및 안정성을 유지함과 더불어 빠른 위치추정이 가능하도록 하는 전파지도DB 로딩 장치와 방법, 및 단말장치를 제시한다. 제시된 전파지도DB 로딩 장치는 단말이 이동함에 따라 단말의 이전 위치와 추정된 최종 위치간의 차이를 근거로 단말의 이동 정보를 계산해 내는 이동 정보 계산부, 및 참조위치별 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB 및 이동 정보 계산부에서 계산된 이동 정보를 근거로 단말의 이동 방향에 위치한 참조위치의 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB를 로드하는 로딩 수행부를 포함한다.

Description

전파지도ＤＢ 로딩 장치와 방법, 및 단말장치{Apparatus and method for loading radiomap database, and terminal device}
본 발명은 위치추정을 위한 전파지도DB 로딩 장치와 방법, 및 단말장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전파지도DB를 이용하여 단말 또는 단말을 들고 있는 사용자의 위치를 추정할 때, 전파지도의 참조위치(RP: Reference Point) 간 배치 정보를 이용하여 단말의 이동에 대해 적응적이고 효율적으로 전파지도DB를 로딩하도록 하는 장치와 방법, 및 단말장치에 관한 것이다.
무선통신 인프라를 이용한 위치추정 기술은 인프라 종류 및 서비스 범위에 따라 다양한 방식으로 존재한다. 예를 들어, GNSS(Global Navigation Satellite System)는 지구 궤도상의 위성신호를 이용하여 사용자의 위치를 결정하는 시스템을 의미한다. 이와 유사하게 미국의 GPS(Global Positioning System), 러시아의 GLONASS(Global Navigation Satellite System) 및 유럽의 Galileo 등이 현재 운용 중이거나 운용 예정이다.
이러한 GNSS는 위성부와 수신부에 가시선(Direct Line Of Sight)이 직접 확보되는 평지나 교외 지역에서는 10m 이내의 높은 위치 정확도와 가용성을 제공한다. 그러나, 비 가시선(Non-Line Of Sight) 구간인 도심 밀집 지역에서는 다중 경로 오차로 인해 위치 오차가 50m 정도에 이르고, 특히 실내 지역에서는 수신감도가 저하되어 신호획득을 하지 못해 위치 결정이 어려운 점이 있다.
다른 무선통신 인프라 중 셀룰러 기반 위치추정 기술은 이동통신 기지국의 위치정보와 측정신호를 이용하여 사용자의 위치를 결정하는 기술이다. 구체적으로 셀룰러 기반 위치추정 기술은 단말장치에서 수신 가능한 기지국의 개수에 따라 Cell-ID, E-OTD(Enhanced-Observed Time Difference), AFLT(Advanced-Forward Link Trilateration) 등으로 분류된다. 도심 및 교회 대부분의 지역을 서비스 범위로 갖는 이동통신 인프라의 특성상 실외뿐만 아니라 실내에서도 위치 결정이 가능하다는 장점을 가진다. 그러나, 셀룰러 기반 위치추정 기술은 기지국의 배치 밀도에 따라 위치추정 정확도가 달라지고, 평균적으로 약 100~800m의 비교적 낮은 위치 정확도를 가지고 있어서 수m 정도의 위치 정확도를 요구하는 실내외 항법 서비스 등에 적용하기 어렵다.
Assited-GNSS는 사용자 단말장치에 내장된 GNSS 수신기의 최소 수신신호 감도를 향상시키고 초기위치 결정시간(Time to First Fix)을 단축시키기 위해 위치추정 서버로부터 보조정보를 획득하는 기술을 의미한다. Assited-GNSS는 미약 신호 환경인 도심 밀집지역에서 GNSS를 이용한 빠른 위치 결정을 가능하게 하지만, 실내지역에서 신호가 매우 미약하여 큰 효과를 얻을 수 없다.
실내/실외에서 위치추정 시 비연속적이고 끊기는 문제가 발생함에 따라 실내/외에서 모두 사용가능한 방법이 개발되었는데, 그 중 Wi-Fi 기반 위치추정 기술이 대표적이다. Wi-Fi 기반 위치추정 기술은 크게 위치DB 기반과 전파지도DB 기반 기법으로 분류할 수 있다.
위치DB는 서비스 지역에 존재하는 Wi-Fi AP(기지국)의 식별자, 위치, 송출신호 세기, 신호감쇄 계수 등의 정보를 포함한다. 위치를 계산하는 주체는 이 위치DB를 수신받아 Cell-ID, 삼각측량, WCL (Weighted Centroid Localization) 등의 방법으로 위치를 추정한다.
전파지도DB는 서비스 지역 내 미리 설정된 다수 개의 참조위치에서 수신되는 기지국 정보와 신호 세기, 및 각종 통계 정보 등의 정보를 포함한다. 위치를 계산하는 주체는 현재 검색된 측위 자원과 전파지도DB에 기록된 신호 세기 등을 비교하여 가장 유사한 정보를 갖는 참조위치를 현재 위치로 추정한다.
