KR20160024036A - 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치 및 그 방법 - Google Patents

무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR20160024036A
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Abstract

본 발명은 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치는, 상기 장애요인에 해당하는 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 및 송수신 거리를 변경시켜가면서 수신된 전파의 성능평가 측정지표에 대한 데이터를 측정하는 측정부; 복수의 상기 측정된 데이터를 이용하여 상기 콘크리트 블록 또는 철판의 두께에 대한 파라미터를 산출하는 파라미터 산출부; 상기 산출된 파리미터를 이용하여 상기 장애요인 별 성능평가 측정지표 예측모델을 모델링하는 모델링부; 및 상기 성능평가 측정지표 예측모델을 이용하여, 상기 장애요인인 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 별로 상기 송수신 거리에 따라 상기 성능평가 측정지표를 예측하는 성능평가 측정지표 예측부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 성능평가 측정지표 예측을 통해 장애물의 두께, 송수신 거리 및 장애물 타입의 정보만을 가지고 대규모 지역에서의 네트워크 구축시 시간과 비용을 절약할 수 있다. 또한, 성능평가 측정지표 예측모델을 통해 구축된 무선 네트워크의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR PREDICTING PERFORMANCE MEASURES OF WIRELESS COMMUNICATION AND METHOD THEREOF}
본 발명은 성능평가 측정지표 예측을 위한 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선통신의 수신 성능을 나타내는 측정지표를 예측하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 산업 전반에 걸쳐 언제 어디서나 존재한다는 뜻을 지닌 유비쿼터스 분야가 주목을 받고 있다. 유비쿼터스 시대가 주목을 받음으로 인해 건설분야 또한 고층화, 대형화, 복잡화됨에 따라 사용자들의 편의성과 효율성을 위한 자동화 시스템에 대해 많은 관심이 높아지고 있다.
그런데 아직까지 건설 현장에서는 물류개수 또는 인원 파악을 수작업에 의하고 있으며, 시공현장 계측 시에도 측정 데이터를 얻기 위해 많은 시간이 소비되고 있다. 따라서, 이로 인해 발생하는 불필요한 비용과 효율성 등이 문제점으로 제시되고 있으며, 이를 해결하기 위해 무선 통신의 도입에 힘이 실리고 있다.
최근 주목 받고 있는 무선 통신으로는 고속전송이 가능하고, 소비전력이 낮으며, 도청이 어렵고, 보안성이 우수하고, 정확한 위치 인식이 가능한 UWB(Ultra Wideband), 접촉하지 않고도 인식이 가능하며, 읽고 쓰는 기능이 존재하고, 데이터 처리 속도가 빠르고, 다수 태그의 동시에 인식이 가능하고, 반영구적인 RFID(Radio Frequency Identification) 그리고 저가격에 저전력으로 사용가능하고, 장애물의 방해 없이 사용 가능한 Bluetooth 등이 있다.
그리고 현재 가장 주목을 받고 있는 모듈로서는 ZigBee가 있다. ZigBee의 특징으로는 IEEE802.15.4 표준통신규약을 사용하고 있고 저가격, 저전력, 모듈간에 75m 정도의 근거리 무선통신이지만 네트워크 형태가 지원된다는 점이다. 또한, ZigBee는 Mesh 네트워크 형태에서 자기치료를 가능하게 하며, 자가 조직화가 가능한 네트워크를 제공하므로 수동 설정이 필요 없고, 안정된 무선네트워크를 구축할 수 있는 혁신 기술을 제공하고 있다. 이처럼 뛰어난 장점 덕분에 ZigBee는 최근에 U-Health, 모니터링, 홈 오토매틱 시스템 관리, 산업자동화, 물류관리 등에 적용되고 있다.
