KR20180083095A - Indoor positioning method and system using RSSI in beacon - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비콘(Beacon)의 RSSI를 이용한 실내 위치 측정기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2차원 평면상에서 이동하는 개체의 실시간 위치를 추정하는 삼각측량법을 이용한 측위 기술에 관한 것이다. The present invention relates to an indoor positioning technique using beacon RSSI, and more particularly to a positioning technique using a triangulation method for estimating a real-time position of an entity moving on a two-dimensional plane.
최근 스마트 기기의 발전으로 인하여, 모바일 단말을 이용하여 위치를 측정하는 측위 기술이 GPS 및 와이파이 등을 이용하는 형태로 제공되고 있다. Recently, due to the development of smart devices, positioning technology for measuring the position using a mobile terminal has been provided by using GPS and Wi-Fi.
GPS(Global Positioning System)는 대표적인 위치 측정 방식으로, 이 방식은 높은 전력을 소모하며, 정확한 위치 추정을 위해 고가의 장치를 필요로 한다. 또한 GPS는 위성신호를 받지 못하는 실내에서는 정확히 작동하지 않는다는 단점이 있다. GPS (Global Positioning System) is a typical position measurement method, which consumes high power and requires an expensive device for accurate position estimation. In addition, GPS has a disadvantage in that it does not operate correctly in an indoor area where satellite signals are not received.
최근, 애플이 iBeacon을 공개하며 실내 측위(Indoor Positioning)에 대한 관심이 부쩍 늘어났다. 또한, 요즘 규모가 큰 건축물이 활발히 건축됨에 따라 실내위치기반서비스의 수요가 확대되고 있는 추세이다. 예를 들어, 넓은 건물 안에서 원하는 매장을 찾기 어려워진 고객에게 길안내가 필요해졌고, 이에 따라 실내위치를 기반으로 한 서비스가 요구되고 있다. Recently, Apple has released iBeacon and its interest in Indoor Positioning has increased. In addition, the demand for indoor location-based services is expanding due to the active construction of large-scale buildings these days. For example, it has become necessary to provide guidance to customers who have difficulty in finding a desired store in a large building, and accordingly a service based on indoor location is required.
무선 센서 네트워크에서 노드의 위치를 추정하는 기법은 거리 기반 기법과 비거리 기반 기법으로 나눌 수 있다. 거리 기반 위치측정 방식으로는 GPS를 이용한 위치측정 방식, 모바일 단말로부터의 송신/수신 신호 전파 도달 시각의 상대적인 차이를 이용하는 TDOA(Time Difference Of Arrival) 방식, 전파 도달시간을 이용하는 TOA(Time Of Arrival) 방식과, 수신된 신호의 도래각을 측정하여 신호의 방향을 찾아내어 이용하는 AOA(Angle of Arrival) 방식 등이 있다.The method of estimating node location in wireless sensor network can be divided into distance - based and distance - based methods. The distance-based positioning method includes a position measurement method using GPS, a Time Difference Of Arrival (TDOA) method using a relative difference between arrival times of transmission / reception signal propagation from a mobile terminal, a Time Of Arrival (TOA) And an AOA (Angle of Arrival) method in which the direction of the received signal is measured to find the direction of the signal.