일반적으로, 위치DB의 크기는 서비스 지역 내에 설치된 기지국의 개수에 비례하여 비교적 작다. 반면, 전파지도DB는 구축한 참조위치의 개수와 기지국의 개수의 곱에 비례하여 위치DB에 비해 방대하다. 또한, 전파지도DB를 이용한 위치추정 시에는 검색된 정보와 관련있는 모든 전파지도를 비교 및 상관성 분석을 해야 하므로 위치DB 기반 기법에 비해 시간이 많이 소요된다.
반면, 위치DB 기반 위치추정시 위치 정밀도는 기지국의 배치와 개수 등에 직접적으로 영향을 받아 편차가 크다. 반면, 일반적으로 전파지도DB가 조밀하게 구축된 경우 비교적 정밀하고 안정적인(편차가 작은) 성능을 보인다.
관련 선행기술로는, 무선 네트워크로 구성된 실내 인프라를 이용하여 수신된 신호의 세기로부터 단말의 위치를 계산하는 내용이, 대한민국공개특허 제2009-0043733호(실내 위치결정방법 및 장치)에 개시되었다.
다른 관련 선행기술로는, 건물 내부, 건물 지하, 터널 등의 실내에서 휴대 단말기의 위치를 정확하게 추정하고 경로 정보를 제공할 수 있으며, Wi-Fi 신호의 수신 과정에서 발생하는 Wi-Fi 신호 끌림 현상을 완화 또는 제거할 수 있어 휴대 단말기의 위치 추정의 정확도를 높일 수 있는 내용이, 대한민국공개특허 제2012-0010114호(실내 내비게이션을 수행하는 위치 기반 서비스 시스템 및 방법)에 개시되었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 전파지도DB기반 위치추정 기법이 갖는 정밀성 및 안정성을 유지함과 더불어 빠른 위치추정이 가능하도록 하는 전파지도DB 로딩 장치와 방법, 및 단말장치를 제공함에 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 지속적으로 위치추정이 이루어져야 하는 서비스에 있어서, 단말의 위치가 변화함에 따라 로드되어야 할 전파지도를 찾기 위해 전 범위를 다시 검색해야 하는 종래 기술의 한계를 극복하고자 한다.
이를 위해, 본 발명은 전파지도DB의 참조위치(RP: Reference Point) 간 배치정보를 미리 파악하여 관리한다. 이 정보는 단말의 이동방향 및 거리에 따라 추가적으로 로딩해야 할 참조위치를 빠르게 알아내어 로드(load)할 수 있도록 한다. 또한, 마찬가지의 방법으로 단말의 이동방향 및 거리에 따라 더 이상 로딩하지 않아도 될 참조위치를 빠르게 알아내어 언로드(un-load)할 수 있도록 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 전파지도DB 로딩 장치는, 단말이 이동함에 따라 상기 단말의 이전 위치와 추정된 최종 위치간의 차이를 근거로 상기 단말의 이동 정보를 계산해 내는 이동 정보 계산부; 및 참조위치별 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB 및 상기 이동 정보 계산부에서 계산된 이동 정보를 근거로 상기 단말의 이동 방향에 위치한 참조위치의 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB를 로드하는 로딩 수행부;를 포함한다.
이때, 상기 로딩 수행부는 상기 단말의 위치가 업데이트될 때마다 변화되는 상기 이동 정보를 근거로 상기 전파지도DB의 참조위치를 추가하여 로드할 수 있다.
이때, 상기 로딩 수행부는 상기 단말의 위치가 업데이트될 때마다 변화되는 상기 이동 정보를 근거로 상기 전파지도DB의 참조위치를 제거할 수 있다.
이때, 상기 단말의 이동 방향에 위치한 참조위치의 주변 노드 정보는 해당 참조 위치의 주변에 위치한 참조위치의 번호, 거리, 및 각도를 포함할 수 있다.
이때, 상기 주변에 위치한 참조위치는 미리 정해진 거리 이내에 존재하는 참조위치, 및 가장 가까운 거리에 존재하는 참조위치중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
이때, 상기 이동 정보는 상기 단말이 이전 위치에서 현재 위치까지 이동한 방향과 거리를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 전파지도DB 로딩 방법은, 이동 정보 계산부가, 단말이 이동함에 따라 상기 단말의 이전 위치와 추정된 최종 위치간의 차이를 근거로 상기 단말의 이동 정보를 계산해 내는 단계; 및 로딩 수행부가, 참조위치별 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB 및 상기 단말의 이동 정보를 계산해 내는 단계에서 계산된 이동 정보를 근거로 상기 단말의 이동 방향에 위치한 참조위치의 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB를 로드하는 단계;를 포함한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 단말장치는, 단말의 이동에 따른 이동 정보 및 참조위치별 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB를 근거로 상기 단말이 움직이는 방향과 거리에 해당하는 지역의 전파지도DB를 로딩하는 전파지도DB 로딩부; 및 상기 전파지도DB 로딩부에서 로딩되는 전파지도DB를 근거로 해당 단말의 위치를 추정하는 위치 추정부;를 포함한다.
