KR20210012620A - 위치 인식 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 기술은 위치 인식 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 구체적인 예에 따르면, 이에 일 실시 예에 따르면, 이동형 비콘과 고정형 비콘 간의 비콘신호를 토대로 생성된 순방향신호에 의거 추정된 이동형 비콘의 제1 위치와 이동형 비콘과 비콘 스캐너간의 통신을 통해 생성된 역방향신호에 의거 추정된 이동형 비콘의 제2 위치를 토대로 이동형 비콘의 위치 결정을 수행함에 따라, 이동형 비콘의 실내 측위 정확도를 근본적으로 향상할 수 있다.

Description

위치 인식 시스템 및 방법{POSITION RECOGNITION SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 위치 인식 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적어도 셋 이상의 고정형 비콘으로부터 각각 제공받은 이동식 비콘의 비콘 신호의 RSSI(Received Signal Strength Indication)에 따라 이동형 비콘의 위치 결정함으로써, 이동형 비콘에 대한 실측 정확도를 향상시킬 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
현재까지 WSN(Wireless Sensor Networks)과 관련된 많은 기술 및 시스템들이 개발 및 연구되어 왔으며 이들을 통해 유용한 환경 정보 및 기타 서비스를 제공받을 수 있는 유비쿼터스(Ubiquitous) 환경을 구축하기 위한 연구가 많이 진행되고 있다.
이러한 WSN 관련 기술에서 다양한 정보의 신뢰성 및 유용성을 가지기 위해 타겟의 정보를 감지하거나 위치를 결정하는 문제와 관련된 이벤트는 매우 중요하다고 볼 수 있다. 따라서, WSN에서 센서 노드는 자신의 위치를 알고 있고, 분산된 센서 노드의 밀도 수가 높은 상태에서 위치인식 알고리즘을 적용할 시 정밀한 위치 인식이 수행되어야 한다.
이에 종래에 위치인식에 사용되는 알고리즘으로는 방향성을 갖는 안테나를 사용하여 수신된 신호의 입사각을 측정함으로써 위치인식을 수행하는 AoA 위치인식 알고리즘, 전파의 세기가 거리에 따라 달라지는 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 이용하여 비콘과 노드간의 거리를 측정하는 RSSI 위치인식 알고리즘, 및 경도, 위도, 고도 좌표 및 시간 오차 계산을 위한 원자시계 등 최소 4개의 인공위성과의 통신을 통해 위치인식을 수행하고 삼각측량법을 기반으로 "거리 = 빛의 속도*경과시간"의 이론을 통해 GPS 수신기의 위치를 추적하는 GPS(Global Positioning System) 방식 등의 다양하다.
여기서, GPS 방식의 경우 실외에만 국한된 기술이고, 실내에서 수신이 가능한 무선 송신기의 실내 위치 인식 시스템의 구축이 요구된다.
이에 따라 블루투스 비콘으로부터 제공받은 비콘 신호의 RSSI 값을 기반으로 삼각측량 알고리즘을 이용하여 위치 정보를 도출하는 RSSI 위치인식 기술에 의한 실내 위치 인식 시스템의 경우 전파 경로의 물체에 의해 가려지거나, 불규칙한 면에 충돌할 때 경로 감쇄로 인해 오차율이 큰 문제점이 있다.
이에 본 출원인은 적어도 셋 이상의 고정형 비콘으로부터 제공받은 이동식 비콘의 비콘 신호의 RSSI를 토대로 이동형 비콘의 위치 결정을 수행하는 방안을 제안하고자 한다.