한편, BLE(Bluetooth Low Energy), 지그비(Zigbee), 그리고 와이파이(Wi-Fi) 등의 비콘(Beacon) 신호를 이용한 거리기반 실내 위치 측정 방식은 낮은 소비 전력으로 간단하게 구현 가능한 장점이 있으며, 이 방식들은 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 신호를 이용하여 위치를 측정하게 된다. 이때, RSSI는 신호의 난반사, 장애물, 페이딩 등의 요인으로 오차가 발생할 수 있는 문제점이 있다. On the other hand, the distance-based indoor positioning method using beacon signals such as Bluetooth low energy (BLE), Zigbee, and Wi-Fi has advantages that it can be implemented simply with low power consumption, The methods use a Received Signal Strength Indicator (RSSI) signal to measure the position. At this time, the RSSI has a problem that an error may occur due to factors such as irregular reflection of signals, obstacles, fading, and the like.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 비콘의 RSSI를 이용하여 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)를 추정함으로써, 모바일 단말의 거리 측정의 정확도를 향상시킬 수 있는 실내 측위 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an indoor positioning system capable of improving the accuracy of distance measurement of a mobile terminal by estimating a path-loss exponent using RSSI of a beacon. And a method thereof.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실내에 배치된 넷 이상의 비콘 노드들과, 모바일 단말을 포함하는 실내 측위 시스템에서의 실내 측위 방법에서, 상기 비콘 노드들 중에서 상기 모바일 단말과 가장 가까운 제1 비콘 노드에서 비콘 신호를 송신하는 단계, 상기 제1 비콘 노드는 자신을 제외한 세 비콘 노드로부터 수신한 신호의 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 각각 측정하는 단계, 상기 제1 비콘 노드에서 상기 세 개의 RSSI 신호를 이용하여 각 비콘 노드와 자신 사이의 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)들을 각각 추정하는 단계, 상기 모바일 단말은 추정된 각 패스 로스 익스포넌트를 이용하여 상기 제1 비콘 노드를 제외한 나머지 세 비콘 노드와의 거리를 추정하는 단계, 상기 모바일 단말은 추정된 상기 세 비콘 노드와의 거리를 기반으로 삼각 측량법을 이용하여 현재 위치를 추정하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, there is provided an indoor positioning method in an indoor positioning system including at least four beacon nodes and at least one beacon node, Transmitting a beacon signal at a first beacon node, measuring a received signal strength indicator (RSSI) of a signal received from three beacon nodes except for the first beacon node, Estimating path-loss exponents between each beacon node and each of the beacon nodes using the estimated path loss exponents, using the estimated path loss exponents, Estimating a distance from the node to the mobile station based on the distance from the estimated three beacon nodes, Using each cheukryangbeop comprises the step of estimating the current position.
상기 비콘 노드들이 출력하는 신호를 측정하여, 신호 세기가 클수록 상기 모바일 단말과 비콘 노드 사이의 거리가 가까운 것으로 판단할 수 있다. The signal output from the beacon nodes is measured and it can be determined that the distance between the mobile terminal and the beacon node is closer as the signal strength increases.
상기 모바일 단말이 상기 제1 비콘 노드의 신호 세기가 가장 높게 측정되는 영역을 벗어나면, 출력되는 신호 세기가 가장 높은 비콘 노드인 제2 비콘 노드에서 자신을 제외한 세 비콘 노드로부터 수신한 신호의 RSSI를 각각 측정하고, 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)들을 각각 추정할 수 있다. If the mobile terminal is out of the region where the signal strength of the first beacon node is highest, the RSSI of the signal received from the three beacon nodes except for the second beacon node, which is the beacon node having the highest signal strength, Respectively, and estimate path-loss exponents, respectively.
본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 시스템은 실내에 상호 이격되어 배치된 넷 이상의 비콘 노드들 및 상기 비콘 노드들이 배치된 실내에 위치하여 상기 비콘 노드들로부터 비콘 신호를 수신하는 모바일 단말을 포함한다. The indoor positioning system according to an embodiment of the present invention includes at least four beacon nodes spaced apart from each other in a room and a mobile terminal located in a room where the beacon nodes are arranged and receiving a beacon signal from the beacon nodes .
본 발명에서 상기 비콘 노드들 중에서 상기 모바일 단말과 가장 가까운 제1 비콘 노드에서 비콘 신호를 송신하고, 상기 제1 비콘 노드는 자신을 제외한 세 비콘 노드로부터 수신한 신호의 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 각각 측정하고, 상기 세 개의 RSSI 신호를 이용하여 각 비콘 노드와 자신 사이의 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)들을 각각 추정하며, 상기 모바일 단말은 추정된 각 패스 로스 익스포넌트를 이용하여 상기 제1 비콘 노드를 제외한 나머지 세 비콘 노드와의 거리를 추정하고, 추정된 상기 세 비콘 노드와의 거리를 기반으로 삼각 측량법을 이용하여 현재 위치를 추정한다. In the present invention, a beacon signal is transmitted from a first beacon node closest to the mobile terminal among the beacon nodes, and the first beacon node transmits a Received Signal Strength Indicator (RSSI) of a signal received from three beacon nodes except for itself Estimates path-loss exponents between each beacon node and itself using the three RSSI signals, and the mobile terminal estimates each path loss exponent between each beacon node and itself using the estimated RSSI signals, Estimates the distance from the three beacon nodes except for one beacon node, and estimates the current position using the triangulation method based on the estimated distance from the three beacon nodes.
