KR20220167165A - 측위 정보를 이용한 게이트 선택 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20220167165A
KR20220167165A KR1020210076358A KR20210076358A KR20220167165A KR 20220167165 A KR20220167165 A KR 20220167165A KR 1020210076358 A KR1020210076358 A KR 1020210076358A KR 20210076358 A KR20210076358 A KR 20210076358A KR 20220167165 A KR20220167165 A KR 20220167165A
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South Korea
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gate
gates
uwb
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안기수
이민규
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 개시는, 사용자 단말의 방법에 있어서, 복수의 게이트의 위치 정보 및 사용자 단말의 위치 정보를 기반으로, 상기 사용자 단말과 복수의 게이트 중 사용자 단말과 가장 가까운 두 개의 게이트를 선택하고, 상기 두 개의 게이트와 상기 사용자 단말이 이루는 끼인각의 값에 기초하여, 상기 사용자 단말이 무선 접속 영역 내로 진입하였는지를 식별하고, 상기 사용자 단말이 상기 무선 접속 영역 내로 진입된 것으로 식별되는 경우, 상기 두 개의 게이트 중 무선 접속을 수행할 제1 게이트를 선택하는 과정을 포함하는 방법을 제안한다.

Description

측위 정보를 이용한 게이트 선택 방법 및 시스템{GATE CHOOSING METHOD AND SYSTEM USING ESTIMATED LOCATION INFORMATION}
본 개시는, 사용자 단말의 위치를 이용하여 인증 또는 지불을 할 수 있는 게이트(gate)의 선택 방법에 관한 것이다.
인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT (Internet of Things, 사물 인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터 (Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE(Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서는, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구된다. 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신 (Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication) 등의 기술이 연구되고 있다.
IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는, 기존의 IT(information technology) 기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여, 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
무선 통신 시스템의 발전에 따라 다양한 서비스를 제공할 수 있게 됨으로써, 이러한 서비스들을 효과적으로 제공하기 위한 방안이 요구되고 있다. 예를 들어, UWB(Ultra Wide Band)를 이용하여 전자 디바이스들 간의 거리를 측정하는 레인징(ranging) 기술이 사용될 수 있다. UWB는, 무선 반송파를 사용하지 않고 기저 대역에서 수 GHz이상의 매우 넓은 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 기술이다.
지하철 개찰구 등 Gate 입출문 시 카드를 태그하는 방식이 많이 이용되고 있다. 카드 태그 방식은 NFC(Near Field Communication) 방식이 주로 사용되는데, 근거리 무선통신 방식을 이용하는 것이 대부분이고 카드의 인식 거리가 짧은 편이다. 대체로 사용자의 카드가 게이트의 단말기와 5cm 내외의 거리에 있어야 인식이 되는 것이 일반적이며, 게이트에 통행하는 사람이 짐을 들고 있거나, 장갑을 끼고 있는 등의 경우에는 카드를 태그하는데 상당한 불편이 따른다. 이 경우, 카드 태그 기기 근처에 짐을 잠깐 내려놓고 카드를 꺼내어 태그하거나, 카드 태그 기기 근처에서 잠깐 장갑을 벗고 나서 카드를 꺼내어 태그하는 등의 동작을 취하게 되므로 통행에 지연이 생기게 된다. 또한, 코로나 바이러스가 확산되고 있는 근래에는 언택트(untact) 교통카드 시스템에 대한 니즈가 생겨나고 있다.
그러나, 기존 방안은 사용자 밀집 시간의 게이트 통행을 정밀하게 판단하기 어렵고 따라서 사용자의 게이트 통행에 대한 인증 또는 지불을 정확하게 수행하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 사용자의 게이트 통행을 정밀하게 판단하고 이에 따라 사용자의 게이트 통행 시 인증 또는 지불을 정확하게 수행할 수 있는 새로운 방안이 요구된다.
본 개시는, 사용자 단말의 위치를 이용한 인증 및 지불을 할 수 있는 게이트 선택 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 실시간으로 측위되는 사용자 단말의 위치와 기 설치된 다수의 게이트 간의 각도를 계산하여 사용자의 진로를 추적하고, 게이트 입출여부를 판단하고, 입출할 대상이 되는 게이트를 지정 하고, 특정 게이트에 대하여 인증 및 지불할 시점을 제공함으로써, 다수의 게이트를 통행하는 사용자에게 정확한 인증 및 지불 서비스를 제공할 수 있는 방법에 대한 것이다.