상기 언급된 여러 종류의 무선 통신 기술들이 여러 분야에 사용이 되고 있으나, 건설 장애물 또는 거리에 대한 영향을 고려하지 않은 무선 네트워크의 구축으로 인하여 무선 통신을 이용한 데이터 측정에 있어 많은 오류가 발생하고 있다. 그리고 이렇게 발생하는 오류로 인해 교량이나 빌딩 등의 건설분야에서 시설물의 정확한 진단과 예측이 어렵게 되며, 이에 따른 경제적, 물질적 손실이 야기되고 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제2014-0011270호(2014.01.28. 공개)에 기재되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 무선통신의 수신 성능을 나타내는 측정지표를 예측하기 위한 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 장애요인에 따른 전파 감쇠를 고려한 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치에 있어서, 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치는, 상기 장애요인에 해당하는 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 및 송수신 거리를 변경시켜가면서 수신된 전파의 성능평가 측정지표에 대한 데이터를 측정하는 측정부; 복수의 상기 측정된 데이터를 이용하여 상기 콘크리트 블록 또는 철판의 두께에 대한 파라미터를 산출하는 파라미터 산출부; 상기 산출된 파리미터를 이용하여 상기 장애요인 별 성능평가 측정지표 예측모델을 모델링하는 모델링부; 및 상기 성능평가 측정지표 예측모델을 이용하여, 상기 장애요인인 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 별로 상기 송수신 거리에 따라 상기 성능평가 측정지표를 예측하는 성능평가 측정지표 예측부를 포함한다.
또한, 상기 성능평가 측정지표는, 상기 수신된 전파의 수신신호강도지표(RSSI, Received Signal Strength Indicator), 링크 품질 지표(LQI, Link Quality Indicator) 및 패킷 전달율(PDR, Packet Delivery Ratio) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 파라미터 산출부는, 비선형 회귀분석, 보외법 및 보간법 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 파리미터를 예측할 수 있다.
또한, 상기 모델링부는, 다음의 성능평가 측정지표 산출식을 이용하여 성능평가 측정지표 예측모델을 모델링할 수 있다:
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
여기서,
Figure pat00004
은 RSSI 예측값,
Figure pat00005
는 LQI 예측값,
Figure pat00006
는 PDR 예측값이고, x는 상기 송수신 거리이고, a 및 b는 산출된 상기 콘크리트 블록 또는 철판의 두께에 관한 파라미터이다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 장애요인에 따른 전파 감쇠를 고려한 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치를 이용한 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 방법은, 상기 장애요인에 해당하는 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 및 송수신 거리를 변경시켜가면서 수신된 전파의 성능평가 측정지표에 대한 데이터를 측정하는 단계; 복수의 상기 측정된 데이터를 이용하여 상기 콘크리트 블록 또는 철판의 두께에 대한 파라미터를 산출하는 단계; 상기 산출된 파리미터를 이용하여 상기 장애요인 별 성능평가 측정지표 예측모델을 모델링하는 단계; 및 상기 성능평가 측정지표 예측모델을 이용하여, 상기 장애요인인 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 별로 상기 송수신 거리에 따라 상기 성능평가 측정지표를 예측하는 단계를 포함한다.
본 발명인 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치 및 그 방법에 따르면, 성능평가 측정지표 예측을 통해 장애물의 두께, 송수신 거리 및 장애물 타입의 정보만을 가지고 대규모 지역에서의 네트워크 구축시 시간과 비용을 절약할 수 있다. 또한, 성능평가 측정지표 예측모델을 통해 구축된 무선 네트워크의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 빌딩 건축 현장에 구축된 무선 네트워크를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치를 포함하는 전체 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 방법의 순서도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 측정부(310)에 의해 측정된 성능평가 측정지표 값을 콘크리트 블록 및 철판에 대하 각각 나타낸 그래프이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 블록에 대한 수정된 성능평가 측정지표에 관한 그래프이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 철판에 대한 수정된 성능평가 측정지표에 관한 그래프이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 보외, 보간법을 이용한 콘크리트 블록에 대한 RSSI a 및 b 의 예측값을 나타내는 그래프이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 모델링된 콘크리트 블록에 대한 성능평가 측정지표에 관한 그래프이다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 철판에 대한 성능평가 측정지표에 관한 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 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, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 빌딩 건축 현장에 구축된 무선 네트워크를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 나타낸 것처럼, 복수의 무선 센서(100)는 건설 중인 빌딩의 내부에 설치될 수 있으며, 복수의 무선 센서(100)는 해당 센서의 기능에 따라, 예를 들면 진동 센서의 경우에는 건물의 진동에 따른 진동값을, 온도 센서의 경우에는 센서가 설치된 지점의 온도값을 센싱한다. 그리고, 복수의 센서(100)에 의해 수집된 센싱값은 데이터 수신장치(200)로 전송된다.