비콘 노드들이 출력하는 신호를 측정하여, 신호 세기가 클수록 상기 모바일 단말과 비콘 노드 사이의 거리가 가까운 것으로 판단할 수 있다.The signal output from the beacon nodes may be measured to determine that the distance between the mobile terminal and the beacon node is closer as the signal strength increases.
상기 모바일 단말이 상기 제1 비콘 노드의 신호 세기가 가장 높게 측정되는 영역을 벗어나면, 출력되는 신호 세기가 가장 높은 비콘 노드인 제2 비콘 노드에서 자신을 제외한 세 비콘 노드로부터 수신한 신호의 RSSI를 각각 측정하고, 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)들을 각각 추정할 수 있다.If the mobile terminal is out of the region where the signal strength of the first beacon node is highest, the RSSI of the signal received from the three beacon nodes except for the second beacon node, which is the beacon node having the highest signal strength, Respectively, and estimate path-loss exponents, respectively.
본 발명에 의하면, 각각의 비콘 노드와 모바일 단말 간의 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)를 개별적으로 추정함으로써, RSSI의 정확도가 높아지며, 이에 따라 비콘과 단말 간의 거리측정에서의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명은 각 비콘과의 거리 차이를 고려하지 않은 평균값을 이용하는 대신, 가장 가까운 비콘 노드에서 추정된 패스 로스 익스포넌트 값을 바탕으로, 단말과 각 비콘 간의 정확한 거리를 이용하여 위치를 추정함으로써, 실내 측위의 오차를 줄여서, 정확도를 향상시킨다. According to the present invention, by individually estimating the path-loss exponent between each beacon node and the mobile terminal, the accuracy of the RSSI is increased, thereby improving the accuracy in the distance measurement between the beacon and the terminal There is an effect. That is, instead of using an average value that does not consider a distance difference from each beacon, the present invention estimates the position using the accurate distance between the terminal and each beacon based on the value of the path loss expres- sion estimated at the nearest beacon node , The error of the indoor positioning is reduced, and the accuracy is improved.
또한, 본 발명은 미리 추정되어 계산된 패스 로스 익스포넌트 값을 이용하여 거리를 추정할 수 있고, 실시간으로 패스 로스 익스포넌트를 측정하여 이를 사용할 수도 있기 때문에, 신호의 난반사, 페이딩, 장애물 등에 의한 거리 추정의 오차를 줄일 수 있는 장점이 있다. 그리고, 모바일 단말의 위치에 따라 적용할 패스 로스 익스포넌트를 동적으로 변경하여 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다. Also, since the present invention can estimate the distance using the previously estimated path loss exponent value and measure the pass loss exponent in real time, it is possible to measure the distance by the irregular reflection, fading, There is an advantage that the estimation error can be reduced. In addition, there is an effect of increasing the accuracy by dynamically changing the pass-through exponent to be applied according to the position of the mobile terminal.
도 1은 패스 로스 익스포넌트 추정 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 시스템에서 패스 로스 익스포넌트 추정 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 공간에서의 비콘과 모바일 단말의 배치를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실내 측위 시스템에서 패스 로스 익스포넌트 추정 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 방법을 보여주는 흐름도이다. 1 is an exemplary diagram for explaining a pass-through exponent estimation method.