다양한 실시예에 의하면, 사용자 단말의 방법에 있어서, 복수의 게이트의 위치 정보 및 사용자 단말의 위치 정보를 기반으로, 상기 사용자 단말과 복수의 게이트 중 사용자 단말과 가장 가까운 두 개의 게이트를 선택하는 과정, 상기 두 개의 게이트와 상기 사용자 단말이 이루는 끼인각의 값에 기초하여, 상기 사용자 단말이 무선 접속 영역 내로 진입하였는지를 식별하는 과정, 및 상기 사용자 단말이 상기 무선 접속 영역 내로 진입된 것으로 식별되는 경우, 상기 두 개의 게이트 중 무선 접속을 수행할 제1 게이트를 선택하는 과정을 포함하는 방법을 제안한다.
다양한 실시예에 의하면, 상기 제1 게이트에 대한 무선 접속을 위한 요청을 전송하는 과정, 상기 두 개의 게이트와 상기 사용자 단말이 이루는 끼인각의 값에 기초하여, 상기 사용자 단말이 게이트를 통과했는지 여부를 식별하는 과정, 및 상기 사용자 단말이 게이트를 통과했는지 여부를 식별하는 것에 기초하여, 인증 또는 지불의 승인 요청 또는 상기 인증 또는 지불을 취소하기 위한 요청을 전송할 수 있다.
다양한 실시예에 의하면 사용자 단말의 상기 위치 정보는 실시간으로 사용자 단말의 위치가 측정되어 주기적으로 수신할 수 있다.
다양한 실시예에 의하면, 끼인각은 상기 사용자 단말이 상기 두 개의 게이트를 선택한 이후 상기 게이트를 통과하는 동안 실시간으로 계산될 수 있다.
다양한 실시예에 의하면, 상기 사용자 단말이 상기 무선 접속 영역 내로 진입하였는지 식별하는 과정은, 상기 끼인각이 특정 각도 이상인지 여부로 식별할 수 있다.
다양한 실시예에 의하면, 사용자 단말이 상기 무선 접속 영역 내로 진입하지 않은 것으로 식별된 경우, 상기 사용자 단말은 상기 복수의 게이트 중 상기 사용자 단말과 가장 가까운 두 개의 게이트를 선택할 수 있다.
다양한 실시예에 의하면, 상기 제1 게이트는, 상기 사용자 단말과 상기 두 개의 게이트가 이루는 삼각형에서 상기 사용자 단말의 진행 방향으로 이루는 수선 벡터와 상기 사용자 단말과 어느 하나의 게이트가 이루는 벡터의 회전 각도를 계산하여 선택할 수 있다.
다양한 실시예에 의하면, 상기 사용자 단말이 게이트를 통과했는지 여부를 식별하는 과정은, 상기 제1 게이트에서 상기 사용자 단말로 향하는 벡터와 상기 제1 게이트에서 상기 두 개의 게이트 중 다른 하나의 게이트로 향하는 벡터 사이의 회전각으로 식별할 수 있다.
다양한 실시예에 의하면, 사용자 단말이 이루는 상기 제2 끼인각이 특정 값 이상인 경우에는 상기 사용자 단말이 상기 게이트를 통과하지 않은 것으로 보고, 상기 제2 끼인각이 상기 특정 값 미만인 경우에는 상기 게이트를 통과한 것으로 식별할 수 있다.
도 1은 UWB 장치의 예시적인 아키텍쳐를 나타낸다.
도 2는 UWB 장치를 포함하는 통신 시스템의 예시적인 구성을 나타낸다.
도 3은 UWB 통신을 위해 사용되는 프레임의 예시적인 구조를 나타낸다.
도 4는 두 UWB 장치가 UWB 통신을 수행하는 방법을 나타낸다.
도 5는 두 UWB 장치가 UWB 레인징을 수행하는 방법을 나타낸다.
도 6은 UWB 레인징을 위해 사용되는 레인징 블록 및 라운드의 구조를 나타낸다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자 단말의 위치 정보를 수신하는 방법에 관한 것이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자 단말이 게이트로 진입할 경우 사용자 단말에게 요구되는 판단 사항에 관한 것이다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 사용자 단말의 동작에 관한 것이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자의 이동 경로를 도시한 것이다.