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본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 적어도 셋 이상의 고정형 비콘으로부터 제공된 이동형 비콘 각각에 대한 신호 강도로 이동형 비콘에 대한 측위 정확도를 근본적으로 향상시키는 위치 인식 시스템, 수신장치 및 방법을 제공하고자 함에 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예의 양태에 따르면, 위치 인식 시스템은,
실내 공간 상에서 이동하는 적어도 하나 이상의 이동형 비콘;
실내 공간 상의 소 공간으로 구분된 각 단위 공간 내에 각각 설치되고 이동형 비콘의 비콘신호를 수신한 다음 각각의 비컨신호를 전달하는 적어도 셋 이상의 고정형 비콘;
실내 공간 상의 소정 위치에 각각 설치되고 각각의 고정형 비콘의 비콘신호를 수신하여 순방향신호를 생성하고 생성된 순방향신호를 유선 또는 무선 네트워크를 통해 전송하는 적어도 하나 이상의 비콘 스캐너; 및
각각의 비콘 스캐너를 통해 전달받은 각각의 순방향신호를 기반으로 상기 이동형 비콘의 제1 위치를 추정하는 수신 장치를 포함하고,
상기 비콘 스캐너는,
상기 이동형 비콘의 스캐닝을 통해 획득된 비콘신호로 역방향신호를 생성하고 생성된 역방향신호를 토대로 이동형 비콘의 제2 위치를 추정하며 추정된 이동형 비콘의 제2 위치를 상기 수신 장치로 전송하도록 구비되고,
상기 수신 장치는,
상기 이동형 비콘의 제1 위치와 이동형 비콘의 제2 위치를 토대로 상기 이동형 비콘의 위치를 결정하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 순방향신호는 각 고정형 비콘의 식별코드, 각 고정형 비콘으로부터 제공된 상기 이동형 비콘의 수신신호강도(RSSI)코드, 및 체크썸(Check Sum) 코드를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 역방향신호는, 상기 이동형 비콘의 정보 및 이동형 비콘의 수신신호 강도를 포함할 수 있다.
바람직하게 수신 장치는,
상기 비콘 스캐너를 경유하여 전달받은 순방향신호를 기반으로 이동형 비콘의 제1 위치를 추정하는 위치 추정부;
상기 비콘 스캐너로부터 제공받은 추정된 이동형 비콘의 제2 위치를 수신하는 위치 수신부;
수신된 이동형 비콘의 제1 위치와 이동형 비콘의 제2 위치를 토대로 상기 이동형 비콘의 위치를 결정하는 위치 결정부를 포함할 수 있다.
일 실시예의 다른 양태에 의하면, 위치 인식 시스템의 수신장치는,
실내 공간이 소 공간으로 구분된 각 단위 공간 내에 각각 설치되는 적어도 셋 이상의 고정형 비콘의 비콘신호에 의거 생성된 스캔 스캐너의 순방향신호를 기반으로 상기 이동형 비콘의 제1 위치를 추정하는 위치 추정부;
상기 비콘 스캐너의 의거 추정된 상기 이동형 비콘의 제2 위치를 수신하는 위치 수신부; 및
추정된 이동형 비콘의 제1 위치와 수신된 이동형 비콘의 제2 위치를 토대로 상기 이동형 비콘의 위치를 결정하는 위치 결정부를 포함할 수 있다
일 실시 예의 다른 양태에 의하면, 위치 인식 방법은,
실내 공간이 소 공간으로 구분된 단위 공간에 각각 설치된 적어도 셋 이상의 고정형 비콘에서 스캔된 이동 중인 이동형 비콘의 정보를 획득하는 단계;
실내 공간의 소정 위치에 설치된 적어도 하나의 비콘 스캐너에서 각각의 고정형 비콘의 비콘신호에 의거 각각의 순방향 신호를 생성하는 단계;
수신장치에서 상기 적어도 하나의 스캔 스캐너를 통해 수신된 순방향 신호를 토대로 이동형 비콘의 제1 위치를 추정하는 단계;
상기 비콘 스캐너에서 획득된 이동형 비콘의 비콘신호를 토대로 역방향 신호를 생성하고 생성된 역방향 신호에 의거 이동형 비콘의 제2 위치를 추정하고 추정된 이동형 비콘의 제2 위치를 상기 수신장치로 전달하는 단계; 및
상기 수신장치에서 상기 이동형 비콘의 제1 위치와 제2 위치를 기반으로 이동형 비콘의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
바람직하게 상기 위치 인식 방법은,
상기 이동형 비콘의 제1 위치와 제2 위치의 차를 기초로 상기 결정된 이동형 비컨의 위치에 대한 검증을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 소 공간으로 구분된 각 단위 공간 내에 각각 설치되는 다수의 고정형 비콘에 의거 스캔된 이동형 비콘의 비콘신호를 실시간으로 획득하여 순방향신호를 생성하고, 생성된 순방향신호에 의거 이동형 비콘의 제1 위치를 추정하며, 소 공간 내의 소정 위치에 설치된 다수의 비콘 스캐너에 의거 획득된 이동형 비콘의 비콘신호에 의거 역방향신호를 생성하고 생성된 역방향신호에 의거 이동형 비콘의 제2 위치를 추정하며, 추정된 제1 위치 및 제2 위치로 상기 이동형 비콘의 위치를 결정함에 따라, 이동형 비콘의 측위 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일 실시예의 위치 인식 시스템의 구성을 보인 도이다.