2 is an exemplary diagram illustrating a method of estimating a path loss exponent in an indoor positioning system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an arrangement of beacons and mobile terminals in an indoor space according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary diagram illustrating a method of estimating a path loss exponent in an indoor positioning system according to another embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating an indoor positioning method according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
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.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
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 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless expressly defined in the present application Do not.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description of the present invention with reference to the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
본 발명은 비콘(Beacon)의 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 이용한 실내 위치 측정 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2차원 평면상에서 이동하는 개체의 실시간 위치를 추정하는 삼각측량법을 이용한 측위 기술에 관한 것이다. 본 발명에서 삼각측량법을 이용하기 위해서는 모바일 단말로부터의 세 개의 비콘까지의 거리가 필요한데, 정확한 계산을 위하여, 모바일 단말로부터 세 개의 비콘까지의 정확한 거리 추정이 요구된다. 본 발명은 RSSI를 이용하여 모바일 단말에서 비콘까지의 정확한 거리를 추정하는 방법을 제안한다.BACKGROUND OF THE
Simplified Path Loss 모델에서 비콘 신호의 수신파워는 
도 1은 패스 로스 익스포넌트 추정 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 1 is an exemplary diagram for explaining a pass-through exponent estimation method.
도 1을 참조하면, 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)를 이용한 추정을 통한 측위 방식은, 네 개의 비콘 노드가 있을 때, 모바일 단말(Mobile device)과 가장 가까운 비콘 노드가 신호를 전송하고, 나머지 세 개의 비콘 노드가 이를 수신하여 가장 가까운 비콘 노드와 나머지 비콘 노드들 사이의 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)를 각각 추정한다. 이는 비콘 노드들 사이의 거리를 미리 알고 있는 경우에 가능하다. 그리고, 추정된 패스 로스 익스포넌트들의 평균값을 계산한다. 그리고, 모바일 단말에서 가장 가까운 비콘 노드와 모바일 단말 사이의 거리를 추정함에 있어서, 둘 사이의 RSSI와 앞서 계산된 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)들의 평균값을 이용한다. 이 방식은 모바일 단말에서 가장 가까운 비콘 노드와 모바일 단말 사이의 거리를 추정함에 있어서, 나머지 비콘 단말들에서 측정된 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent) 값들의 평균값을 이용하기 때문에 모바일 단말의 정확한 거리 추정을 할 수 없다.Referring to FIG. 1, when a beacon node having four beacon nodes transmits a signal, the beacon node closest to the mobile device transmits a signal, The remaining three beacon nodes receive it and estimate the path-loss exponent between the closest beacon node and the remaining beacon nodes, respectively. This is possible if the distance between beacon nodes is known in advance. Then, the average value of the estimated pass-loss exponents is calculated. In estimating the distance between the beacon node closest to the mobile terminal and the mobile terminal, an average value of the RSSI between the two and the path-loss exponents calculated above is used. In this method, since the average value of the path-loss exponent values measured in the remaining beacon terminals is used in estimating the distance between the beacon node closest to the mobile terminal and the mobile terminal, Estimation can not be made.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 시스템에서 패스 로스 익스포넌트 추정 방법을 설명하기 위한 예시도이다.2 is an exemplary diagram illustrating a method of estimating a path loss exponent in an indoor positioning system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 시스템은 모바일 단말(Mobile device)(100)과, 비콘(beacon) 노드(1, 2, 3, 4)를 포함한다. Referring to FIG. 2, an indoor positioning system according to an embodiment of the present invention includes a
비콘(beacon) 노드(1, 2, 3, 4)들은 실내에 상호 이격되어 배치된다. The
모바일 단말(100)은 비콘 노드들(1, 2, 3, 4)이 배치된 실내에 위치하여 비콘 노드들로부터 비콘 신호를 수신한다. The
비콘 노드들(1, 2, 3, 4) 중에서 모바일 단말(100)과 가장 가까운 비콘 노드0(1)에서 비콘 신호를 송신하고, 비콘 노드0(1)은 자신을 제외한 세 비콘 노드(2, 3, 4)로부터 수신한 신호의 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 각각 측정하고, 세 개의 RSSI 신호를 이용하여 각 비콘 노드와 자신 사이의 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)(γ10, γ20, γ30)들을 각각 추정한다. The beacon node 0 (1) transmits a beacon signal to the beacon node 0 (1) closest to the
모바일 단말(100)은 추정된 각 패스 로스 익스포넌트를 이용하여 비콘 노드0(1)를 제외한 나머지 세 비콘 노드(2, 3, 4)와의 거리(dm1, dm2, dm3)를 추정하고, 추정된 세 비콘 노드(2, 3, 4)와의 거리를 기반으로 삼각 측량법을 이용하여 현재 위치를 추정한다. The
본 발명에서 비콘 노드들이 출력하는 신호를 측정하여, 신호 세기가 클수록 모바일 단말(100)과 비콘 노드 사이의 거리가 가까운 것으로 판단할 수 있다.In the present invention, the signal output from the beacon nodes is measured, and it can be determined that the distance between the
도 2에서 비콘의 신호 전송 세기가 이미 정해져 있다면, Simplified Path Loss 모델에서 모바일 단말(100)이 수신하는 신호의 파워는 다음 수학식으로 나타낼 수 있다. 2, if the signal transmission intensity of the beacon is already determined, the power of the signal received by the
이때, 거리 d는 
그리고, 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent) γ는 다음 수학식으로 나타낼 수 있다. And the path-loss exponent γ can be expressed by the following equation.