이때, 상기 전파지도DB 로딩부는, 상기 단말이 이동함에 따라 상기 단말의 이전 위치와 추정된 최종 위치간의 차이를 근거로 상기 단말의 이동 정보를 계산해 내는 이동 정보 계산부; 및 참조위치별 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB 및 상기 이동 정보 계산부에서 계산된 이동 정보를 근거로 상기 단말의 이동 방향에 위치한 참조위치의 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB를 로드하는 로딩 수행부;를 포함할 수 있다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 전파지도DB의 각 참조위치의 주변 노드 정보를 이용하여 전체 전파지도DB를 재검색하지 않고도 로드되어야 할 전파지도를 즉시 알아내어 로드 및 언로드(unload)할 수 있으므로, 지속적으로 위치추정이 이루어져야 하는 서비스에 있어서 단말의 위치가 변화함에 따라 로드되어야 할 전파지도를 찾기 위해 전 범위를 다시 검색해야 하는 종래 기술의 한계를 극복하게 된다.
특히, 서비스 지역이 넓은 경우 또는 전파지도DB의 참조위치의 밀도가 높은 지역의 경우 등과 같이 지속적으로 검색해야 할 참조위치의 수가 많은 경우에 본 발명이 성능의 큰 발전을 가져다 줄 수 있다.
또한, 본 발명에서 제시한 기술들을 기반으로 실내/외에서 끊김없이, 고정밀의 위치를 빠르고 효과적으로 계산할 수 있게 되어 위치기반 서비스의 활용범위를 넓히게 된다.
도 1은 본 발명이 적용되는 전파지도DB를 이용한 위치추정 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전파지도DB의 일반적인 형식을 나타낸 도면이다.
도 3은 구축된 전파지도DB의 일 예이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 구성된 전파지도DB의 형식을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 전파지도DB의 추가항목 설명에 채용되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 단말장치의 내부 구성도이다.
도 8은 도 7에 도시된 전파지도DB 로딩부의 내부 구성도이다.
도 9는 본 발명이 적용되는 전파지도DB를 이용한 위치추정 시스템의 작동 수순을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 위치추정을 위한 전파지도DB 로딩 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 11 및 도 12는 도 10의 설명에 채용되는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 전파지도DB를 이용한 위치추정 시스템의 개략도이다. 도 2는 도 1에 도시된 전파지도DB의 일반적인 형식을 나타낸 도면이고, 도 3은 구축된 전파지도DB의 일 예이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 구성된 전파지도DB의 형식을 나타낸 도면이고, 도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 전파지도DB의 추가항목 설명에 채용되는 도면이다.
본 발명이 적용되는 위치추정 시스템은 단말(10), 서버(20), 및 전파지도 저장부(30)를 포함한다.
단말(10)은 전파지도 저장부(30)의 정보를 이용하여 자신의 위치 또는 자신을 들고 있는 사용자의 위치를 추정한다. 전파지도DB 기반 위치추정방법은 NN(Nearest Neighbor), kNN(k-Nearest Neighbors), w-kNN(weighted k-Nearest Neighbors) 알고리즘 등이 대표적이지만, 본 발명에서는 이를 한정하지는 않는다.
서버(20)는 단말(10)에서의 위치 추정에 필요한 정보를 제공한다. 서버(20)는 단말(10)과 통신을 수행하는 통신부(도시 생략)와 전파지도 저장부(30)를 관리하는 관리부(도시 생략)를 포함할 수 있다.
전파지도 저장부(30)는 서비스 지역 내 미리 설정된 다수 개의 참조위치에서 수신되는 기지국 정보와 신호 세기, 및 각종 통계 정보 등의 정보를 포함하는 전파지도(데이터의 집합(DB) 형태를 갖는 전파지도임)를 저장하고 있다. 바람직하게, 서비스 지역에서의 전파지도DB는 미리 구축되어 있는 것으로 한다. 전파지도DB는 참조위치(RP: Reference Point)에서 직접 수집하는 방법 또는 전파모델 등을 이용하여 전파지도를 예측하는 방법 등으로 구분할 수 있다. 동종업계에 종사하는 자라면 참조위치에서 직접 수집하는 방법 또는 전파모델을 이용한 전파지도 예측방법에 대해 주지의 기술로 충분히 이해하리라 본다.
통상적인 전파지도DB를 이용할 경우, 단말(10)이 이동함에 따라 다시 위치를 계산하려면 전파지도DB의 모든 항목을 재순회하면서 판단해야 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서의 전파지도 저장부(30)의 전파지도DB는 재순회없이 단말의 이동 방향과 거리를 파악하여 바로 유효한 참조위치를 로드할 수 있도록 하는 정보를 추가로 포함한다.
