KR20190108373A - 실내 위치를 측정하는 무선 측위 교육 시스템 - Google Patents

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KR20190108373A
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신요안
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이승우
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숭실대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 실내 위치를 측정하는 무선 측위 교육 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 실내 위치를 측정하는 무선 측위 교육 시스템에 있어서, 실내 공간에 설치되어 있으며, 실시간으로 신호를 송신하는 복수의 아두이노 장치, 그리고 근거리 통신을 이용하여 상기 복수의 아두이노 장치로부터 송신된 신호를 수신하고, 상기 수신한 신호를 토대로 현재 위치를 추정하는 스마트 단말기를 포함하는 무선 측위 교육 시스템이다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 스마트 단말기에 설치되어 운용되는 어플리케이션을 이용하여 교육을 하기 때문에 기존의 교육방법보다 편리하고 다양한 공간에서 활용할 수 있다.
또한, 사용자가 직접 다양한 무선 측위 방법을 체험하고 실험하기 때문에, 실내 무선 측위 기술의 핵심 구성 및 알고리즘을 이해하는데 도움이 될 수 있다.

Description

실내 위치를 측정하는 무선 측위 교육 시스템{WIRELESS POSITIONING TRANING SYSTEM TO MEASURE INDOOR POSITION}
본 발명은 실내 위치를 측정하는 무선 측위 교육 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 어플리케이션을 활용하여 무선 측위 기법을 다양한 상황에서 실습하고 교육하기 위한 무선 측위 교육 시스템에 관한 것이다.
과거 이동 통신 단말기는 주로 통화 용도로써 이용되었으나, 근래에는 이동 통신 단말기에 문자 메시지 송수신 과 대용량 파일의 송수신과 같은 다양한 부가 기능이 제공되고 있으며, 나아가 이동 통신 단말기의 위치에 따라 다양한 서비스를 제공하는 위치 기반 서비스도 제공되고 있다.
위치 기반 서비스(Location Based Service, LBS)는 휴대폰이나 PDA와 같은 이동통신망과 IT기술을 종합적으로 활용한 위치 정보 기반의 시스템 및 서비스로서, 최근에 가장 주목을 받고 있는 기술이며, 사용자의 위치 정보를 기반으로 상품 정보뿐만 아니라 교통정보, 위치추적정보 등 생활 전반에 걸쳐 적용되고 있다.
위치 기반 서비스에는 교통 관련 정보로 운전 편의 정보, 대중 교통 정보 경로 탐색 및 설정 등이 있으며, 위치추적 정보로는 위치 추적, 개인위치정보, 분실된 단말기 추적 등이 있다.
다양한 무선 측위 방법에 대한 이해와 교육의 필요성이 대두되었고, 무선 측위 방법을 교육하기 위해서는 수학적으로 접근하여 계산하거나 고성능 PC를 이용하여 Matlab등의 프로그램을 통한 시뮬레이션으로 구현을 해야 하는 문제점이 있고 발전하고 있는 스마트 단말기를 활용한 무선 측위 교육방법이 대두 되고 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제 10-1270374호(2013. 06.05 공고)에 개시되어 있다.
본 발명은 어플리케이션을 활용하여 무선 측위 기법을 다양한 상황에서 실습하고 교육하기 위한 무선 측위 교육 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 실내 위치를 측정하는 무선 측위 교육 시스템에 있어서, 실내 공간에 설치되어 있으며, 실시간으로 신호를 송신하는 복수의 아두이노 장치, 그리고 근거리 통신을 이용하여 상기 복수의 아두이노 장치로부터 송신된 신호를 수신하고, 상기 수신한 신호를 토대로 현재 위치를 추정하는 스마트 단말기를 포함한다.
상기 스마트 단말기는, ToA를 이용한 측위 모듈, TDoA를 이용한 측위 모듈, AoA를 이용한 측위 모듈 및 핑거프린팅을 이용한 측위 모듈 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 스마트 단말기는, 상기 스마트 단말기의 사용자로부터 ToA를 이용한 측위 방법, TDoA를 이용한 측위 방법, AoA를 이용한 측위 방법 및 핑거프린팅을 이용한 측위 방법 중에서 어느 하나의 측위 방법을 선택받으면, 해당되는 측위 모듈을 통하여 현재 사용자의 위치를 추정할 수 있다.
상기 스마트 단말기는, 상기 ToA를 이용한 측위 모듈, TDoA를 이용한 측위 모듈, AoA를 이용한 측위 모듈 및 핑거프린팅을 이용한 측위 모듈로부터 추정된 현재 위치를 서로 비교하여 표시할 수 있다.
상기 아두이노 장치는 적어도 3개일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 스마트 단말기에 설치되어 운용되는 어플리케이션을 이용하여 교육을 하기 때문에 기존의 교육방법보다 편리하고 다양한 공간에서 활용할 수 있다.
또한, 사용자가 직접 다양한 무선 측위 방법을 체험하고 실험하기 때문에, 실내 무선 측위 기술의 핵심 구성 및 알고리즘을 이해하는데 도움이 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 측위 교육 시스템에 관한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 단말기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측위부의 구성을 나타낸 도면이다
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 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 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 측위 교육 시스템에 관한 도면이다.
도 1에 도시한 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 무선 측위 교육 시스템은 복수의 아두이노 장치(100) 및 스마트 단말기(200)를 포함한다.