여기서, 데이터 수신장치(200)는 도 1에 나타낸 것과 같이 복수의 무선 센서(100)와 같이 빌딩 내부에 설치될 수도 있으며, 빌딩 외부의 중앙 관제 센터 내에 설치될 수도 있다. 그 밖에, 복수의 무선 센서(100)는 빌딩 이외에도 교량, 플랜트 등에 설치되어 해당 건설 공법에 따른 필요한 데이터를 수집할 수 있다.
또한, 복수의 무선 센서(100)를 포함하는 무선 네트워크의 형태는 스타형, 메쉬형 및 클러스터형 중에서 하나를 포함하거나 하나 이상의 형태가 홉합될 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 20을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치를 포함하는 전체 시스템의 구성도이다.
도 2에 나타낸 것처럼, 본 발명에 따른 실시예에 따른 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치(300)는 데이터 수신장치(200)로 전송된 센싱값 및 관련 데이터를 이용하여 성능평가 측정지표를 예측한다.
여기서, 성능평가 측정지표 예측 장치(300)는 하드웨어 또는 본 발명에 따른 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 방법이 구현되도록 하는 소프트웨어를 이용하여 구현이 가능하며, 그 구현 형태로는 서버 형식이거나 휴대용 단말기, 즉 스마트폰, 태블릿PC 형태로 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치의 구성도이다.
도 3에 나타낸 것처럼, 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치(300)는 측정부(310), 파라미터 산출부(320), 모델링부(330) 및 성능평가 측정지표 예측부(340)를 포함한다.
측정부(310)는 장애요인에 해당하는 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 및 송수신 거리를 변경시켜가면서 수신된 전파의 성능평가 측정지표에 대한 데이터를 측정한다. 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 장애요인으로 콘크리트 블록 또는 철판이 열거되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 장애 요인은 복수의 무선 센서(100)와 데이터 수신장치(200) 사이에 존재할 수 있는 각종 건설 자제를 포함할 수 있다.
여기서, 콘크리트 블록 또는 철판의 두께는 복수의 센서(100)와 데이터 수신장치(200) 사이에 존재하는 콘크리트 블록의 개수 및 각도에 따라 다양하게 측정될 수 있다. 송수신 거리는 센서(100)와 데이터 수신장치(200) 사이의 거리를 뜻한다.
본 발명에 따른 하나의 실시예로서 성능평가 측정지표는 수신신호강도지표(RSSI, Received Signal Strength Indicator), 링크 품질 지표(LQI, Link Quality Indicator) 및 패킷 전달율(PDR, Packet Delivery Ratio)을 포함할 수 있다.
수신신호강도지표(RSSI)는 dBm 단위로 표현되며, 센서간의 수신되는 전력의 세기를 수치로 표현한 것으로서, 송수신단의 전력의 비로 정의된다. RSSI는 안테나, 회로내부의 이득이나 손실은 고려하지 않고 오직 데이터 수신장치(200)로 들어오는 신호 전력만을 고려하여 측정된다.
