KR20190051244A - 노드의 상대적 위치 추적 시스템 및 노드의 상대적 위치 추적 방법 - Google Patents

노드의 상대적 위치 추적 시스템 및 노드의 상대적 위치 추적 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 서로 간에 양방향으로 RSS 신호를 전송하여 통신을 하고, 복수 개로 이루어지는 노드; 상기 노드에 설치되어 상기 노드의 이동에 의해 상기 복수의 노드 각각을 고정 노드 또는 이동 노드로 판단 가능하도록 이루어지는 동작 센서; 및 상기 고정 노드의 존재 여부에 근거하여, 상기 적어도 하나의 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 위치판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노드의 상대적 위치 추적 시스템 및 방법을 제공한다.

Description

노드의 상대적 위치 추적 시스템 및 노드의 상대적 위치 추적 방법{TRACKING RELATIVE POSITION OF NODES SYSTEM AND METHOD OF THE SAME}
본 발명은 복수의 노드가 이동 또는 고정 노드로 가변인 상황에서 적용할 수 있는 노드의 상대적 위치 추적 시스템 및 노드의 상대적 위치 추적 방법에 관한 것이다.
센서 네트워크 환경에서의 위치 인식 기술은 이미 알고 있는 위치로부터의 거리나 각도와 같은 정보를 이용하여 상대 위치를 추정하고, 이를 이용하여 노드들의 위치를 계산하는 기술이다.
센서 네트워크 환경에서 위치를 측정할 수 있는 일반적인 방법은 적외선, 초음파, RFID, UWB, RSSI, 카메라 센서, 빛을 이용한 방법 등 다양한 기술이 있다.
전술한 다양한 기술 중에서, 센서 노드의 수신 신호 세기 RSSI(Received Signal Strength Indication)를 이용한 위치 측정 기술은 RSSI가 주변 환경의 특성에 따라서 변화가 심하기 때문에 직접적으로 이용하기가 용이하지 않다. 이런 불규칙한 RSSI 값을 이용하여 거리를 측정하기 위해서 많은 연구들이 이루어지고 있는 실정이다.
또한, 노드의 위치를 탐지 하기 위해서는 사건 탐지(event detection), 위치 인지 기반 계산(location awareness dependent computing) 및 지리적 트레킹(geographic tracking)등의 기술이 필요하다.　센서 네트워크 관점에서 신뢰성(Reliability)과 데이터 신뢰성(Robust)에 많은 연구가 이루어지고 있지만, 위치 인지에서는 수신호의 신뢰성(Confidence)을 확보할 수 있는 방법 및 시스템이 필요한 실정이다.
한국 등록 특허 10-1052097(발명의 명칭: 무선 센서 노드의 위치 관리 시스템 및 방법, 공고일:2011.7.26)
본 발명의 일 목적은 노드 간의 상태적인 변화가 발생하는 경우 또는 노드 간의 구조가 가변적인 경우에 노드의 상대적인 위치를 추정하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명의 노드의 상대적 위치 추적 시스템은 서로 간에 양방향으로 RSS 신호를 전송하여 통신을 하고, 복수 개로 이루어지는 노드; 상기 노드에 설치되어 상기 노드의 이동에 의해 상기 복수의 노드 각각을 고정 노드 또는 이동 노드로 판단 가능하도록 이루어지는 동작 센서; 및 상기 고정 노드의 존재 여부에 근거하여, 상기 적어도 하나의 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 위치판단부를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 위치판단부는, 상기 고정 노드가 존재하는 경우, 상기 고정 노드들 사이의 거리 정보와 RSS 신호를 활용하여 상기 적어도 하나의 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정한다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 상기 위치판단부는, 상기 고정 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 이동 노드들 사이의 RSS 신호를 활용하여 상기 적어도 하나의 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 동작 센서는 복수의 노드의 움직임에 의해 발생된 전압값이 기 결정된 전압값 이상이면 이동 노드로 판단하고, 복수의 노드의 움직임에 의해 발생된 전압값이 기 결정된 전압값 이하이면 고정 노드로 판단한다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 상기 위치판단부는, 상기 노드들 사이의 거리 정보 및 상기 노드들 사이의 RSS 신호에 근거하여 상기 적어도 하나의 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정한다.