도 2는 일 실시예의 시스템의 이동형 비콘의 세부 구성도이다.
도 3은 일 실시예의 시스템의 고정형 비콘의 세부 구성도이다.
도 4는 일 실시예의 시스템의 수신장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 다른 실시예의 위치 인식 과정을 보인 전체 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
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 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 전력에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예의 위치 인식 시스템의 구성을 보인 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 이동형 비콘의 세부적인 구성을 보인 도이며, 도 3은 도 1에 도시된 고정형 비콘의 세부 구성도이며, 도 4는 도 1에 도시된 수신장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시예의 위치 인식 시스템(S)은 고정형 비콘과 이동형 비콘 간의 순방향신호와 스캔 스캐너와 이동형 비콘 간의 역방향 신호에 의거 이동형 비콘의 위치를 결정하도록 구비되며, 이에 위치 인식 시스템(S)는 이동형 비콘(100), 고정형 비콘(200), 비콘 스캐너(300), 및 관리서버(400)를 포함할 수 있다.
이동형 비콘(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 이동형으로써 소 공간으로 구분된 각 단위 공간으로의 이동이 가능하고, 소지의 편의성과 부착의 편의성, 안정성 등이 모두 고려되어야 하므로, 두께를 최소화하기 위하여 BLE 무선 MCU 칩, 메모리 등의 IC 칩을 사용하지 않고, 필름 PCB 또는 Flexible PCB에 패키지 이전 단계의 웨이퍼와 CSP(Chip Scale Package)를 이용한 SIP(System In Package) 기술로 구현될 수 있다.
이에 이동형 비콘(100)은 간편하게 소지할 수 있도록 높이가 최대 3mm 이하인 카드형 타입(예를 들면 RFID 카드), 또는 부착 가능한 스티커 타입(예를 들면 RFID 태그 또는 바코드 태그 등)으로 이루어질 수 있다.
그리고, 이동형 비콘(100)의 전원부의 경우 예를 들면 배터리의 충전 및 교환 없이 최소 6개월 이상 사용 가능하도록 하기 위해 필름 배터리 또는 박막형 리튬 이온 배터리를 사용하고 초저전력 소모를 위한 박막형 비콘으로 구성될 수 있다.
한편, 고정형 비콘(200)은 소 공간으로 분리된 각 단위 공간 내에 적어도 셋이 설치되고, 도 3에 예시된 바와 같이 마이크로프로세서(CPU)로 구현되는 주제어부(211), 메모리부(212), 블루투스부(213), 와이파이부(214), 네트워크 접속부(215), 및 전원부(216)를 포함하여 구성된다.
또한, 이러한 고정형 비콘(200)은 순수한 비콘 기능을 수행하도록 구성되어 저전력 블루투스를 지원하는 블루투스 4.0 프로토콜 기반의 비콘 신호를 인접 기기들에 송출한다.
양산성을 고려할 경우 고정형 비콘(200)은 DIP 타입의 부품들은 모두 SMD 타입으로 변경 및 대체하여 구현될 수 있으며, CPU 내부의 RTC(Real Time Clock) 오차율을 줄이기 위한 전용 RTC가 하드웨어로 구현될 수 있고, 블루투스부와 와이파이부는 콤보 어댑터보드를 4채널 모두 사용할 수 있게 구현 가능하며, USB를 USB 콘솔로 사용하기 위하여 USB to Serial 하드웨어를 적용하여 구현할 수도 있다.