도 11a 및 11b는 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자의 진입에 따른 끼인각 변화를 도시한 것이다.
도 12 및 도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자 단말과 게이트의 위치를 벡터로 도식화 한 도면이다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 설정한 각도에 따라 형성되는 접근 영역을 도시한 것이다.
도 15a 내지 도 15f는 본 개시의 일 실시예에 따른 다수의 게이트가 형성하는 영역들을 도시한 것이다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자 단말의 동작을 도시한 것이다.
도 17은 본 개시의 사용자 단말 장치를 도시한 것이다.
이하, 본 개시의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 개시가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 개시와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 개시의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부된 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 개시의 실시 예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능할 수 있다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능할 수 있다.
이때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)과 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, 일부 실시 예에 따르면 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 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. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다. 또한 일부 실시 예에 따르면, '~부'는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용하는 용어 '단말' 또는 '기기'는 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 무선 기기(wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선 송수신 유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다. 단말의 다양한 실시 예들은 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있다. 또한, 단말은 M2M(Machine to Machine) 단말, MTC(Machine Type Communication) 단말/디바이스를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에서 상기 단말은 전자 장치 또는 단순히 장치라 지칭할 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 개시를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 개시의 실시 예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 이하에서는 UWB를 이용하는 통신 시스템을 일례로서 본 개시의 실시예를 설명하지만, 유사한 기술적 배경 또는 특성을 갖는 여타의 통신 시스템에도 본 개시의 실시예가 적용될 수 있다. 예를 들어, 블루투스 또는 지그비를 이용하는 통신 시스템 등이 이에 포함될 수 있을 것이다. 따라서, 본 개시의 실시예는 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로써 본 개시의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 일부 변형을 통해 다른 통신시스템에도 적용될 수 있다.
또한, 본 개시를 설명함에 있어서 관련된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
일반적으로 무선 센서 네트워크 기술은 인식 거리에 따라 크게 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN) 기술과 무선 사설 망(Wireless Personal Area Network; WPAN) 기술로 구분된다. 이때, 무선랜은 IEEE 802.11에 기반한 기술로서, 반경 100m 내외에서 기간 망(backbone network)에 접속할 수 있는 기술이다. 그리고, 무선 사설망은 IEEE 802.15에 기반한 기술로서, 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), 초광대역 통신(ultra-wide band; UWB) 등이 있다. 이러한 무선 네트워크 기술이 구현되는 무선 네트워크는 복수의 전자 장치들로 이루어질 수 있다.
UWB는 기저 대역 상태에서 수 GHz 이상의 넓은 주파수 대역, 낮은 스펙트럼 밀도 및 짧은 펄스 폭(1~4 nsec)을 이용하는 단거리 고속 무선 통신 기술을 의미할 수 있다. UWB는 UWB 통신이 적용되는 대역 자체를 의미할 수도 있다. UWB는 장치들 간의 안전하고 정확한(secure and accurate) 레인징을 가능하게 한다. 이를 통해, UWB는 두 장치 간의 거리에 기반한 상대적 위치 추정 또는 (위치가 알려진) 고정 장치들로부터의 거리에 기반한 장치의 정확한 위치 추정을 가능하게 한다.
이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 개시의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
"Application Dedicated File (ADF)"는 예를 들면, 어플리케이션이나 어플리케이션 특정 데이터(application specific data)를 호스팅(hosting)할 수 있는 Application Data Structure 내의 데이터 구조일 수 있다.
"Application Protocol Data Unit(APDU)"는 UWB 장치 내의 Application Data Structure와 통신하는 경우에 사용되는 명령(command) 및 응답(response)일 수 있다.
"application specific data"는 예컨대, UWB 세션을 위해 요구되는 UWB 컨트롤리 정보 및 UWB 세션 데이터를 포함하는 루트 레벨과 어플리케이션 레벨을 갖는 파일 구조일 수 있다.
"Controller"는 Ranging Control Messages (RCM) (또는, 제어 메시지)를 정의 및 제어하는 Ranging Device일 수 있다.
"Controlee"는 Controller로부터 수신된 RCM (또는, 제어 메시지)내의 레인징 파라미터를 이용하는 Ranging Device일 수 있다.