상기의 다른 과제를 해결하기 위해, 노드의 상대적 위치 추적 방법은 동작 센서에 의해 복수의 노드의 움직임을 검출하여 상기 복수의 노드를 고정 노드 또는 이동 노드로 판별하는 단계; 및 고정 노드의 존재 여부에 근거하여, 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 위치 추정 단계를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 위치 추정 단계는, 상기 고정 노드가 존재하는 경우, 상기 고정 노드들 사이의 거리 정보와 RSS 신호를 활용하여 상기 적어도 하나의 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 상기 위치 추정 단계는, 상기 고정 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 이동 노드들 사이의 RSS 신호를 활용하여 상기 적어도 하나의 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 노드의 상대적 위치 추적 방법은 상기 복수의 노드 사이의 RSS 신호를 보정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 필요에 의해 노드의 부착, 이동 및 개수 변경 등이 자유로우므로, 노드가 고정된 위치가 아닌 필요에 의한 임의 위치에 설치 가능하게 한다.
본 발명은 고정 노드의 동작이 발생되는 경우, 이동 노드로 변환되고, 이동 노드의 동작이 없게 되는 경우, 고정 노드로 변환되어, 이에 근거하여 노드의 상대적인 위치를 추정할 수 있다.
본 발명은 고정/이동 노드를 동작 센서를 통해 자체적으로 판단하고, 고정 노드가 없는 경우도 상대 관계 추정이 가능하므로, 기존의 고정된 형태의 위치 서비스뿐만 아니라, 동적 상황 혹은 노드 상태가 가변인 경우에도 적용 가능하다.
본 발명은 RSS 신호 기반하여, 단거리 내의 위치 추정 성능을 보다 향상시킴으로써, 주차 확인 서비스 및 실내 위치 서비스에 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 노드의 상대적 위치 추적 시스템의 개념도이다.
도 2a는 본 발명의 이동 노드에서 동작 센서에 의해 발생된 신호의 예를 도시하는 그래프이다.
도 2b는 본 발명의 고정 노드에서 동작 센서에 의해 발생된 신호의 예를 도시하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 노드 사이의 신호를 송수신하는 예를 도시하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 노드의 상대적 위치 추적 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "설치된다" 및 "연결된다" 고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 설치 및 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
본 발명의 노드의 상대적 위치 추적 시스템(100)은 노드(10), 동작 센서(20) 및 위치판단부(30)를 포함한다.
노드(10)는 복수 개로 이루어지는데, 복수 개의 노드(10)는 서로 간에 양방향으로 RSS 신호를 전송하여 통신을 한다. 노드(10)는 후술하는 바와 같이, 고정 노드(10a) 또는 이동 노드(10b)일 수 있고, 노드(10)는 센서 네트워크라 칭할 수 있다.
본 발명의 고정 노드(10a) 및 이동 노드(10b)는 일정한 강도를 가지는 RF(Radio Frequency)를 송수신할 수 있는 임의의 기기 또는 센서 노드를 포함할 수 있다.
RSS 신호는 수신된 신호의 강도(RSS : Received Signal Strength)에 의한 신호일 수 있다.
복수의 노드(10)는 서로의 노드(10) 간에 전송되는 신호의 세기를 감지하여 수신신호 강도를 획득할 수 있다.
복수의 노드(10)는 상대적 위치 추적 시스템(100)을 형성할 수 있는 가변 노드로 이해될 수 있다. 가변 노드의 상대적 위치 추적 시스템(100)은 복수의 노드(10) 각각이 이동 또는 고정 노드(10a)로 유동적으로 변동할 수 있는 시스템으로 이해될 수 있다. 또한, 가변 노드의 상대적 위치 추적 시스템(100)은 노드(10)의 개수나 작동 위치 등이 변동할 수 있는 시스템으로 이해될 수 있다.
동작 센서(20)는 노드(10)에 설치된다. 일례로, 동작 센서(20)는 복수의 노드(10) 각각에 설치될 수 있다. 동작 센서(20)에 의해 복수의 노드(10)는 각각 고정 노드(10a) 또는 이동 노드(10b)로 판단 가능하다.
동작 센서(20)는 노드(10)의 움직임의 검출 여부에 의해, 고정 노드(10a) 또는 유동 노드로 판단하게 된다.
일례로, 동작 센서(20)는 노드(10)의 움직임을 검출하여 전압 값을 송출하도록 하여, 송출된 전압값이 기 결정된 전압값 이상이면 이동 노드(10b)로 판단하고, 송출된 전압값이 기 결정된 전압값 이하이면 고정 노드(10a)로 판단할 수 있게 한다.
동작 센서(20)는 일례로, 관성 측정장치(IMU, Inertial Measurement Unit)일 수 있다.