RSSI의 경우 경로 손실의 변화가 정확도에 미치는 영향은 측정 거리가 증가할수록 커지며, 실제 측정한 RSSI 값은 측정 장소의 주변 환경의 영향으로 인해서도 수신되는 신호의 세기가 변하므로 이론적 측면의 RSSI 값과 차이를 나타낸다.
링크 품질 지표(LQI)는 수신된 패킷의 신호세기(strength) 및 품질(quality)을 나타낸다. 그리고, 패킷 전달율(PDR)은 패킷이 센서(100)와 데이터 수신장치(200) 사이에서 손실되지 않고 전달되는 비율을 나타내며, 데이터 수신장치(200)에서 받은 패킷의 양을 센서에서 보낸 패킷의 양으로 나눈 비율을 뜻한다.
본 발명에 따른 실시예에 따라 사용되는 성능평가 측정지표는 센서(100)와 데이터 수신장치(200) 사이의 거리에 따른 데이터 감쇠 형태에 따라 다음 수학식 1 내지 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
여기서,
Figure pat00010
은 RSSI,
Figure pat00011
는 LQI,
Figure pat00012
는 PDR이고, x는 송수신 거리이고, a 및 b는 콘크리트 블록 또는 철판의 두께에 관한 파라미터이다.
수학식 1 내지 수학식 3을 참조하면, RSSI는 로그함수 형태이고, LQI 및 PDR은 지수함수 형태임을 알 수 있다. 그런데, x가 센서(100)와 데이터 수신장치(200) 사이의 거리이므로, 상기 성능평가 측정지표들은 x의 증가에 따라 감소할 것으로 예측된다. 따라서, 파라미터 a 는 마이너스 범위에서 형성되며 장애물의 종류 및 두께에 따라 정해지는 상수이다. 파라미터 b 또한 장애물의 종류 및 두께에 따라 정해질 수 있다.
파마미터 산출부(320)는 복수의 측정된 데이터를 이용하여 콘크리트 블록 또는 철판의 두께에 대한 파라미터를 산출한다. 파라미터 산출부(320)는 수학식 1 내지 수학식 3에서 측정 데이터를 이용하여 피팅을 수행하는데, 피팅 결과 자제의 두께가 두꺼워질수록 분산형태가 커짐으로 인해 두께에 대한 패턴을 파악하기가 난해해진다. 따라서 자제의 두께에 따른 정확한 패턴을 얻기 위해 파라미터 산출부(320)는 일정한 간격을 두어 Power함수 형태의 식을 사용해 그래프를 파라미터를 산출할 수 있다.
또한, 파라미터 산출부(320)는 표 1 및 표 2에 나타난 자제의 두께 이외에 대해서는 비선형 회귀분석, 보외법 및 보간법 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 파리미터를 예측할 수 있다.
회귀모형에 주어진 회귀식이 비선형 함수로 나타내어지는 경우를 비선형 회귀모형이라고 한다. 비선형 회귀분석의 종류에는 크게 2가지로 Gauss-Newton 알고리즘과 Levenberg-Marquardt 알고리즘이 있다. Gauss-Newton 알고리즘은 비선형 회귀분석에서 최소제곱 추정량을 구하기 위하여 사용되는 반복추정 방법들 중에서 가장 기본적인 것으로서 매 단계마다 모수에 대한 선형 함수로 근사화하여 선형회귀분석 방법으로 모수를 추정해 나가는 방법이다.
보외법이란 실험에서 이미 얻어진 둘 이상의 데이터를 알고, 그 데이터들의 추세를 통해 경향선을 연장시켜 미래의 값을 예측하는 방법이다. 추세식의 종류로는 선형, 지수, 다항식, 로지스틱 등이 있다.
보간법은 관측 또는 실험에서 얻은 데이터를 이용하여 원하는 결과를 도출하기 위해 자주 사용되는 방법이다. 또한 주어진 데이터를 가지고 실험을 통해 얻어지지 않은 점을 추정할 때 사용하는 방법이고 반드시 원본 데이터를 포함하기 때문에 내삽법이라고도 한다. 보간법의 종류로는 선형보간, 다항식 보간, 지수 보간, 스플라인 보간, 뉴튼 보간, lagrange 보간 등이 있다.