"Dynamic STS(Scrambled Timestamp Sequence) mode"는 "Static STS"와 달리, STS가 레인징 세션 동안 반복되지 않는 동작 모드일 수 있다. 이 모드에서 STS는 Ranging device에서 관리되고, STS를 생성하는 Ranging Session Key는 Secure Component에 의해 관리될 수 있다.
"Applet"는 UWB 파라미터들과 서비스 데이터를 포함하는 Secure Component 상에서 실행되는 applet일 수 있다. 본 개시에서, Applet은 FiRa에 의해 정의된 FiRa Applet일 수 있다.
"Ranging Device"는 UWB 레인징을 수행할 수 있는 장치일 수 있다. 본 개시에서, Ranging Device는 IEEE 802.15.4z에 정의된 Enhanced Ranging Device (ERDEV) 또는 FiRa에 의해 정의된 FiRa Device일 수 있다. Ranging Device는 UWB device로 지칭될 수 있다.
"UWB-enabled Application"는 UWB 서비스를 위한 어플리케이션일 수 있다. 예를 들면, UWB-enabled Application는 UWB 세션을 위한, OOB Connector, Secure Service 및/또는 UWB 서비스를 구성하기 위한 Framework API를 이용하는 어플리케이션일 수 있다. 본 개시에서, "UWB-enabled Application"는 어플리케이션 또는 UWB 어플리케이션으로 약칭될 수 있다. UWB-enabled Application은 FiRa에 의해 정의된 FiRa-enabled Application일 수 있다.
"Framework"는 Profile에 대한 access, 개별 UWB 설정 및/또는 통지를 제공하는 컴포넌트일 수 있다. "Framework"는 예컨대, Profile Manager, OOB Connector, Secure Service 및/또는 UWB 서비스를 포함하는 논리적 소프트웨어 컴포넌트(logical software components)의 집합(collection)일 수 있다. 본 개시에서, Framework는 FiRa에 의해 정의된 FiRa Framework일 수 있다.
"OOB Connector"는 Ranging Device 간의 OOB(out-of-band) 연결(예컨대, BLE 연결)을 설정하기 위한 소프트웨어 컴포넌트일 수 있다. 본 개시예에서, OOB Connector는 FiRa에 의해 정의된 FiRa OOB Connector일 수 있다.
"Profile"은 UWB 및 OOB 설정 파라미터(configuration parameter)의 미리 정의된 세트일 수 있다. 본 개시에서, Profile은 FiRa에 의해 정의된 FiRa Profile일 수 있다.
"Profile Manager"는 Ranging Device에서 이용가능한 프로필을 구현하는 소프트웨어 컴포넌트일 수 있다. 본 개시에서, Profile Manager는 FiRa에 의해 정의된 FiRa Profile Manager일 수 있다.
"Service" 는 end-user에 서비스를 제공하는 use case의 implementation일 수 있다.
"Smart Ranging Device"는 옵셔널한 Framework API를 구현할 수 있는 Ranging Device 일 수 있다. 본 개시에서, Smart Ranging Device는 FiRa에 의해 정의된 FiRa Smart Device일 수 있다.
"Global Dedicated File(GDF)"는 USB 세션을 설정하기 위해 필요한 데이터를 포함하는 application specific data의 root level일 수 있다.
"Framework API"는 Framework와 통신하기 위해 UWB-enabled Application에 의해 사용되는 API일 수 있다.
"Initiator"는 레인징 교환(ranging exchange)을 개시하는 Ranging Device일 수 있다.
"Object Identifier(OID)"는 application data structure 내의 ADF의 식별자일 수 있다.
"Out-Of-Band(OOB)"는 하위(underlying) 무선 기술로서 UWB를 사용하지 않는 데이터 통신일 수 있다.
"Ranging Data Set(RDS)"는 confidentiality, authenticity 및 integrity가 보호될 필요가 있는 UWB 세션을 설정하기 위해 요구되는 데이터(예컨대, UWB 세션 키, 세션 ID 등)일 수 있다.
"Responder"는 레인징 교환에서 Initiator에 응답하는 Ranging Device일 수 있다.
"STS"는 레인징 측정 타임스탬프(ranging measurement timestamps)의 무결성 및 정확도(integrity and accuracy)를 증가시키기 위한 암호화된 시퀀스(ciphered sequence)일 수 있다. STS는 레인징 세션 키로부터 생성될 수 있다.
"Secure Channel"는 overhearing 및 tampering을 방지하는 데이터 채널일 수 있다.