도 2a 및 2b에는 노드(10)에 설치된 동작 센서(20)에 의해 송출된 전압값의 예가 도시되는데, 도 2a에는 노드(10)의 이동에 의해 기결정된 전압값 이상의 전압값이 송출된 예가 도시되는데, 이동 노드(10b)로 판단되게 된다. 도 2b에는 노드(10)가 거의 이동하지 않아 기결정된 전압값 이하의 전압값이 송출된 예가 도시되는데, 고정 노드(10a)로 판단되게 된다.
위치판단부(30)는 고정 노드(10a)의 존재 여부에 근거하여, 적어도 하나의 이동 노드(10b)와 다른 노드(10)와의 상대적인 위치를 추정하도록 이루어진다.
위치판단부(30)는 복수의 노드(10) 및 동작 센서(20)와 전기적으로 연결되거나 유무선 통신 가능하도록 연결될 수 있다.
위치판단부(30)는 고정 노드(10a)가 존재하는 경우, 고정 노드(10a)들 사이의 거리 정보 및 RSS 신호를 활용하여 적어도 하나의 이동 노드(10b)와 다른 노드(10)와의 상대적인 위치를 추정할 수 있다. 또한, 위치판단부(30)는 고정 노드(10a)가 존재하는 경우, 고정 노드(10a)와 이동 노드(10b) 또는 이동 노드(10b)와 이동 노드(10b) 사이의 거리 정보 및 RSS 신호를 추가로 활용함으로써, 적어도 하나의 이동 노드(10b)와 다른 노드(10)와의 상대적인 위치를 추정할 수 있다.
또한, 위치판단부(30)는, 고정 노드(10a)가 존재하지 않는 경우, 이동 노드(10b)들 사이의 RSS 신호를 활용하여 적어도 하나의 이동 노드(10b)와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정할 수 있다.
위치판단부(30)는 고정 노드가 존재하는 경우와 고정 노드가 존재하지 않는 경우에서 이동 노드의 위치를 추정할 때 TOA(Time-Of-Arrival), TDOA(Time Difference of Arrival), RSS(Received Signal Strength), AOA(Angle of Attack) 및 멀티홉(Multihop) 등을 사용할 수 있다.
도 3을 참조하여, 양방향의 RSS 신호에 대해 서술한다.
양방향의 RSS 신호가 서로 다른 특성을 보이는 경우, 통계적인 방법 또는 동작 센서(20)의 활용에 의해 RSS 신호의 보정이 가능할 수 있다.
양방향의 RSS 신호를 조합하여 보다 높은 정확도의 거리 추정이 가능할 수 있다.
양방향의 RSS 신호 전송이 가능하기 때문에 모든 노드(10)가 고정 및 이동 노드(10a, 10b)로 상호 전환이 가능할 수 있으며, 이에 대하여는 전술하였다.
한편, 본 발명의 노드의 상대적 위치 추적 방법(S100)은 복수의 노드(10)를 고정 노드(10a) 또는 이동 노드(10b)로 판별하는 단계(S10) 및 위치 추정 단계(S20)를 포함한다.
복수의 노드(10)를 고정 노드(10a) 또는 이동 노드(10b)로 판별하는 단계(S10)는 복수의 노드(10)에 설치된 동작 센서(20)가 복수의 노드(10)의 움직임을 검출함으로써 이루어지게 된다.
일례로, 판별하는 단계(S10)는 동작 센서(20)가 노드(10)의 움직임을 검출하여 전압 값을 송출하도록 하여, 송출된 전압값이 기 결정된 전압값 이상이면 이동 노드(10b)로 판단하고, 송출된 전압값이 기 결정된 전압값 이하이면 고정 노드(10a)로 판단할 수 있게 함으로써 수행될 수 있다.
위치 추정 단계(S20)는 고정 노드(10a)의 존재 여부에 근거하여, 이동 노드(10b)와 다른 노드(10)와의 상대적인 위치를 추정한다.
위치 추정 단계(S20)는, 고정 노드(10a)가 존재하는 경우, 고정 노드(10a)들 사이의 거리 정보 및 RSS 신호를 활용하여 적어도 하나의 이동 노드(10b)와 다른 노드(10)와의 상대적인 위치를 추정하는 단계(S23)를 포함할 수 있다.
또한, 위치 추정 단계(S20)는, 고정 노드(10a)가 존재하지 않는 경우, 이동 노드(10b)들 사이의 RSS 신호를 활용하여 적어도 하나의 이동 노드(10b)와 다른 노드(10)와의 상대적인 위치를 추정하는 단계(S25)를 포함할 수 있다.
위치 추정 단계(S20)는 위치판단부(30)에 의해 이루어질 수 있다.