모델링부(330)는 산출된 파리미터를 이용하여 장애요인 별 성능평가 측정지표 예측모델을 모델링한다.
마지막으로, 성능평가 측정지표 예측부(340)는 성능평가 측정지표 예측 모델을 이용하여 장애요인인 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 별로 송수신 거리에 따라 성능평가 측정지표를 예측할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치를 이용한 성능평가 측정지표 예측 방법에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 방법의 순서도이다.
측정부(310)는 장애요인에 해당하는 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 및 송수신 거리를 변경시켜가면서 수신된 전파의 성능평가 측정지표에 대한 데이터를 측정한다(S410).
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 측정부(310)에 의해 측정된 성능평가 측정지표 값을 콘크리트 블록 및 철판에 대해 각각 나타낸 그래프이다.
도 5에 나타낸 것처럼, 콘크리트 블록의 경우 최대수신거리는 70m 정도이고, RSSI의 경우 콘크리트 블록의 두께가 12cm일 때 최대 -54dBm에서 두께 60cm에서는 최대 -65dBm으로 장애물이 없는 때보다 낮게 나타난다. LQI 의 경우 90% 이상인 거리가 25m 정도이며, 두께가 두꺼워질수록 추세의 형태가 완만한 곡선에서 직선 형태로 변한다. PDR의 경우 또한 LQI와 마찬가지로 두께가 두꺼워질수록 그래프의 형태가 직선으로 변하였고, 최대수신거리는 70m에서 57m로 감소하였다.
도 6에 나타낸 것처럼, 철판의 두께 1cm의 최대수신거리는 50m이고, 가장 두꺼운 10cm의 최대수신거리는 12m이다. 철판 장애물이 없는 경우와 비교해서 두께가 1cm인 경우 최대수신거리가 30m 정도 감소한다. RSSI의 경우 최대수신강도가 -60dBm으로 콘크리트 블록보다 낮게 나타난다. LQI의 경우 두께가 가장 얇을 때와 가장 두꺼울 때의 최대수신거리가 40m 넘게 발생한다. PDR의 경우 두께 8cm 이후부터는 최대수신율이 100% 받지 못하였고, 두께가 두꺼워질수록 경사가 급한 형태를 보인다.
도 5 및 도 6에서 Field data는 측정치를 의미하고, Fitting curve는 측정치에 대한 평균값을 의미한다.
다음으로 파마미터 산출부(320)는 복수의 측정된 데이터를 이용하여 콘크리트 블록 또는 철판의 두께에 대한 파라미터를 산출한다(S420). 상술한 바와 같이, 파라미터 산출부(320)는 피팅커브를 수정하면서 파라미터를 산출할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 블록에 대한 수정된 성능평가 측정지표에 관한 그래프이다.
도 7에 나타낸 것처럼, RSSI의 그래프는 패턴이 뚜렷이 보이는 로그함수 형태이다. 그리고 도 8 및 도 9에 나타낸 것처럼, LQI 및 PDR의 경우 콘크리트의 두께가 두꺼워질수록 그래프가 직선 형태로 나타난다.
도 7 내지 도 9에 따른 그래프를 이용하여 파라미터 산출부(320)가 산출한 파라미터를 표 1에 나타내었다.
Figure pat00013
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 철판에 대한 수정된 성능평가 측정지표에 관한 그래프이다.
도 10에 나타낸 것처럼, 철판에 관한 RSSI의 그래프는 콘크리트 블록과 유사하게 패턴이 뚜렷이 보이는 로그함수 형태이다. 그리고 도 11 및 도 12에 나타낸 것처럼, LQI 및 PDR의 경우 철판의 두께가 5m 이상인 경우 그래프가 뚜렷한 패턴을 나타내지 못한다.