다시 말해서, 전파지도DB의 표현방법은 시스템에 따라 다양하게 구현될 수 있지만, 일반적으로는 도 2에 예시한 바와 같은 정보를 포함한다.
도 2에서, 참조위치는 일반적으로 전파지도를 수집한 지점으로 나타난다. 기지국 신호 개수는 참조위치에서 수신된 기지국(Wi-Fi의 경우 Access Point)의 개수를 나타내며, 개수만큼 기지국 고유식별자, 수신신호세기 등이 이어진다.
이와 같은 일반적인 전파지도DB를 이용하여 위치추정 시에는, 전파지도DB를 이용하여 단말(10)이 수신한 신호패턴과 가장 유사한 참조위치를 단말(10)의 현재위치로 추정한다. 일반적으로, 전파지도DB의 크기는 참조위치의 개수와 기지국 신호 개수의 곱에 비례하게 되는데, 서비스 지역의 범위가 크면 클수록 전파지도DB의 크기도 커지고, 가장 비슷한 신호패턴을 갖는 참조위치를 계산해 내는데 시간이 오래 걸린다.
특히, 길 안내 서비스 등과 같이 지속적으로 위치추정이 이루어져야 하는 시스템에 있어서는 비교할 참조위치의 개수를 한정하거나 로딩할 전파지도의 범위를 제한하는 등의 추가적인 작업을 토대로 빠른 위치추정 알고리즘이 요구된다.
따라서, 이동하는 단말의 위치가 업데이트 될 때마다 적응적으로 전파지도DB를 로딩하려면, 전파지도DB 내 참조위치간 배치정보를 알아야 움직이는 방향과 거리에 맞게 전파지도를 로딩할 수 있다. 본 발명에서는 기존 전파지도DB에 몇 가지 정보를 추가하여 이를 해결하였다.
도 3에 예시된 전파지도DB를 보면, 원은 참조위치를 나타낸 것이고, 원 안의 숫자는 참조위치에 임의의(고유의) 번호를 부여한 것이다. 원 아래의 좌표는 참조위치를 실내 상대좌표인 (X, Y)로 표현한 것이다.
도 3을 일반적인 전파지도DB로 표현하면 하기의 표 1과 같다.
참조위치
번호		 참조위치
X		 참조위치
Y		 기지국
신호개수		 1번
기지국
고유
식별자		 1번
기지국의
Alias		 1번
기지국의
(평균)
수신신호세기		 1번
기지국 수신신호세기의 분산
…
1 -15 15 3 000000001A FreeWiFi -50 3.5 …
2 -10 15 2 000000001A FreeWiFi -55 4.3 …
3 -5 15 3 000000001A FreeWiFi -70 2.3 …
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도 3의 일반적인 전파지도DB를 이용하면, 각 참조위치에서 검색되는 기지국의 리스트와 신호세기 등을 알 수 있다. 하지만 각 참조위치가 다른 참조위치와 이루어져있는 배치나 연결관계 등에 관한 정보는 전혀 없으므로, 단말이 이동했을 때 다시 위치를 계산하려면 이 전파지도DB의 모든 항목을 재순회하면서 판단해야 한다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하여 재순회 없이 단말의 이동 방향과 거리를 파악하여 바로 유효한 참조위치를 로드(load)하기 위해서, 본 발명에서 사용되는 전파지도DB는 각 참조위치별로 다음의 두 항목을 추가하였다. 하기의 두 항목이 모두 추가되어도 되지만, 필요에 따라서는 어느 하나만 추가되어도 무방하리라 본다.
① {미리 정해진 거리 이내에 존재하는 참조위치의 번호와 거리 및 각도}
② {가장 가까운 거리에 존재하는 참조위치의 번호와 거리 및 각도}
이와 같이 각 참조위치별로 추가된 두 항목(참조위치간 배치정보 또는 각 참조위치의 주변 노드 정보라고 할 수 있음)을 지원하는 전파지도DB의 형식은 도 4와 같이 된다.
예를 들어, 도 5에서와 같이 "미리 정해진 거리"가 5m라고 가정할 때, 6번 참조위치에 대한 추가항목은 다음과 같다.
① {5, 5m, 180°}, {7, 5m, 0°}, {8, 5m, 270°}
② {5, 5m, 180°}, {7, 5m, 0°}, {8, 5m, 270°}
즉, 6번 참조위치를 기준으로 미리 정해진 거리(5m) 이내의 참조위치는 5번, 7번, 8번이다. 또한, 각 참조위치(5번, 7번, 8번)는 모두 반경 5m 이내의 거리에 있으며, 각도는 6번을 기준으로 각각 180°, 0°, 270°를 보인다. 참조위치 6번을 기준으로 가장 가까운 거리에 존재하는 참조위치 역시 5번, 7번, 8번이다.