위치판단부(30)는 고정 노드(10a)가 존재하는 경우, 고정 노드(10a)들 사이의 거리 정보 및 상기 RSS 신호를 활용하여 적어도 하나의 이동 노드(10b)와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정할 수 있다. 또한, 위치판단부(30)는 고정 노드(10a)가 존재하는 경우, 고정 노드(10a)와 이동 노드(10b) 사이의 거리 정보 및 RSS 신호 또는 이동 노드(10b)와 이동 노드(10b) 사이의 거리 정보 및 RSS 신호를 활용함으로써, 적어도 하나의 이동 노드(10b)와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정할 수 있다.
또한, 위치판단부(30)는, 고정 노드(10a)가 존재하지 않는 경우, 이동 노드(10b)들 사이의 RSS 신호를 활용하여 적어도 하나의 이동 노드(10b)와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정할 수 있다.
본 발명의 노드의 상대적 위치 추적 방법(S100)은 복수의 노드 사이의 RSS 신호를 보정하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.
복수의 노드 사이의 RSS 신호를 보정하는 단계는, 일례로, 복수의 노드(10) 사이에 양방향의 RSS 신호가 서로 다른 특성을 보이는 경우, 통계적인 방법 또는 동작 센서(20)의 활용에 의해 RSS 신호의 보정에 의해 수행될 수 있다. 또한, 양방향의 RSS 신호를 조합하여 보다 높은 정확도의 거리 추정이 가능할 수 있다.
이상에서 설명한 노드의 상대적 위치 추적 시스템(100) 및 노드의 상대적 위치 추적 방법(S100)은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100:노드의 상대적 위치 추적 시스템
10:노드 10a:고정 노드 10b:이동 노드
20:동작 센서
30:위치판단부
S100:노드의 상대적 위치 추적 방법
S10:복수의 노드를 고정 노드 또는 이동 노드로 판별하는 단계
S20:위치 추정 단계
S23:고정 노드가 존재하는 경우, 고정 노드들 사이의 거리 정보 및 RSS 신호를 활용하여 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 단계
S25:고정 노드가 존재하지 않는 경우, 이동 노드들 사이의 RSS 신호를 활용하여 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 단계

Claims (9)

  1. 서로 간에 양방향으로 RSS 신호를 전송하여 통신을 하고, 복수 개로 이루어지는 노드;
    상기 노드에 설치되어 상기 노드의 이동에 의해 상기 복수의 노드 각각을 고정 노드 또는 이동 노드로 판단 가능하도록 이루어지는 동작 센서; 및
    상기 고정 노드의 존재 여부에 근거하여, 상기 적어도 하나의 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 위치판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노드의 상대적 위치 추적 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치판단부는, 상기 고정 노드가 존재하는 경우, 상기 고정 노드들 사이의 거리 정보 및 상기 RSS 신호를 활용하여 상기 적어도 하나의 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 노드의 상대적 위치 추적 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 위치판단부는, 상기 고정 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 이동 노드들 사이의 상기 RSS 신호를 활용하여 상기 적어도 하나의 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 노드의 상대적 위치 추적 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 동작 센서는 복수의 노드의 움직임에 의해 발생된 전압값이 기 결정된 전압값 이상이면 이동 노드로 판단하고, 복수의 노드의 움직임에 의해 발생된 전압값이 기 결정된 전압값 이하이면 고정 노드로 판단하는 것을 특징으로 하는 노드의 상대적 위치 추적 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위치판단부는, 상기 노드들 사이의 거리 정보 및 상기 노드들 사이의 RSS 신호에 근거하여 상기 적어도 하나의 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 노드의 상대적 위치 추적 시스템.
  6. 동작 센서에 의해 복수의 노드의 움직임을 검출하여 상기 복수의 노드를 고정 노드 또는 이동 노드로 판별하는 단계; 및
    고정 노드의 존재 여부에 근거하여, 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 위치 추정 단계를 포함하는 노드의 상대적 위치 추적 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 위치 추정 단계는, 상기 고정 노드가 존재하는 경우, 상기 고정 노드들 사이의 거리 정보 및 RSS 신호를 활용하여 상기 적어도 하나의 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노드의 상대적 위치 추적 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 위치 추정 단계는, 상기 고정 노드가 존재하지 않는 경우, 상기 이동 노드들 사이의 RSS 신호를 활용하여 상기 적어도 하나의 이동 노드와 다른 노드와의 상대적인 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노드의 상대적 위치 추적 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 노드 사이의 RSS 신호를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노드의 상대적 위치 추적 방법.
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