이에 고정형 비콘(200)은 자신이 위치하는 각 단위 공간 내(바람직하게는 최대 반경 100m 이내)에서 주변의 이동형 비콘(100)의 비콘신호를 실시간으로 획득 및 수집하여 비콘 스캐너(300)로 전달하고 이에 비콘 스캐너(300)는 이동형 비콘(100)의 수신신호강도 코드와 고정형 비콘(200)의 식별코드와 이동형 비콘(100)의 정보를 포함한 순방향신호를 생성하고 생성된 순방향신호는 Wi-Fi(와이파이) 또는 유선 이더넷 케이블을 통해 수신장치(400)로 전송된다.
여기서 정보라 함은 관련 서비스를 제공하기 위한 데이터로서, 출입 관리, 생체 정보 수집, 인원 동선 파악, 위치 파악, 사회적 약자 보호, 장애인 다국어 지원이 가능한 음성 서비스 등을 포함하는 인적 관리 서비스와, 온도 습도, 미세먼지, 이산화탄소 공기질 등의 환경 모니터링 서비스와, 균열 감지, 진동 지진, 도로 상태 등의 시설물 안전 모니터링 서비스와, 화재 연기 불꽃감지 등의 화재 감시 모니터링 서비스, 송풍기 항온, 항습기 소방 시설 당의 제어 시스템 모니터링 서비스, 조도 모니터링, 모바일 관리자 이동 등의 시설물 관리 서비스, 적재 불기물류 확인, 물류의 위치 확인, X ray 통과 확인, 적재유무 확인, 애완 동물 관리, 및 관리자 스마트폰 알림 등의 물류 관리 서비스와 이력 관리, 자산 위치 파악, 잔산의 분실 도난 방지, 자산 사용 현황 관리 등의 자산 관리 서비스와, 구매 방문 포인트, 고객 관리, 판매 관리, 다국적 언어 지원, 위치 기반의 상품 안내, 전자 쿠폰 발생, 모바일 결제 시설 안내 등의 무인 안내 서비스 등을 제공할 수 있으나, 일 실시 예는 이에 한정하지 아니한다.
이에 비콘 스캐너(300)는 동일 공간에 존재하는 적어도 하나(예를 들면 최대 100개)의 순방향신호를 동시에 모니터링할 수 있는 게이트웨이 기능 및 블루투스 V4.1, V4.2의 양방향 통신과 IP 주소 할당을 통한 이더넷 환경에서의 제어를 위한 네트워크 접근점(Access Point)으로서의 역할을 수행하도록 구성된다.
여기서, 게이트웨이는 블루투스, 지그비 프로, IEEE802.15.4 c/d, 또는 IEEE 802.15. NAN 기반의 지그비 통신망과, IEEE 802. 15. 4, 지그비, Z-wave, INSTEON, 또는 Wavents 기반의 저전력 저속의 WPAN과, 자체 솔루션에 센서 네트워크를 이용한 RFID/USN 통합 플랫폼 기반의 통신망을 이용하여 순방향 신호를 수신장치(300)로 전달하며, 이에 한정하지 아니한다.
이에, 비콘 스캐너(300)는 이동 중인 이동형 비콘(100)을 스캐닝하여 이동형비콘(100)의 비콘신호를 획득하고 획득된 비콘신호를 기초로 역방향신호를 생성하며, 생성된 역방향신호에 의거 이동형 비콘의 제2 위치를 추정할 수 있다.