또 다른 예로, 도 6에 도시된 전파지도DB의 예를 살펴보면, 참조위치 16번에 대한 추가항목은 다음과 같다.
① 없음
② {17, 7.07m, 315°}
즉, 16번 참조위치를 기준으로 미리 정해진 거리(5m) 이내에 위치한 참조위치는 도 6에서는 존재하지 않는다. 가장 가까운 거리에 존재하는 참조위치는 17번 참조위치인데 거리는 약 7.07m이고, 16번 참조위치를 기준으로 315° 방향에 위치한다.
상술한 바와 같이, 전파지도 저장부(30)에는 일정 거리 이내에 존재하는 참조위치 정보 및 가장 가까운 거리 내에 존재하는 참조위치 정보가 추가된 전파지도DB가 저장될 수 있다. 이와 같이, 일정 거리 이내에 존재하는 참조위치 정보와 가장 가까운 거리 내에 존재하는 참조위치 정보를 추가하여 참조위치 간 배치정보를 쉽게 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 단말장치의 내부 구성도이다.
본 발명에서의 단말장치(즉, 단말(10))는 측위 자원 검색부(11), 전파지도DB 요청부(12), 전파지도DB 수신부(13), 전파지도DB 로딩부(14), 위치 추정부(15), 및 제어부(16)를 포함한다.
측위 자원 검색부(11)는 해당 단말(10) 주변의 측위 자원을 검색한다. 여기서, 측위 자원은 이동통신망에서 사용하는 전파, WLAN(Wi-Fi 등)망에서 사용하는 전파, WPAN(블루투스, UWB, Zigbee 등)망에서 사용하는 전파 등을 의미한다고 볼 수 있는데, 이러한 주파수 및 방식에만 국한되지는 않는다. 본 발명에서는 이해하기 쉽도록 Wi-Fi를 기준으로 설명한다.
전파지도DB 요청부(12)는 제어부(16)의 제어에 의해 측위 자원 검색부(11)에서의 측위 자원 검색결과를 서버(20)에게로 보낸다. 또한, 전파지도DB 요청부(12)는 제어부(16)의 제어에 의해 해당 단말(10) 주변의 전파지도DB를 요청하는 메시지를 서버(20)에게로 보낸다.
전파지도DB 수신부(13)는 서버(20)로부터의 전파지도DB를 수신한다. 도시하지 않았지만, 전파지도DB 수신부(13)는 수신한 전파지도DB를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
전파지도DB 로딩부(14)는 해당 단말(10)의 위치추정을 위해, 전파지도DB 수신부(13)에 수신된 전파지도DB를 로딩한다. 특히, 전파지도DB 로딩부(14)는 단말(10)이 이동하여 위치가 업데이트(update)될 때마다 적응적으로 전파지도DB를 로딩한다.
다시 말해서, 전파지도DB 로딩부(14)는 수신한 전파지도DB내의 참조위치간 배치정보(즉, 참조위치별 주변 노드 정보를 의미한다고 볼 수 있음)를 근거로 해당 단말(10)이 움직이는 방향과 거리에 상응하는 서비스 지역의 전파지도DB를 로딩한다. 즉, 전파지도DB 로딩부(14)는 단말(10)의 위치가 업데이트되어 전파지도를 재로드(re-load)해야 할 때에 각 참조위치별 주변 참조위치의 배치정보를 이용하여 선택적이고 효율적으로 로드(load) 및 언로드(unload)한다.
위치 추정부(15)는 전파지도DB 로딩부(14)에서의 로딩이 완료됨에 따라 이를 이용하여 해당 단말(10)의 위치를 추정한다. 전파지도DB 기반 위치추정방법은 NN(Nearest Neighbor), kNN(k-Nearest Neighbors), w-kNN(weighted k-Nearest Neighbors) 알고리즘 등이 있을 수 있다.
위치 추정부(15)는 해당 단말(10)의 위치 추정이 완료되면 그 결과를 표시부(도시 생략)상에 출력한다.
제어부(16)는 해당 단말(10)의 전체적인 동작을 제어한다.
도 8은 도 7에 도시된 전파지도DB 로딩부의 내부 구성도로서, 본 발명에서 구현하고자 하는 전파지도DB 로딩 장치의 내부 구성도라고 할 수 있다.
전파지도DB 로딩부(14)는 이동 정보 계산부(14a), 및 로딩 수행부(14b)를 포함한다.
이동 정보 계산부(14a)는 해당 단말(10)의 이동에 따른 이동 정보를 계산해 낸다. 바람직하게, 이동 정보 계산부(14a)는 해당 단말(10) 또는 단말(10)을 들고 있는 사용자가 이전 위치에서 현재 위치까지 이동한 방향과 거리를 포함하는 이동 정보를 계산해 낸다.