본 발명에서는 각 비콘으로부터 수신한 RSSI를 이용하여 γ를 계산할 수 있다. 즉, 공간상에 4개 이상의 비콘이 있을 때, 모바일 단말(100)과 가장 가까운 비콘은 나머지 세 개의 비콘으로부터 신호를 전송받고, 이를 이용하여 각 비콘과 자기 자신 사이의 패스 로스 익스포넌트들을 각각 추정한다.In the present invention,? Can be calculated using the RSSI received from each beacon. That is, when there are four or more beacons in the space, the beacon nearest to the
그리고, 모바일 단말(100)은 추정된 각각의 패스 로스 익스포넌트를 이용하여 자신과 가장 가까운 비콘을 제외한 나머지 세 개의 비콘과의 거리를 추정한다. Then, the
그 후, 삼각 측량법을 이용하여 모바일 단말(100)의 정확한 위치를 추정할 수 있다.Thereafter, the accurate position of the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 공간에서의 비콘과 모바일 단말의 배치를 예시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating an arrangement of beacons and mobile terminals in an indoor space according to an embodiment of the present invention.
도 3과 같이 실내 공간에 비콘이 배치되어있다고 가정하자. 이때, 모바일 단말(100)과 가장 가까운 비콘(1)은 자신을 제외한 세 비콘(2, 3, 4)으로부터 수신한 신호의 RSSI를 측정하고, 이를 바탕으로 각 비콘신호의 패스 로스 익스포넌트들을 각각 추정한다. Assume that a beacon is arranged in an indoor space as shown in FIG. At this time, the
도 3에서 붉은 색 영역은 비콘 노드1의 신호세기가 가장 높게 측정되는 영역이다. 만약 모바일 단말(100)이 붉은 색 영역을 벗어나게 되면, 모바일 단말(100)은 신호의 세기가 가장 높게 측정 되는 다른 비콘 노드에서 추정된 패스 로스 익스포넌트들을 이용하여 위치를 측정한다. In FIG. 3, the red region is the region where the
예를 들면, 모바일 단말(100)과 가장 가까운 비콘 노드1이 비콘 노드2, 3, 4의 RSSI를 측정하고, 이를 바탕으로 비콘 노드2, 3, 4에서 비콘 노드1로 전송하는 신호의 패스 로스 익스포넌트들을 추정한다. 측정된 세 개의 패스 로스 익스포넌트를 이용하여 모바일 단말(100)은 자신과 비콘 노드2, 3, 4와의 정확한 거리를 알 수 있고, 삼각측량법을 이용하여 자신의 위치를 추정할 수 있다. 만약 모바일 단말(100)이 비콘 노드2와 가장 가까워진다면 위와 같은 방식으로 비콘 노드2는 주변 세 개의 비콘 노드의 신호를 전송받아 각 비콘 신호의 패스 로스 익스포넌트값을 추정하고, 모바일 단말(100)은 이를 이용하여 자신의 위치를 추정하게 된다. 즉, 어떠한 비콘 노드와 가까이 있느냐에 따라, 이용되는 패스 로스 익스포넌트값이 달라지게 된다. For example, if a
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실내 측위 시스템에서 패스 로스 익스포넌트 추정 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 4 is an exemplary diagram illustrating a method of estimating a path loss exponent in an indoor positioning system according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 만약 모바일 단말(100)이 비콘 노드1(2)에 가까운 경우, 비콘 노드1(2)에서 측정한 패스 로스 익스포넌트들을 수신하여 사용할 수도 있고, 모바일 단말(100)이 사전에 비콘 노드1(20)에 최대한 접근하여 패스 로스 익스포넌트들을 측정할 수도 있다.4, if the