"Secure Component"은 예컨대, dynamic STS가 사용되는 경우에, UWBS에 RDS를 제공하기 위한 목적으로 UWBS와 인터페이싱하는 정의된 보안 레벨을 갖는 엔티티(예컨대, SE 또는 TEE)일 수 있다.
"Secure Element(SE)"는 Ranging Device 내 Secure Component로서 사용될 수 있는 tamper-resistant secure hardware component일 수 있다.
"Secure Ranging"은 강한 암호화 동작을 통해 생성된 STS에 기초한 레인징일 수 있다.
"Secure Service"는 Secure Element 또는 TEE(Trusted Execution Environment)와 같은 Secure Component와 인터페이싱하기 위한 소프트웨어 컴포넌트일 수 있다.
"Service Applet"은 서비스 특정 트랜잭션을 다루는 Secure Component 상의 applet일 수 있다.
"Service Data"는 service를 구현하기 위해 두 ranging device 간에 전달될 필요가 있는 Service Provider에 의해 정의된 데이터일 수 있다.
"Service Provider"는 end-user에게 특정 서비스를 제공하기 위해 요구되는 하드웨어 및 소프트웨어를 정의하고 제공하는 엔티티일 수 있다.
"Static STS mode"는 STS가 세션 동안 반복되는 동작 모드로서, Secure Component에 의해 관리될 필요가 없다.
"Secure UWB Service(SUS) Applet"은 다른 Ranging device와 보안 UWB 세션을 가능하게 하기 위해 필요한 데이터를 검색하기 위해, applet과 통신하는 SE 상의 applet일 수 있다. 또한, SUS Applet은 해당 데이터(정보)를 UWBS로 전달할 수 있다.
"UWB Service"는 UWBS에 대한 접속(access)을 제공하는 소프트웨어 component일 수 있다.
"UWB Session"은 Controller 및 Controllee가 UWB를 통해 통신을 시작할때부터 통신을 정지할 때까지의 기간일 수 있다. UWB Session은 레인징, 데이터 전달 또는 레인징/데이터 전달 둘 모두를 포함할 수 있다.
"UWB Session ID"는 컨트로러와 컨트롤리 사이에 공유되는, UWB Session을 식별하는 ID(예컨대, 32 비트의 정수)일 수 있다.
"UWB Session Key"는 UWB Session을 보호하기 위해 사용되는 키일 수 있다. UWB Session Key는 STS를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 본 개시에서, UWB Session Key는 UWB Ranging Session Key(URSK)일 수 있고, 세션 키로 약칭될 수 있다.
"UWB Subsystem(UWBS)"는 UWB PHY 및 MAC 스펙을 구현하는 하드웨어 컴포넌트일 수 있다. UWBS는 Framework에 대한 인터페이스 및 RDS를 검색하기 위한 Secure Component에 대한 인터페이스를 가질 수 있다. 본 개시에서, UWB PHY 및 MAC 스펙은 예컨대, IEEE 802.15.4/4z를 참조하는 FiRa에 의해 정의된 FiRa PHY 및 FiRa MAC 스펙일 수 있다.
그리고, 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시의 다양한 실시예들을 설명한다.
도 1은 UWB 장치의 예시적인 아키텍쳐를 나타낸다.
도 1의 UWB 장치(전자 장치)는 UWB 레인징(예컨대, UWB secure ranging)을 지원하는 Ranging Device일 수 있다. 일 실시예에서, Ranging Device는 IEEE 802.15.4z에 정의된 Enhanced Ranging Device (ERDEV) 또는 FiRa에 의해 정의된 FiRa Device일 수 있다.
도 1의 실시예에서, UWB 장치는 UWB 세션을 통해 다른 UWB 장치와 상호작용(interact)할 수 있다.
또한, UWB 장치는 UWB-enabled Application과 Framework 간의 인터페이스인 제1 인터페이스(Interface #1)를 구현할 수 있고, 제1 인터페이스는 UWB 장치 상의 UWB-enabled application이 미리 정해진 방식으로 UWB 장치의 UWB 성능들을 사용할 수 있게 해준다. 일 실시예에서, 제1 인터페이스는 Framework API 또는 proprietary interface일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, UWB 장치는 Framework와 UWB 서브시스템(UWBS) 간의 인터페이스인 제2 인터페이스(Interface #2)를 구현할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 인터페이스는 UCI(UWB Command Interface) 또는 proprietary interface일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, UWB 장치는 UWB-enabled Application, Framework, 및/또는 UWB MAC Layer와 UWB Physical Layer를 포함하는 UWBS를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서는, 일부 엔티티가 UWB 장치에 포함되지 않거나, 추가적인 엔티티(예컨대, 보안 레이어)가 더 포함될 수 있다.