로딩 수행부(14b)는 이동 정보 계산부(14a)에서 이전 위치 대비 단말(10)의 이동 정보를 계산해 내면 그 이동 정보를 근거로 해당 단말(10)의 진행 방향에 위치한 전파지도(즉, 전파지도DB의 참조위치)를 로드한다. 즉, 로딩 수행부(14b)는 이동 정보 계산부(14a)에서 계산된 이동 정보 및 수신된 전파지도DB를 근거로 로드되어야 할 전파지도DB(즉, 단말(10)의 진행 방향(이동 방향)을 따라 위치한 참조위치의 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB)를 로드한다.
도 9는 본 발명이 적용되는 전파지도DB를 이용한 위치추정 시스템의 작동 수순을 설명하기 위한 플로우차트이다.
단말(10)의 위치를 추정하기 위해, 먼저 단말(10)내의 측위 자원 검색부(11)가 해당 단말(10) 주변의 측위 자원을 검색한다(S10).
측위 자원 검색부(11)에서 측위 자원을 검색하면, 해당 단말(10)내의 전파지도DB 요청부(12)는 측위 자원 검색부(11)의 결과를 서버(20)에 전송하여 단말 주변의 전파지도DB를 요청한다(S12).
서버(20)는 이를 수신하고, DB형태의 전파지도가 저장되어 있는 전파지도 저장부(30)에서 해당 단말 주변의 전파지도DB를 검색한다(S14).
이어, 서버(20)는 검색된 전파지도DB를 해당 단말(10)에게 전송한다(S16).
그에 따라, 단말(10)은 전파지도DB를 수신하여 위치 추정에 필요한 준비를 마친다(S18).
만약, 단말(10)이 이미 해당 서비스 지역의 전파지도DB를 가지고 있다면 전파지도DB를 요청하고 수신하는 단계(S12 ~ S18)를 생략할 수 있다.
이후, 단말(10)의 위치를 추정하기 위해 해당 단말(10)의 전파지도DB 로딩부(14)는 수신한 전파지도DB 또는 이미 가지고 있는 전파지도DB를 로딩한다(S20). 이때, 단말(10)은 이전 위치 대비 단말(10)의 이동 정보를 계산해 내고 계산된 이동 정보 및 수신된 전파지도DB를 근거로 로드되어야 할 전파지도DB를 로딩한다. 즉, 단말(10)은 해당 단말(10)이 진행하고 있는 방향(즉, 이동하고 있는 방향)을 따라 위치한 참조위치 및 그 주변 노드(주변의 참조위치)를 로딩한다.
로딩이 완료되면 해당 단말(10)의 위치 추정부(15)는 로딩된 전파지도DB를 이용하여 해당 단말(10)의 위치를 추정한다(S22). 여기서, 전파지도DB 기반 위치 추정시에는, 전파지도DB가 방대하기 때문에 일부분만 단말의 메모리 등에 로드하여 상관분석을 수행한다. 즉, 앞서의 단계 S18에서 수신한 전파지도DB는 "해당 서비스 지역의 전체 전파지도DB"를 의미한다. 해당 서비스 지역의 전체 전파지도DB는 흔히 지역단위, 건물단위, 층 단위로 구성되므로 파일이나 데이터베이스 형식으로 저장하되, 단말(10)이 실제 위치하고 있을 영역 근처에 해당하는 전파지도만 메모리에 로드하게 된다. 이는 현재 단말에서 수신된 전파(Wi-Fi)와 로드된 전파지도의 상관성을 일일이 분석해야 하는 전파지도DB 기법의 특성상, 로드될 전파지도의 범위(또는 개수)를 줄이려는 노력이다. 또한, 단말(10)의 메모리 관리 측면에서도 반드시 필요하다.
그리고, 위치 추정이 완료되면 그 결과를 출력한다(S24).
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 위치추정을 위한 전파지도DB 로딩 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다. 즉, 도 10은 전파지도DB를 이용하여 위치 추정을 함에 있어서, 지속적으로 위치를 추정해야 하는 서비스의 경우에 위치가 업데이트될 때마다 로드되는 전파지도DB 또한 이에 알맞게 적응적으로 업데이트하는 방법을 도시한 것이다. 도 11 및 도 12는 도 10의 설명에 채용되는 도면이다. 이하에서 설명되는 위치추정을 위한 전파지도DB 로딩 방법은 전파지도DB 로딩부(14)의 세부적인 동작으로 이해하면 된다.
단말(10)의 위치가 최종적으로 업데이트되면(S30), 먼저 이동 정보 계산부(14a)는 이전 위치와 추정된 최종 위치 간 차이를 비교한다(S32). 실내 위치추정 기술의 경우 이 차이는 다음과 같이 간단히 나타낼 수 있다.
좌표계는 (실내 상대 X좌표, 실내 상대 Y좌표, 실내 층 정보)로 표시될 수 있다. 그래서, 이전 위치는 "(Xprev, Yprev, Fprev)"이 되고, 현재 위치는 "(Xcurr, Ycurr, Fcurr)"이 된다.