도 10 내지 도 12에 따른 그래프를 이용하여 파라미터 산출부(320)가 산출한 파라미터를 표 2에 나타내었다.
Figure pat00014
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 보외, 보간법을 이용한 콘크리트 블록에 대한 RSSI a 및 b 의 예측값을 나타내는 그래프이다.
도 13 및 도 14에 나타낸 것처럼, 보외, 보간법을 이용하면 다양한 두께의 콘크리트 블록 및 철판에 대한 성능평가 측정지표에 관한 파라미터를 예측할 수 있다.
다음으로, 모델링부(330)는 산출된 파리미터를 이용하여 장애요인 별 성능평가 측정지표 예측모델을 모델링한다(S430).
마지막으로, 성능평가 측정지표 예측부(340)는 성능평가 측정지표 예측 모델을 이용하여 장애요인인 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 별로 송수신 거리에 따라 성능평가 측정지표를 예측할 수 있다(S440).
본 발명의 실시예에 따라 모델링된 콘크리트 및 철판에 대한 성능평가 측정지표 예측모델을 그래프로 도시하면 다음과 같다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 모델링된 콘크리트 블록에 대한 성능평가 측정지표에 관한 그래프이다.
도 15 내지 도 17에 나타낸 것처럼, RSSI 값은 두께 12cm~180cm까지 나타내었다, 두께가 두꺼워질수록 RSSI의 값은 낮아져서 180cm가 되었을 때 유효수신거리가 8m정도로 두께 12cm의 유효수신거리 80m에 비해 상당히 감소하며, 정확한 패턴을 가지고 감소한다.
LQI 값의 경우, 두께가 두꺼워지고 그래프의 경사가 급해짐에 따라 유효수신거리가 두께 12cm의 경우 80m에서 두께 180cm에서는 4m로 감소하였다.
PDR의 경우 두께 12cm의 경우 비교적 완만한 곡선을 그리며 유효수신거리 75m까지 감소하였다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 철판에 대한 성능평가 측정지표에 관한 그래프이다.
도 18 내지 도 20에 나타낸 것처럼, RSSI 측정값은 두께 1cm의 경우 -66dBm에서 -92dBm으로 로그 형태로 수렴하여 유효수신거리가 73m 정도로 나타난다. RSSI의 경우 정확한 패턴을 가지고 두께가 증가할수록 RSSI 값이 감소하는 형태로 나타남을 알 수 있다.
LQI의 경우 두께 1cm의 경우, LQI 100%, 유효수신거리는 66m이다. 하지만 두께가 두꺼워질수록 LQI는 감소하여 센서간의 거리가 0m인 경우에도 두께가 가장 두꺼운 20cm일 때 77% 정도이며, 유효수신거리는 3m까지 감소한다.