UWB-enabled Application은 제1 인터페이스를 이용하여 UWBS에 의한 UWB 세션의 설정을 트리거링할 수 있다. 또한, UWB-enabled Application은 미리 정의된 프로필(profile) 중 하나를 사용할 수 있다. 예를 들면, UWB-enabled Application은 FiRa에 정의된 프로필 중 하나 또는 custom profile을 사용할 수 있다. UWB-enabled Application은 제1 인터페이스를 사용하여, 서비스 발견(Service discovery), 레인징 통지(Ranging notifications), 및/또는 에러 컨디션(Error conditions)과 같은 관련 이벤트를 다룰 수 있다.
Framework는 Profile에 대한 access, 개별 UWB 설정 및/또는 통지를 제공할 수 있다. Framework는 소프트웨어 컴포넌트의 집합일 수 있다. 상술한 것처럼, UWB-enabled Application은 제1 인터페이스를 통해 프레임워크와 인터페이싱할 수 있고, 프레임워크는 제2 인터페이스를 통해 UWBS와 인터페이싱할 수 있다. Framework의 소프트웨어 컴포넌트는 예컨대, Profile Manager, OOB Connector, Secure Service 및/또는 UWB 서비스를 포함할 수 있다.
Profile Manager는 UWB 장치 상에서 이용 가능한 프로필을 관리하기 위한 역할을 수행할 수 있다. 프로필은 UWB 장치 사이에 통신을 설정하기 위해 요구되는 파라미터의 집합일 수 있다. 예를 들면, 프로필은 어떤 OOB 보안 채널이 사용되는지를 나타내는 파라미터, UWB/OOB 설정 파라미터, 특정 보안 컴포넌트의 사용이 맨데토리(mandatory)인지를 나타내는 파라미터 및/또는 ADF의 파일 구조와 관련된 파라미터를 포함할 수 있다.
OOB Connector는 UWB 장치들 간의 OOB 연결을 설정하기 위한 역할을 수행 할 수 있다. OOB Connector는 디스커버리 단계 및 연결 단계를 포함하는 OOB 단계를 다룰 수 있다. OOB 단계는 도 4를 참조하여 이하에서 설명한다.
Secure Service는 SE 또는 TEE와 같은 Secure Component와 인터페이싱하는 역할을 수행할 수 있다.
UWB Service는 UWBS를 관리하는 역할을 수행할 수 있다. UWB Service는 제2 인터페이스를 구현함으로써, Profile Manager에서 UWBS로의 access를 제공할 수 있다.
UWBS는 UWB MAC Layer와 UWB Physical Layer를 포함하는 하드웨어 컴포넌트일 수 있다. UWBS는 UWB 세션 관리를 수행하고, 다른 UWB 장치의 UWBS와 통신할 수 있다. UWBS는 제2 인터페이스를 통해 Framework와 인터페이싱할 수 있고, Secure Component로부터 RDS를 획득할 수 있다.
도 2는 UWB 장치를 포함하는 통신 시스템의 예시적인 구성을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 통신 시스템은 제1 UWB 장치 및 제2 UWB 장치를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 UWB 장치 및 제2 UWB 장치는 예컨대, 도 1의 UWB 장치 또는 도 1의 UWB 장치를 포함하는 전자 장치일 수 있다.
제1 UWB 장치는 예컨대, 사용자(예, 모바일 폰)에 의해 인스톨될 수 있는, 하나 이상의 UWB-enabled Application을 호스팅(host)할 수 있다. 이는 예컨대, Framework API에 기초할 수 있다. 제2 UWB 장치는 Framework API를 제공하지 않고, 예컨대, 특정 UWB-enabled Application를 구현하기 위해 proprietary interface를 이용할 수 있다. 한편, 도시된 것과 달리, 실시예에 따라서는, 제1 UWB 장치 및 제2 UWB 장치 모두가 Framework API를 이용하는 Ranging Device이거나, 제1 UWB 장치 및 제2 UWB 장치 모두가 proprietary interface를 이용하는 Ranging Device일 수도 있다.