본 발명은 각 비콘과의 거리 차이를 고려하지 않은 평균값을 이용하는 대신, 가장 가까운 비콘 노드에서 추정된 패스 로스 익스포넌트값을 바탕으로 단말과 각 비콘 노드 간의 정확한 거리를 이용하여 위치를 추정함으로써, 실내 측위의 오차를 줄이고, 정확도를 높인다.The present invention estimates the position using the accurate distance between the terminal and each beacon node based on the estimated value of the path loss expres- sion at the nearest beacon node instead of using the mean value without considering the difference in distance from each beacon, Reduce positioning error and increase accuracy.
또한, 본 발명은 미리 추정되어 계산된 패스 로스 익스포넌트 값을 이용하여 거리를 추정할 수 있고, 실시간으로 패스 로스 익스포넌트를 측정하여 사용할 수도 있다. 따라서, 신호의 난반사, 페이딩, 장애물 등에 의한 거리 추정의 오차를 줄일 수 있다. In addition, the present invention can estimate a distance using a previously estimated path loss exponent value, and measure and use a pass loss exponent in real time. Therefore, it is possible to reduce an error in distance estimation due to irregular reflection, fading, obstacles, etc. of the signal.
그리고, 본 발명은 모바일 단말의 위치에 따라 적용할 패스 로스 익스포넌트를 동적으로 변경하여 정확도를 높일 수 있다.The present invention can increase the accuracy by dynamically changing the pass-through exponent to be applied according to the position of the mobile terminal.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 측위 방법을 보여주는 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating an indoor positioning method according to an embodiment of the present invention.
도 5는 실내에 배치된 넷 이상의 비콘 노드들과, 모바일 단말을 포함하는 실내 측위 시스템에서의 실내 측위 방법에 대한 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating an indoor positioning method in an indoor positioning system including a mobile terminal and four or more beacon nodes disposed in a room.
도 5를 참조하면, 비콘 노드들 중에서 모바일 단말(100)과 가장 가까운 제1 비콘 노드에서 비콘 신호를 송신한다(S510).Referring to FIG. 5, a beacon signal is transmitted from a first beacon node closest to the
그리고, 제1 비콘 노드는 자신을 제외한 세 비콘 노드로부터 수신한 신호의 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 각각 측정하고, 세 개의 RSSI 신호를 이용하여 각 비콘 노드와 자신 사이의 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)들을 각각 추정한다(S250). The first beacon node measures a RSSI (Received Signal Strength Indicator) of a signal received from three beacon nodes except for itself, and uses the three RSSI signals to calculate a pathloss exponent between each beacon node and itself -loss exponents are estimated (S250).