먼저, 복수의 아두이노 장치(100)는 실내공간에 설치되고, 무선신호를 송출하기 위한 장치로서, 3개 이상이 설치된다.
여기서, 아두이노(Arduino)는 임베디드 시스템중의 하나로 오픈 소스를 기반으로 한 단일 보드 마이크로 컨트롤러로 완성된 보드와 관련 개발 도구 및 환경을 말한다.　
또한, 다수의 스위치나 센서로부터 값을 측정하고, LED 나 모니터와 같은 외부 전자 장치들을 통제함으로써 환경과 상호작용이 가능한 물건을 만드는 장비이다.
다음으로, 스마트 단말기(200)는 복수의 아두이노 장치(100)로부터 송출된 신호를 수집하고, 수집된 신호를 각각의 측위 방법으로 이용하여 위치를 추정한다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 무선 측위 교육 시스템의 구성에 대하여 설명한다.
도 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 단말기(200)는 사용자가 휴대하여 이용하는 단말기로서 입력부(210), 측위부(220) 및 제어부(230)로 구성된다.
먼저, 입력부(210)는 스마트 단말기(200)에 설치되고, 스마트 단말기(200)를 이용하는 사용자들은 입력부(210)를 통해 교육받고자 하거나 실습하고자 하는 무선 측위 방법을 입력한다.
즉, 사용자들은 입력부(210)를 통해 ToA(Time of Arrival) 측위 방법, TDoA(Time Difference of Arrival) 측위 방법, AoA(Angle of Arrival) 측위 방법 및 핑거프린팅(finger printing) 측위 방법 중에서 하나의 무선 측위 방법을 입력한다.
다음으로, 측위부(220)는 스마트 단말기(200)에 설치되고 측위 모듈과 복수의 아두이노 장치(100)가 각각 설치되어 있는 위치정보 및 ID정보를 저장한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측위부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 것처럼 측위부(220)는 ToA 측위 모듈(221), TDoA 측위 모듈(222), AoA 측위 모듈(223) 및 핑거프린팅 측위 모듈(224)을 포함한다.
여기서, ToA 측위 모듈(221)은 단말기의 신호를 수신한 한 개의 서비스 기지국과 2개 이상의 주변 기지국들 사이의 신호 도달 시간의 차이를 이용하여 위치정보를 획득한다. 즉, 각 기지국에서는 신호도달 시간 값에 따른 원이 생기게 되고, 이 원들의 교점을 단말기의 위치로 추정하는 방식이며, 125m의 정확도를 가지고 있다.
TDoA 측위 모듈(222)은 서비스 기지국 신호를 기준으로 다수의 인접 기지국들의 신호 지연을 측정하여 위치정보를 획득한다. 즉, 서비스 기지국 신호와 인접기지국 신호의 신호도달 시각차를 측정한 값으로 여러 개의 쌍곡선이 생기게 되고, 이 쌍곡선들의 교점을 단말기의 위치로 추정하는 방식이며, 일반적으로 50m 내지 200m의 정확도를 보장한다.
AoA 측위 모듈(223)은 단말기의 신호를 수신한 3개의 기지국에서 신호 수신 각도의 차이를 이용하여 위치정보를 획득한다. 가장 대표적인 예로는 항공기와 군사적 시스템을 위한 VOR 시스템에 적용되며, 일반적으로 150m 내지 200m의 정확도를 보장한다.
핑거프린팅 측위 모듈(224)은 실내 공간을 작은 셀(cell)로 나누고 셀에서의 RSSI 값을 수집하고 데이터베이스화하여 라디오맵을 구축하고, 사용자의 위치에서 수신된 RSSI 값을 기 저장된 데이터베이스와 비교하여 가장 유사한 신호 패턴을 보이는 셀을 사용자의 위치로 추정한다.
특히, 무선네트워크의 환경과 구축된 데이터베이스의 데이터 양 또는 주변 통신 환경에 따라 측위의 정확도는 변동될 수 있다.
여기서 ToA 측위 모듈(221), TDoA 측위 모듈(222) 및 AoA 측위 모듈(223)은 모두 삼각측량 방식을 이용한 측위 모듈로 도 1과 같이 신호를 송신하는 아두이노 장치(100)는 적어도 3개가 되어야 한다.
또한, 핑거프린팅 측위 모듈(224)은 신호를 송신하는 장비의 수가 증가하게 되면 오차범위가 좁혀짐에 따라 도 1과 같이 신호를 송신하는 아두이노 장치(100)는 적어도 3개 이상 설치되어야 오차범위를 줄일 수 있다.
그리고, 제어부(230)는 각각의 측위 모듈(221,222,223,224)로 측정한 데이터를 이용하여 기준위치에 대응하는 오차를 구하고 사용자가 확인할 수 있도록 결과를 출력한다.
예를 들어, ToA 측위 모듈(221)로 측정된 위치가 (6,3)이고, TDoA 측위 모듈(222)로 측정된 위치가 (-5,4)이고, AoA 측위 모듈(223)로 측정된 위치가 (5,5)이며, 핑거프린팅 측위 모듈(224)로 측정된 위치가 (3,3)이라고 가정한다.
이때, 기준이 되는 위치가 (0,0)이라고 하면 제어부(230)는 각각의 측위 모듈에 따른 오차거리를 측정한다.
따라서, ToA 측위 모듈(221)의 오차거리는 6.7m, TDoA 측위 모듈(222) 의 오차거리는 6.4m, AoA 측위 모듈(223) 의 오차거리는 7.0m, 핑거프린팅 측위 모듈(224) 의 오차거리는 4.2m로 측정된다.
그러면, 제어부(230)는 오차범위가 가장 큰 측위 모듈을 AoA 측위 모듈(221)로 판단하고, 오차범위가 가장 적은 측위 모듈은 핑거프린팅 측위 모듈(224)로 판단하며, 측정의 결과를 사용자가 확인할 수 있도록 스마트 단말기(100)로 출력한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 스마트 단말기에 설치되어 운용되는 어플리케이션을 이용하여 교육을 하기 때문에 기존의 교육방법보다 편리하고 다양한 공간에서 활용할 수 있다.
또한, 사용자가 직접 다양한 무선 측위 방법을 체험하고 실험하기 때문에, 실내 무선 측위 기술의 핵심 구성 및 알고리즘을 이해하는데 도움이 될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명 되었으나 이는 예시적인 것이 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 아두이노 장치, 200: 스마트 단말기,
210: 입력부, 220: 측위부,
221: ToA 측위 모듈, 222: TDoA 측위 모듈,
223: AoA 측위 모듈, 224: 핑거프린팅 측위 모듈,
230: 제어부