여기서, 이동형 비컨(100)의 제2 위치는 무선 측위 기술을 이용한 좌표 연산 알고리즘을 이용하여 추정될 수 있고, 이에 이러한 좌표 연산 알고리즘은 삼각 측량법(Triangluation), 패턴인식(Pattern Recognition), 및 삼변 측량법(Trilateration) 등 다양한 기술로 구현될 수 있으며, 일 실시 예는 삼각 측량법을 이용한 알고리즘으로 이동형 비콘의 제2 위치를 추정하는 것을 예로 설명하고 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
여기서, 삼각측량법이라 함은 어떤 한 점의 조표와 거리를 삼각형의 성질을 이용하여 알아내는 방법으로, 한 점과 두 기준점이 주어졌으면, 한 점과 두 기준점이 이루는 삼각형에서 밑변과 다른 두변이 이루는 각을 각각 측정하고, 그 변의 길이를 측정한 뒤, 사인 법칙 등을 이용하여 일련의 계산을 수행함으로써, 그 점에 대해 좌표와 거리를 도출할 수 있다. 이때 기준노드 2개의 위치와 이동노드간의 각도는 AoA 의 위치 추적 방식으로 도출되며, 이에 삼각측량법은 AoA 알고리즘과 함께 사용될 수 있다.
그리고, 추정된 이동형 비콘의 제2 위치는 유선 또는 무선 네트워크 망을 통해 수신 장치(400)로 전달된다.
여기서, 역방향신호는 이동형 비콘(100)의 정보와 수신신호 강도(RSSI)를 포함할 수 있다.
이에 수신장치(400)는 순방향신호를 제공받아 이동형 비콘(100)의 제1 위치를 추정하고 추정된 이동형 비콘(100)의 제1 위치와 수신된 이동형 비콘(100)의 제2 위치를 토대로 이동형 비콘(100)의 위치를 결정하는 구성을 갖춘다. 또한, 수신장치(400)는 추정된 이동형 비콘(100)의 제1 위치와 수신된 이동형 비콘(100)의 제2 위치의 오차를 토대로 결정된 이동형 비콘(100)의 위치에 대한 검증을 수행할 수 있다.
도 4는 수신장치(400)의 세부적인 구성을 보인 블록도로서, 도 4를 참조하면 수신장치(400)는, 위치 추정부(410), 위치 수신부(420), 위치 결정부(430), 및 검증부(440)를 포함할 수 있다.
여기서 위치 추정부(410)는 측위기반에서 측위를 목적으로 한 무선 측위 기술로, 대부분 전파 신호를 이용해서 거리계산을 수행하는 알고리즘으로, angle of Arrival (AoA), Time of Arrival (ToA), Time Difference of Arrival (TDOA), Received Signal Strength (RSS), Time of Flight (ToF), 및 Symmetrical Double Sided Two Way Ranging (SDS-TWR) 중 적어도 하나를 이용할 수 있으나, 일 실시 예에서는 이동형 비콘과 고정형 비콘 사이에 획득되는 신호 강도(RSSI)를 이용하여 이동형 비콘 위치를 결정하는 알고리즘을 일례로 설명하고 있으며 이에 한정하지 아니한다.
이러한 위치 추정부(410) 및 위치 수신부(420) 각각에는 추정된 각각의 위치에 대한 오차율을 보정하기 위한 각각은 보정모듈(411)(421)을 더 포함하도록 구비될 수 있고, 보정모듈(411, 421) 각각은 좌표계산 (삼변 측량법 (Trilateration)), 평균에서 벗어난 측정값 (노이즈 제거), 5개 좌표 평균 계산, 칼만 필터 (Kalman Filter), 평균 필터 (Mean Filter), 이동 평균 필터 (Moving Average Filter) 등을 이용한 후처리를 수행한다. 이러한 후처리하는 일련의 과정는 실내 측위 기반의 무선 통신망에서 널리 알려진 일반적인 공정과 동일 또는 유사하다.
이러한 위치 추정부(410) 및 위치 수신부(420)의 제1 위치 및 제2 위치 각각은 위치 결정부(430)로 전달되며, 위치 결정부(430)는 추정된 이동형 비콘의 제1 위치 및 수신된 이동형 비콘의 제2 위치를 토대로 이동형 비콘(100)의 위치를 결정한다. 그리고, 추정된 이동형 비콘의 제1 위치 및 수신된 이동형 비콘의 제2 위치가 동일한 경우 동일한 위치는 이동형 비콘의 위치로 결정된다.