제1 UWB 장치 및 제2 UWB 장치는 UWB-enabled Application Layer, Framework, OOB 컴포넌트, Secure Component 및/또는 UWBS를 포함할 수 있다. 한편, 본 개시에서, OOB 컴포넌트 및/또는 Secure Component는 옵셔널한 컴포넌트로서, 실시예에 따라서는 UWB 장치에 포함되지 않을 수 있다.
Framework는 프로필에 대한 access, 개별 UWB 설정 및/또는 통지를 제공하는 역할을 수행할 수 있다. Framework는 소프트웨어 컴포넌트의 집합으로서, 예컨대, Profile Manager, OOB Connector, Secure Service 및/또는 UWB 서비스를 포함할 수 있다. 각 컴포넌트의 설명은 상술한 설명을 참조한다.
OOB 컴포넌트는 OOB 통신(예컨대, BLE 통신)을 위한 MAC Layer 및/ Physical Layer를 포함하는 하드웨어 컴포넌트일 수 있다. OOB 컴포넌트는 다른 장치의 OOB 컴포넌트와 통신할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 UWB 장치 및 제2 UWB 장치는 OOB 컴포넌트를 이용하여 OOB 연결(채널)을 생성할 수 있고, OOB 채널을 통해 UWB 세션을 설정하기 위한 파라미터들을 교환할 수 있다. 본 개시에서, OOB 컴포넌트는 OOB 서브시스템으로 지칭될 수 있다.
UWBS는 UWB MAC Layer와 UWB Physical Layer를 포함하는 하드웨어 컴포넌트일 수 있다. UWB 세션 관리를 수행하고, 다른 UWB 장치의 UWBS와 통신할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 UWB 장치 및 제2 UWB 장치는 서로 교환된 파라미터들을 이용하여 UWBS를 통해 설정된 UWB 세션을 통해, UWB 레인징 및 서비스 데이터의 트랜잭션을 수행할 수 있다.
Secure Component는 RDS를 제공하기 위해 프레임워크 및/또는 UWBS와 인터페이싱하는 하드웨어 컴포넌트일 수 있다.
본 개시에서, UWB-enabled Application Layer 및/또는 Framework는 어플리케이션 프로세서(AP)(또는, 프로세서)에 의해 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시에서, UWB-enabled Application Layer 및/또는 Framework의 동작은 AP(또는, 프로세서)에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있다.
도 3은 UWB 통신을 위해 사용되는 프레임의 예시적인 구조를 나타낸다.
도 3a는 STS 패킷 설정이 적용되지 않은 프레임의 예시적인 구조를 나타내고, 도 3b는 STS 패킷 설정이 적용된 프레임의 예시적인 구조를 나타낸다. 일 실시예에서, 프레임은 레인징 데이터를 전달하기 위한 레인징 프레임(RFRAME)(예컨대, 레인징 개시/응답/파이널 메시지 등) 또는 다른 데이터(예컨대, 서비스 데이터 등)를 전달하기 위한 데이터 프레임일 수 있다.
도 3a를 참조하면, 프레임 또는 프레임을 전달하기 위한 PHY PDU(PPDU)는 동기 헤더(SHR), PHY 헤더(PHR) 및 PHY 페이로드(PSDU)를 포함할 수 있다. PSDU는 MAC 프레임을 포함하고, MAC 프레임은 MAC 헤더(MHR), MAC 페이로드 및/또는 MAC footer(MFR)을 포함할 수 있다. PPDU의 동기 헤더는 SYNC 필드 및 SFD(start-of-frame delimiter)를 포함할 수 있다. SFD 필드는 SHR의 끝(end) 및 데이터 필드의 시작을 지시하는 필드일 수 있다. PPDU 및 MAC 프레임에 포함된 각 엘리먼트/필드에 대한 설명은 IEEE 802.15.4/4z 및/또는 FiRa에 정의된 설명을 참조한다.
한편, UWB 장치의 PHY 레이어는 높은 density/낮은 전력 동작을 위해 감소된 on-air time을 제공하기 위한 옵셔널 모드를 포함할 수 있다. 이 경우, 프레임은 레인징 측정 타임스탬프의 integrity 및 accuracy를 증가시키기 위한, 암호화된 시퀀스(즉, STS)를 포함할 수 있다. 이 STS는 보안 레인징을 위해 사용될 수 있다.