그리고, 이동 거리(D)는 "D=√(Xcurr-Xprev)2+(Ycurr-Yprev)2", |Fcurr-Fprev|이 된다.
그에 따라, 이동 정보(V)는 "V=(A,D)"이 될 수 있다. 여기서, A는 이전 위치 기준의 현재 위치의 각도이다.
이와 같이 이동 정보(V)는 이전 위치를 기준으로 현재 위치의 각도와 거리를 나타내는데, 이는 곧 사용자가 이전 위치에서 현재 위치까지 이동한 방향과 거리에 해당한다. 그리고, 두 위치 간 각도는 arctan를 이용하여 계산할 수 있다.
이와 같이 이동 정보 계산부(14a)가 이전 위치 대비 단말의 이동 정보를 계산해 내면, 로딩 수행부(14b)는 이에 맞게 단말(10)의 진행 방향에 위치한 전파지도DB의 참조위치를 로드하게 되는데, 이는 현재 로드된 참조위치에 연결된 참조위치가 변위 내에 포함되는 지를 확인한 후에 행한다. 즉, 예를 들어 도 11에서 이전 추정 위치는 "710"이다. 이때 로드된 전파지도 참조위치의 범위는 "720"이고, 로드된 참조위치 번호는 5, 6, 7, 8, 9, 10이다.
만약, 단말(10)이 8번 참조위치 근처에서 9번 참조위치 근처로 이동한 뒤 업데이트되면 해당 단말(10)의 위치는 도 12에서와 같이 "810"이 된다. 이때, 이동 변위는 "830"으로 계산할 수 있는데, 이전 추정위치 "(10, 10)"에서 현재위치 "(10, 5)"의 차이를 계산하면 V=(270°,5m) 이다. 즉, 단말(10)은 270°의 방향으로 5m를 이동하였다.
로딩 수행부(14b)는 이 정보를 이용하여 현재 로드된 참조위치에 연결된 참조위치가 변위 내에 포함되는 지를 판단한다(S34).
로딩 수행부(14b)는 현재 로드된 참조위치에 연결된 참조위치가 변위 내에 포함되면 연결된 참조위치를 로드한다(S36). 즉, 로딩 수행부(14b)는 단말(10)의 위치가 업데이트될 때마다 변화되는 이동 정보를 근거로 전파지도DB의 참조위치를 추가하여 로드한다고 볼 수 있다. 다시 말해서, 로딩 수행부(14b)는 단말(10)의 위치가 업데이트될 때마다 변화된 이동 정보만큼의 추가의 참조위치를 현재 로드된 전파지도의 참조위치를 기점으로 로드한다.
그러나, 현재 로드된 참조위치에 연결된 참조위치가 변위 내에 포함되지 않고 현재 로드된 참조위치가 변위 밖으로 벗어나면(S38에서 "Yes") 로딩 수행부(14b)는 로드된 참조위치를 언로드(제거)한다(S40). 즉, 로딩 수행부(14b)는 단말(10)의 위치가 업데이트될 때마다 변화되는 이동 정보를 근거로 전파지도DB의 참조위치를 제거할 수 있는 것으로 보면 된다. 다시 말해서, 로딩 수행부(14b)는 단말(10)의 위치가 업데이트될 때마다 변화된 이동 정보만큼 로드되었던 전파지도의 참조위치(즉, 필요없는 참조위치)를 제거(unload)한다.
예를 들어, 5번 참조위치와 연결된 4번 참조위치는 5번 위치대비 270°가 아닌 180°방향에 있으므로 로드하지 않는다. 9번 참조위치와 연결된 15번 참조위치는 9번 위치대비 270°방향에 5m 이내에 존재하므로 로드하게 된다. 10번 참조위치와 연결된 11번 참조위치는 10번 위치대비 0°방향에 있으므로 로드하지 않는다.
상술한 단계 S34 및 S36은 로드된 모든 참조위치에 대해 수행하거나, 로드된 참조위치 중 가장 자리 노드(즉, 도 11에서 5, 6, 7, 9, 10번 참조위치 번호)에 대해 수행할 수 있다.
반면, 도 12에서 참조위치 번호 5, 6, 7번 위치는 변위 적용 시 "820" 영역 밖으로 벗어나게 되므로, 상술한 단계 S38, S40에 의거하여 이 전파지도(즉, 참조위치 5,6,7)는 언로드한다.
이러한 방법으로 단말(10)의 움직임에 따라 적응적으로 최적의 전파지도가 로딩된다(S42).