그러나, 추정된 이동형 비콘의 제1 위치 및 수신된 이동형 비콘의 제2 위치는 동일하지 아니하고, 추정된 이동형 비콘의 제1 위치 및 수신된 이동형 비콘의 제2 위치는 검증부(440)로 전달된다.
또한 검증부(440)는 추정된 이동형 비콘의 제1 위치 및 수신된 이동형 비콘의 제2 위치의 차가 기정해진 기준 범위 내에 존재하는 경우 추정된 이동형 비콘의 제1 위치로 이동형 비콘의 위치가 결정된다.
한편, 검증부(440)는 추정된 이동형 비콘의 제1 위치 및 수신된 이동형 비콘의 제2 위치의 차가 기정해진 기준 범위 내를 벗어난 경우 추정된 이동형 비콘의 제1 위치 및 수신된 이동형 비콘의 제2 위치 중 적어도 하나의 에러로 판단한다.
이에 일 실시예는, 적어도 셋의 고정형 비콘의 신호를 토대로 획득된 3지점의 RSSI 코드를 토대로 이동형 비콘의 제1 위치를 주관적으로 추정하는 순방향의 위치 추정부(410)와, Wi-Fi Access Point 등의 일정 지점에서 이동하는 객체의 위치를 추정하는 역방향의 위치 수신부(420)를 이용하여 이동형 비콘의 실내 측위 정확도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 차량에서 사용되는 네비게이션을 이용하여 차량의 위치를 검색하는 순방향 실내 측위 기술과 핸드폰 기지국에서 핸드폰의 위치를 검색하는 역방향 실내 측위 기술을 통합하여 고정형 비콘 및 이동형 비콘의 위치를 결정함에 따라, 실내 측위 정확도가 향상된다.
도 5는 일 실시예에 따른 위치 인식 과정을 보인 전체 흐름도로서, 도 1 및 도 5를 참조하여 일 실시예에 따른 위치 인식 과정은, 수집단계(S10), 순방향신호 생성단계(S20), 위치 추정단계(S30), 위치 수신단계(S40), 위치 결정단계(S50), 및 검증단계(S60)를 포함할 수 있다.
수집단계(S10)은 고정용 비컨(200)에서 이동 중인 이동형 비콘(100)을 스캔하여 획득된 이동형 비콘(100)의 비콘신호를 수신한 다음 수신된 고정형 비콘(200)의 비콘신호를 이동형 비콘(100)의 비콘신호와 함께 비컨 스캐너(300)로 전달한다.
순방향신호 생성단계(S20)에서 이에 비콘 스캐너(300)는 고정형 비콘(200)의 정보, 이동형 비콘(200)의 수신신호강도코드, 및 고정형 비콘(200)의 식별코드를 포함하는 순방향신호를 생성한 다음 생성된 순방향신호를 수신장치(400)로 전달한다.
즉, 일 실시 예의 비콘 스캐너(300)는 Central/Master 네트워크를 이용하여 적어도 셋 이상의 고정형 비콘의 식별코드를 수신하고, Peripheral/Slave 네트워크를 이용하여 적어도 셋 이상의 고정형 비콘으로부터 수신된 이동형 비콘의 신호 강도(RSSI) 코드를 수신하며 수신된 고정형 비콘의 식별코드와 이동형 비콘의 신호 강도코드를 포함하는 순방향 신호를 게이트웨이 기능을 이용하여 수신장치(300)로 전달한다.
그리고, 위치 추정단계(S30)는 순방향신호를 토대로 이동형 비콘(100)의 제1 위치를 추정하는 기능을 수행하여 위치 추정단계(S30)은 수신장치(400)에서 동작된다.
한편, 역방향신호 생성단계(S40)은 각각의 비콘 스캐너(300)에서 이동중인 이동형 비콘(100)의 비콘신호를 수신하고 수신된 비콘신호를 토대로 역방향신호를 생성한다. 여기서 역방향신호는 이동형 비콘(100)의 정보 및 수신신호강도를 포함할 수 있다.