PDR의 경우 LQI와 마찬가지로 두께가 가장 얇은 1cm의 경우 100%의 높은 수신율을 보이다가 두께가 점차 두꺼워져 두께가 가장 두꺼운 20cm가 되었을 때는 수신율이 62%로 나타난다. 유효수신거리 또한 점차 감소하여 50m에서 3m로 변하였다. 철판의 경우에도 콘크리트 블록과 마찬가지로 두께가 두꺼워질수록 수신율이 점차 감소하는 정확한 패턴이 나타난다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치 및 그 방법에 따르면, 성능평가 측정지표 예측을 통해 장애물의 두께, 송수신 거리 및 장애물 타입의 정보만을 가지고 대규모 지역에서의 네트워크 구축시 시간과 비용을 절약할 수 있다. 또한, 성능평가 측정지표 예측모델을 통해 구축된 무선 네트워크의 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함한다. 이 기록매체는 지금까지 설명한 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 매체의 예에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 또는 이러한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100: 복수의 센서, 200: 데이터 수신장치,
300: 성능평가 측정지표 예측 장치, 310: 측정부,
320: 파라미터 산출부, 330: 모델링부,
340: 성능평가 측정지표 예측부

Claims (8)

  1. 장애요인에 따른 전파 감쇠를 고려한 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치에 있어서,
    상기 장애요인에 해당하는 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 및 송수신 거리를 변경시켜가면서 수신된 전파의 성능평가 측정지표에 대한 데이터를 측정하는 측정부;
    복수의 상기 측정된 데이터를 이용하여 상기 콘크리트 블록 또는 철판의 두께에 대한 파라미터를 산출하는 파라미터 산출부;
    상기 산출된 파리미터를 이용하여 상기 장애요인 별 성능평가 측정지표 예측모델을 모델링하는 모델링부; 및
    상기 성능평가 측정지표 예측모델을 이용하여, 상기 장애요인인 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 별로 상기 송수신 거리에 따라 상기 성능평가 측정지표를 예측하는 성능평가 측정지표 예측부를 포함하는 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성능평가 측정지표는,
    상기 수신된 전파의 수신신호강도지표(RSSI, Received Signal Strength Indicator), 링크 품질 지표(LQI, Link Quality Indicator) 및 패킷 전달율(PDR, Packet Delivery Ratio) 중에서 적어도 하나를 포함하는 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 파라미터 산출부는,
    비선형 회귀분석, 보외법 및 보간법 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 파리미터를 예측하는 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모델링부는,
    다음의 성능평가 측정지표 산출식을 이용하여 성능평가 측정지표 예측모델을 모델링하는 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치:
    Figure pat00015

    Figure pat00016

    Figure pat00017

    여기서,
    Figure pat00018
    은 RSSI 예측값,
    Figure pat00019
    는 LQI 예측값,
    Figure pat00020
    는 PDR 예측값이고, x는 상기 송수신 거리이고, a 및 b는 산출된 상기 콘크리트 블록 또는 철판의 두께에 관한 파라미터이다.
  5. 장애요인에 따른 전파 감쇠를 고려한 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 장치를 이용한 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 방법에 있어서,
    상기 장애요인에 해당하는 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 및 송수신 거리를 변경시켜가면서 수신된 전파의 성능평가 측정지표에 대한 데이터를 측정하는 단계;
    복수의 상기 측정된 데이터를 이용하여 상기 콘크리트 블록 또는 철판의 두께에 대한 파라미터를 산출하는 단계;
    상기 산출된 파리미터를 이용하여 상기 장애요인 별 성능평가 측정지표 예측모델을 모델링하는 단계; 및
    상기 성능평가 측정지표 예측모델을 이용하여, 상기 장애요인인 콘크리트 블록 또는 철판의 두께 별로 상기 송수신 거리에 따라 상기 성능평가 측정지표를 예측하는 단계를 포함하는 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 성능평가 측정지표는,
    상기 수신된 전파의 수신신호강도지표(RSSI, Received Signal Strength Indicator), 링크 품질 지표(LQI, Link Quality Indicator) 및 패킷 전달율(PDR, Packet Delivery Ratio) 중에서 적어도 하나를 포함하는 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파라미터를 산출하는 단계는,
    비선형 회귀분석, 보외법 및 보간법 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 파리미터를 예측하는 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모델링하는 단계는,
    다음의 성능평가 측정지표 산출식을 이용하여 성능평가 측정지표 예측모델을 모델링하는 무선통신의 성능평가 측정지표 예측 방법:
    Figure pat00021

    Figure pat00022

    Figure pat00023

    여기서,
    Figure pat00024
    은 RSSI 예측값,
    Figure pat00025
    는 LQI 예측값,
    Figure pat00026
    는 PDR 예측값이고, x는 상기 송수신 거리이고, a 및 b는 산출된 상기 콘크리트 블록 또는 철판의 두께에 관한 파라미터이다.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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