Claims (5)

  1. 실내 위치를 측정하는 무선 측위 교육 시스템에 있어서,
    실내 공간에 설치되어 있으며, 실시간으로 신호를 송신하는 복수의 아두이노 장치, 그리고
    근거리 통신을 이용하여 상기 복수의 아두이노 장치로부터 송신된 신호를 수신하고, 상기 수신한 신호를 토대로 현재 위치를 추정하는 스마트 단말기를 포함하는 무선 측위 교육 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 단말기는,
    ToA를 이용한 측위 모듈, TDoA를 이용한 측위 모듈, AoA를 이용한 측위 모듈 및 핑거프린팅을 이용한 측위 모듈 중에서 적어도 하나를 포함하는 무선 측위 교육 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스마트 단말기는,
    상기 스마트 단말기의 사용자로부터 ToA를 이용한 측위 방법, TDoA를 이용한 측위 방법, AoA를 이용한 측위 방법 및 핑거프린팅을 이용한 측위 방법 중에서 어느 하나의 측위 방법을 선택받으면, 해당되는 측위 모듈을 통하여 현재 사용자의 위치를 추정하는 무선 측위 교육 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스마트 단말기는,
    상기 ToA를 이용한 측위 모듈, TDoA를 이용한 측위 모듈, AoA를 이용한 측위 모듈 및 핑거프린팅을 이용한 측위 모듈로부터 추정된 현재 위치를 서로 비교하여 표시하는 무선 측위 교육 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아두이노 장치는 적어도 3개인 무선 측위 교육 시스템.
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WO2022119820A1 (en) * 2020-12-02 2022-06-09 Red Point Positioning Corporation Method and system to select a process for estimating the location of a radio device
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