그리고, 역방향신호 생성단계(S40)는 각각의 이동형 비콘(100)의 수신신호강도를 토대로 이동형 비콘(100)의 제2 위치를 추정할 수 있다.
위치 수신단계(S50)는 비콘 스캐너(300)로부터 전달된 이동형 비콘(100)의 제2 위치 신호를 수신하는 기능을 수행하며, 위치 수신단계(S50)는 수신장치(400)에서 동작된다.
이 후 위치 결정단계(S60)는 이동형 비콘(100)의 제1 위치 및 제2 위치를 토대로 이동형 비콘(100)의 위치를 결정하며 이러한 위치 결정단계(S60)은 도 1의 수신장치(400)에 구동되며, 이에 대한 구체적인 설명은 전술한 바와 같다.
여기서, 결정된 이동형 비콘(100)의 위치는 이동형 비콘(100)의 제1 위치 및 제2 위치가 동일한 경우 동일한 위치로 정해진다.
일 실시예의 수신장치(400)는 이동형 비콘(100)의 제1 위치 및 제2 위치가 동일하지 아니한 경우 검증단계(S70)로 진행하고, 검증단계(S70)는 이동형 비콘(100)의 제1 위치 및 제2 위치가 오차가 기 정해진 기준범위 내에 존재하는 경우 결정된 이동형 비콘(100)의 위치는 수신된 이동형 비콘(100)의 제1 위치로 결정한다.
그러나, 이동형 비콘(100)의 제1 위치 및 제2 위치가 오차가 기 정해진 기준범위를 벗어난 경우 추정된 제1 위치 및 제2 위치 오류가 발생한 것으로 판단하며 이러한 검증 결과를 비콘 스캐너(300)로 전송한다. 이에 비콘 스캐너(300)는 이동형 비콘(100)에 대한 위치 추정을 재차 수행한다.
이에 일 실시 예에 따르면, 이동형 비콘과 고정형 비콘 간의 비콘신호를 토대로 생성된 순방향신호에 의거 추정된 이동형 비콘의 제1 위치와 이동형 비콘과 비콘 스캐너간의 통신을 통해 생성된 역방향신호에 의거 추정된 이동형 비콘의 제2 위치를 토대로 이동형 비콘의 위치 결정을 수행함에 따라, 이동형 비콘의 실내 측위 정확도를 근본적으로 향상할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다.
운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.
이해의 편의를 위하여, 수신 장치(300)는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 수신 장치(300)는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
여기서, 소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction) 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.
소프트웨어 및/또는 정보, 신호 및 데이터는, 제어부에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다.
소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
비콘의 수신 신호에 대한 RSSI(Received Signal Strength Indication) 값의 비율을 토대로 가중치를 부여하여 장애물의 위치 거리를 예측함에 따라 기존의 RSSI 값에 따라 장애물과의 거리가 너무 크거나 작아 원의 교점이 없는 경우 발생하는 장애물 위치 거리 오차율을 감소시켜 장애물 위치에 대한 정확도를 근본적으로 향상시킬 수 있는 위치 인식 시스템 및 방법에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 사물인터넷 기반으로 서비스를 제공하는 시스템의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (9)

  1. 실내 공간 상에서 이동하는 적어도 하나 이상의 이동형 비콘;
    실내 공간 상의 소 공간으로 구분된 각 단위 공간 내에 각각 설치되고 이동형 비콘의 비콘신호를 수신한 다음 각각의 비컨신호를 전달하는 적어도 셋 이상의 고정형 비콘;
    실내 공간 상의 소정 위치에 각각 설치되고 각각의 고정형 비콘의 비콘신호를 수신하여 순방향신호를 생성하고 생성된 순방향신호를 유선 또는 무선 네트워크를 통해 전송하는 적어도 하나 이상의 비콘 스캐너; 및
    각각의 비콘 스캐너를 통해 전달받은 각각의 순방향신호를 기반으로 상기 이동형 비콘의 제1 위치를 추정하는 수신 장치를 포함하고,