그리고, 모바일 단말(100)은 추정된 각 패스 로스 익스포넌트를 이용하여 제1 비콘 노드를 제외한 나머지 세 비콘 노드와의 거리를 추정한다(S530). Then, the
그리고, 모바일 단말(100)은 추정된 세 비콘 노드와의 거리를 기반으로 삼각 측량법을 이용하여 현재 위치를 추정한다(S540). Then, the
본 발명에서 비콘 노드들이 출력하는 신호를 측정하여, 신호 세기가 클수록 모바일 단말(100)과 비콘 노드 사이의 거리가 가까운 것으로 판단할 수 있다. In the present invention, the signal output from the beacon nodes is measured, and it can be determined that the distance between the
실내측위 기술의 활용분야에서, 측위 기술의 정확도는 무엇보다 중요하며, 정확도 높은 실내 측위 기술을 활용할 수 있는 분야는 무궁무진하다. 실내 측위기술은 요즈음 규모가 큰 건축물이 활발히 건축됨에 따라 수요가 늘어나고 있는 상황이다. 규모가 큰 쇼핑몰이나, 공항 등의 건축물 실내에서, 단지 지도를 활용한 길 찾기보다는 무선 센서네트워크를 이용한 실내 위치 측정을 통하여 길 찾기를 수행함으로써, 보다 수월하게 길을 찾을 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 대형 쇼핑몰에 위치한 특정 상품을 구입할 수 있는 점포 찾기 등에도 이용할 수 있고, 더 나아가 정확한 실내측위 기술을 실내 네비게이션 개발에 활용 가능하다.In the field of application of indoor positioning technology, accuracy of positioning technology is more important than anything, and there are many fields that can utilize accurate indoor positioning technology. The demand for indoor positioning technology is increasing due to the recent construction of large scale buildings. In a large shopping mall or a building such as an airport, it is easier to find a route by performing a route search through indoor location measurement using a wireless sensor network rather than simply using a map. In addition, the present invention can be used for finding a shop where a specific commodity located in a large shopping mall can be purchased, and further, an accurate indoor positioning technique can be utilized for indoor navigation development.
본 발명은 단지 생활에의 편리함뿐만 아니라 산업현장에서의 안전 확보에도 활용할 수 있다. 예를 들어, 공장, 건설 현장 등의 위험요소가 많은 지역에서, 모바일 단말의 사용자가 위험구역이나 위험요소에 근접하였을 때 위치를 측정하여 위험경고를 알릴 수 있다. The present invention can be utilized not only for convenience in life, but also for securing safety in an industrial field. For example, in areas where there are many risk factors such as factories, construction sites, users of mobile terminals can be alerted by measuring their location when they are near dangerous areas or dangerous areas.
또한, 본 발명의 정확도 높은 측위 기술은 실내 주차장 내에서도 사용할 수 있다. 즉, 모바일 단말 사용자는 주차장 내에서 주차된 차량의 위치나 구역의 번호를 기억할 필요 없이, 주차 시 저장 된 차량의 위치와 모바일 단말의 측위 프로그램을 이용하여 쉽게 차량이 주차된 위치를 파악할 수 있다. 또한, 실내 주차장의 빈 주차공간을 찾는 것에도 도움이 될 수 있으며, 로스 익스포넌트(loss exponent)를 동적으로 변경하여 정확도를 높일 수 있다.Further, the highly accurate positioning technique of the present invention can be used in an indoor parking lot. That is, the user of the mobile terminal can easily grasp the parked position of the vehicle using the position of the vehicle stored at the time of parking and the positioning program of the mobile terminal without having to memorize the position or the number of the parked vehicle in the parking lot. It can also help in finding free parking spaces in indoor parking, and can improve accuracy by dynamically changing loss exponents.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.While the present invention has been described with reference to several preferred embodiments, these embodiments are illustrative and not restrictive. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit of the invention and the scope of the appended claims.
100 모바일 단말
1, 2, 3, 4 비콘 노드100
Claims (6)
상기 비콘 노드들 중에서 상기 모바일 단말과 가장 가까운 제1 비콘 노드에서 비콘 신호를 송신하는 단계;
상기 제1 비콘 노드는 자신을 제외한 세 비콘 노드로부터 수신한 신호의 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 각각 측정하는 단계;
상기 제1 비콘 노드에서 상기 세 개의 RSSI 신호를 이용하여 각 비콘 노드와 자신 사이의 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)들을 각각 추정하는 단계;
상기 모바일 단말은 추정된 각 패스 로스 익스포넌트를 이용하여 상기 제1 비콘 노드를 제외한 나머지 세 비콘 노드와의 거리를 추정하는 단계;
상기 모바일 단말은 추정된 상기 세 비콘 노드와의 거리를 기반으로 삼각 측량법을 이용하여 현재 위치를 추정하는 단계를 포함하는 실내 측위 방법.