이와 같이 하여 최적의 로딩상태가 유지되어 전파지도DB 기반 위치추정시 빠르고 정밀한 계산이 가능하다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 단말 11 : 측위 자원 검색부
12 : 전파지도DB 요청부 13 : 전파지도DB 수신부
14 : 전파지도DB 로딩부 14a : 이동 정보 계산부
14b : 로딩 수행부 15 : 위치 추정부
16 : 제어부 20 : 서버
30 : 전파지도 저장부

Claims (19)

  1. 단말이 이동함에 따라 상기 단말의 이전 위치와 추정된 최종 위치간의 차이를 근거로 상기 단말의 이동 정보를 계산해 내는 이동 정보 계산부; 및
    참조위치별 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB 및 상기 이동 정보 계산부에서 계산된 이동 정보를 근거로 상기 단말의 이동 방향에 위치한 참조위치의 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB를 로드하는 로딩 수행부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파지도DB 로딩 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 로딩 수행부는 상기 단말의 위치가 업데이트될 때마다 변화되는 상기 이동 정보를 근거로 상기 전파지도DB의 참조위치를 추가하여 로드하는 것을 특징으로 하는 전파지도DB 로딩 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 로딩 수행부는 상기 단말의 위치가 업데이트될 때마다 변화되는 상기 이동 정보를 근거로 상기 전파지도DB의 참조위치를 제거하는 것을 특징으로 하는 전파지도DB 로딩 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 단말의 이동 방향에 위치한 참조위치의 주변 노드 정보는 해당 참조위치의 주변에 위치한 참조위치의 번호, 거리, 및 각도를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파지도DB 로딩 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 주변에 위치한 참조위치는 미리 정해진 거리 이내에 존재하는 참조위치, 및 가장 가까운 거리에 존재하는 참조위치중에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전파지도DB 로딩 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동 정보는 상기 단말이 이전 위치에서 현재 위치까지 이동한 방향과 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파지도DB 로딩 장치.
  7. 이동 정보 계산부가, 단말이 이동함에 따라 상기 단말의 이전 위치와 추정된 최종 위치간의 차이를 근거로 상기 단말의 이동 정보를 계산해 내는 단계; 및
    로딩 수행부가, 참조위치별 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB 및 상기 단말의 이동 정보를 계산해 내는 단계에서 계산된 이동 정보를 근거로 상기 단말의 이동 방향에 위치한 참조위치의 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB를 로드하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파지도DB 로딩 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전파지도DB를 로드하는 단계는 상기 단말의 위치가 업데이트될 때마다 변화되는 상기 이동 정보를 근거로 상기 전파지도DB의 참조위치를 추가하여 로드하는 것을 특징으로 하는 전파지도DB 로딩 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 전파지도DB를 로드하는 단계는 상기 단말의 위치가 업데이트될 때마다 변화되는 상기 이동 정보를 근거로 상기 전파지도DB의 참조위치를 제거하는 것을 특징으로 하는 전파지도DB 로딩 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 단말의 이동 방향에 위치한 참조위치의 주변 노드 정보는 해당 참조위치의 주변에 위치한 참조위치의 번호, 거리, 및 각도를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파지도DB 로딩 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 주변에 위치한 참조위치는 미리 정해진 거리 이내에 존재하는 참조위치, 및 가장 가까운 거리에 존재하는 참조위치중에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전파지도DB 로딩 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 이동 정보는 상기 단말이 이전 위치에서 현재 위치까지 이동한 방향과 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파지도DB 로딩 방법.
  13. 단말의 이동에 따른 이동 정보 및 참조위치별 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB를 근거로 상기 단말이 움직이는 방향과 거리에 해당하는 지역의 전파지도DB를 로딩하는 전파지도DB 로딩부; 및
    상기 전파지도DB 로딩부에서 로딩되는 전파지도DB를 근거로 해당 단말의 위치를 추정하는 위치 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 전파지도DB 로딩부는,
    상기 단말이 이동함에 따라 상기 단말의 이전 위치와 추정된 최종 위치간의 차이를 근거로 상기 단말의 이동 정보를 계산해 내는 이동 정보 계산부; 및
    참조위치별 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB 및 상기 이동 정보 계산부에서 계산된 이동 정보를 근거로 상기 단말의 이동 방향에 위치한 참조위치의 주변 노드 정보를 포함하는 전파지도DB를 로드하는 로딩 수행부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 로딩 수행부는 상기 단말의 위치가 업데이트될 때마다 변화되는 상기 이동 정보를 근거로 상기 전파지도DB의 참조위치를 추가하여 로드하는 것을 특징으로 하는 단말장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 로딩 수행부는 상기 단말의 위치가 업데이트될 때마다 변화되는 상기 이동 정보를 근거로 상기 전파지도DB의 참조위치를 제거하는 것을 특징으로 하는 단말장치.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 단말의 이동 방향에 위치한 참조위치의 주변 노드 정보는 해당 참조위치의 주변에 위치한 참조위치의 번호, 거리, 및 각도를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 주변에 위치한 참조위치는 미리 정해진 거리 이내에 존재하는 참조위치, 및 가장 가까운 거리에 존재하는 참조위치중에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 단말장치.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 이동 정보는 상기 단말이 이전 위치에서 현재 위치까지 이동한 방향과 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치추정을 위한 단말장치.
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