    상기 비콘 스캐너는,
    상기 이동형 비콘의 스캐닝을 통해 획득된 비콘신호로 역방향신호를 생성하고 생성된 역방향신호를 토대로 이동형 비콘의 제2 위치를 추정하며 추정된 이동형 비콘의 제2 위치를 상기 수신 장치로 전송하도록 구비되고,
    상기 수신 장치는,
    상기 이동형 비콘의 제1 위치와 이동형 비콘의 제2 위치를 토대로 상기 이동형 비콘의 위치를 결정하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 순방향신호는 각 고정형 비콘의 식별코드, 각 고정형 비콘으로부터 제공된 상기 이동형 비콘의 수신신호강도(RSSI)코드, 및 체크썸(Check Sum) 코드를 포함하는 위치 인식 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 역방향신호는, 상기 이동형 비콘의 정보 및 이동형 비콘의 수신신호 강도를 포함하는 위치 인식 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 수신 장치는,
    상기 비콘 스캐너를 경유하여 전달받은 순방향신호를 기반으로 이동형 비콘의 제1 위치를 추정하는 위치 추정부;
    상기 비콘 스캐너로부터 제공받은 추정된 이동형 비콘의 제2 위치를 수신하는 위치 수신부; 및
    수신된 이동형 비콘의 제1 위치와 이동형 비콘의 제2 위치를 토대로 상기 이동형 비콘의 위치를 결정하는 위치 결정부를 포함하는 위치 인식 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수신 장치는,
    상기 이동형 비콘의 제1 위치와 제2 위치의 차를 기초로 상기 결정된 이동형 비컨의 위치에 대한 검증을 수행하는 검증부를 더 포함하는 위치 인식 시스템.
  6. 실내 공간이 소 공간으로 구분된 각 단위 공간 내에 각각 설치되는 적어도 셋 이상의 고정형 비콘의 비콘신호에 의거 생성된 스캔 스캐너의 순방향신호를 기반으로 상기 이동형 비콘의 제1 위치를 추정하는 위치 추정부;
    상기 비콘 스캐너의 의거 추정된 상기 이동형 비콘의 제2 위치를 수신하는 위치 수신부; 및
    추정된 이동형 비콘의 제1 위치와 수신된 이동형 비콘의 제2 위치를 토대로 상기 이동형 비콘의 위치를 결정하는 위치 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템의 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 수신 장치는,
    상기 이동형 비콘의 제1 위치와 제2 위치의 차를 기초로 상기 결정된 이동형 비컨의 위치에 대한 검증을 수행하는 검증부를 더 포함하는 위치 인식 시스템.
  8. 실내 공간이 소 공간으로 구분된 단위 공간에 각각 설치된 적어도 셋 이상의 고정형 비콘에서 스캔된 이동 중인 이동형 비콘의 정보를 획득하는 단계;
    실내 공간의 소정 위치에 설치된 적어도 하나의 비콘 스캐너에서 각각의 고정형 비콘의 비콘신호에 의거 각각의 순방향 신호를 생성하는 단계;
    수신장치에서 상기 적어도 하나의 스캔 스캐너를 통해 수신된 순방향 신호를 토대로 이동형 비콘의 제1 위치를 추정하는 단계;
    상기 비콘 스캐너에서 획득된 이동형 비콘의 비콘신호를 토대로 역방향 신호를 생성하고 생성된 역방향 신호에 의거 이동형 비콘의 제2 위치를 추정하고 추정된 이동형 비콘의 제2 위치를 상기 수신장치로 전달하는 단계; 및
    상기 수신장치에서 상기 이동형 비콘의 제1 위치와 제2 위치를 기반으로 이동형 비콘의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 위치 인식 방법은,
    상기 이동형 비콘의 제1 위치와 제2 위치의 차로 상기 결정된 이동형 비컨의 위치에 대한 검증을 수행하는 단계를 더 포함하는 위치 인식 방법.

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WO2023075399A1 (ko) * 2021-10-27 2023-05-04 삼성전자 주식회사 위치 측위를 수행하는 전자 장치 및 이의 동작 방법

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