In an indoor positioning method in an indoor positioning system including at least four beacon nodes disposed in a room and a mobile terminal,
Transmitting a beacon signal from a first beacon node closest to the mobile terminal among the beacon nodes;
Measuring a Received Signal Strength Indicator (RSSI) of a signal received from three beacon nodes except for the first beacon node;
Estimating path-loss exponents between each beacon node and itself using the three RSSI signals in the first beacon node;
Estimating distances between the beacon nodes excluding the first beacon node using each estimated path loss exponent;
Wherein the mobile terminal estimates a current position using a triangulation method based on the distance from the estimated three beacon nodes.
상기 비콘 노드들이 출력하는 신호를 측정하여, 신호 세기가 클수록 상기 모바일 단말과 비콘 노드 사이의 거리가 가까운 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 방법.
The method according to claim 1,
And measures a signal output from the beacon nodes, and determines that the distance between the mobile terminal and the beacon node is closer as the signal intensity increases.
상기 모바일 단말이 상기 제1 비콘 노드의 신호 세기가 가장 높게 측정되는 영역을 벗어나면, 출력되는 신호 세기가 가장 높은 비콘 노드인 제2 비콘 노드에서 자신을 제외한 세 비콘 노드로부터 수신한 신호의 RSSI를 각각 측정하고, 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)들을 각각 추정하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 방법.
The method of claim 2,
If the mobile terminal is out of the region where the signal strength of the first beacon node is highest, the RSSI of the signal received from the three beacon nodes except for the second beacon node, which is the beacon node having the highest signal strength, And estimating path-loss exponents, respectively.
상기 비콘 노드들이 배치된 실내에 위치하여 상기 비콘 노드들로부터 비콘 신호를 수신하는 모바일 단말을 포함하며,
상기 비콘 노드들 중에서 상기 모바일 단말과 가장 가까운 제1 비콘 노드에서 비콘 신호를 송신하고,
상기 제1 비콘 노드는 자신을 제외한 세 비콘 노드로부터 수신한 신호의 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 각각 측정하고, 상기 세 개의 RSSI 신호를 이용하여 각 비콘 노드와 자신 사이의 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)들을 각각 추정하며,
상기 모바일 단말은 추정된 각 패스 로스 익스포넌트를 이용하여 상기 제1 비콘 노드를 제외한 나머지 세 비콘 노드와의 거리를 추정하고, 추정된 상기 세 비콘 노드와의 거리를 기반으로 삼각 측량법을 이용하여 현재 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 시스템.
At least four beacon nodes spaced apart from each other in the room; And
And a mobile terminal located in the room where the beacon nodes are arranged to receive a beacon signal from the beacon nodes,
Transmitting a beacon signal from a first beacon node closest to the mobile terminal among the beacon nodes,
The first beacon node measures Received Signal Strength Indicator (RSSI) of a signal received from three beacon nodes except for itself, and measures the RSSI (Signal Strength Indicator) of each beacon node and a path loss exponent -loss exponents, respectively,
The mobile terminal estimates the distance from the remaining three beacon nodes excluding the first beacon node using each of the estimated path loss exponents, and based on the estimated distance from the three beacon nodes, And estimates the position of the indoor positioning system.
상기 비콘 노드들이 출력하는 신호를 측정하여, 신호 세기가 클수록 상기 모바일 단말과 비콘 노드 사이의 거리가 가까운 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 시스템.
The method of claim 4,
And measures a signal output from the beacon nodes, and determines that the distance between the mobile terminal and the beacon node is closer as the signal intensity increases.
상기 모바일 단말이 상기 제1 비콘 노드의 신호 세기가 가장 높게 측정되는 영역을 벗어나면, 출력되는 신호 세기가 가장 높은 비콘 노드인 제2 비콘 노드에서 자신을 제외한 세 비콘 노드로부터 수신한 신호의 RSSI를 각각 측정하고, 패스 로스 익스포넌트(path-loss exponent)들을 각각 추정하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 시스템.The method of claim 5,
If the mobile terminal is out of the region where the signal strength of the first beacon node is highest, the RSSI of the signal received from the three beacon nodes except for the second beacon node, which is the beacon node having the highest signal strength, And estimates path-loss exponents, respectively.
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