STS 패킷 설정이 적용(지원)되는 경우의 PPDU(또는, 프레임)의 구조는 도 3b와 같을 수 있다.
도 3b를 참조하면, STS 패킷(SP) 설정 0인 경우(SP0), STS 필드는 PPDU에 포함되지 않는다(SP0 패킷). SP 설정 1인 경우(SP1), STS 필드는 STS는 SFD(Start of Frame Delimiter) 필드의 바로 뒤 및 PHR 필드의 앞에 위치된다(SP1 패킷). SP 설정 2인 경우(SP2), STS 필드는 PHY 페이로드 뒤에 위치된다(SP2 패킷). SP 설정 3인 경우(SP3), STS 필드는 SFD 필드 바로 뒤에 위치되고, PPDU는 PHR 및 데이터 필드(PHY 페이로드)를 포함하지 않는다(SP3 패킷). 즉, SP3의 경우, 프레임(또는, UWB 메시지)는 PHR 및 PHY 페이로드를 포함하지 않는다.
한편, SP0, SP1 및 SP3은 STS 패킷 설정이 지원되는 경우에 mandatory로 지원되어야 하는 설정이고, SP2은 optional하게 지원되는 설정일 수 있다.
도 4는 두 UWB 장치가 UWB 통신을 수행하는 방법을 나타낸다.
도 4의 실시예에서, 제1 UWB 장치는 컨트롤러(또는, 컨트롤리)의 역할을 수행할 수 있고, 제2 UWB 장치는 제1 UWB 장치의 반대의 역할인 컨트롤리(또는, 컨트롤러)의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제1 UWB 장치는 initiator(또는, responder)의 역할을 수행할 수 있고, 제2 UWB 장치는 제1 UWB 장치의 반대의 역할인 responder(또는, initiator)의 역할을 수행할 수 있다.
(1) 도 4를 참조하면, 제1 UWB 장치 및 제2 UWB 장치는 UWB 단계 이전에, OOB 단계를 옵셔널하게(optionally) 수행할 수 있다. 본 개시에서, OOB 단계는 OOB 연결(connection) 단계로 지칭될 수 있다.
OOB 단계는 OOB 채널(예컨대, BLE 채널)을 통해 UWB 장치를 발견하고, UWB 세션을 설정 및 제어하기 위해 수행되는 단계일 수 있다.
일 실시예에서, OOB 단계는 다음 단계들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
- UWB 장치 및 프로필을 발견하는 단계(device and profile discovery)
- OOB 연결(채널)을 설정하는 단계
- 메시지 및 데이터를 보안하기 위한 보안 채널을 설정하는 단계
- 보안 채널을 통해 UWB 세션을 설정하기 위한 파라미터(예컨대, UWB 성능 파라미터(컨트롤리 성능 파라미터), UWB 설정(configuration) 파라미터 및/또는 세션 키 관련 파라미터)를 교환하는 단계(파라미터 교환 단계)
일 실시예에서, 파라미터 교환 단계는 컨트롤리가 컨트롤러로 컨트롤리 성능 파라미터/메시지(UWB_CAPABILITY)를 전달하기 위한 단계, 컨트롤러가 컨트롤리로 UWB 설정 파라미터/메시지(UWB_CONFIGURATION)를 전달하기 위한 단계 및/또는 한 UWB 장치가 다른 UWB 장치로 UWB 세션을 보호하기 위한 세션 키 관련 파라미터/메시지(SESSION_KEY_INFO)를 전달하기 위한 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤리(UWB) 성능 파라미터 및/또는 세션 키 파라미터는 컨트롤리로부터 컨트롤러로 전달되는 OOB 메시지인 컨트롤리 정보 메시지(CONTROLEE_INFO)에 포함되어 전송될 수 있다. 일 실시예에서, UWB 설정 파라미터 및/또는 세션 키 파라미터는 컨트롤러로부터 컨트롤리로 전달되는 OOB 메시지인 세션 데이터 메시지(SESSION_DATA)에 포함되어 전송될 수 있다.
컨트롤리 성능 파라미터(UWB_CAPABILITY)는 컨트롤리의 장치 성능에 대한 정보를 제공하는 적어도 하나의 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤리 성능 파라미터는 장치의 역할(Initiator 또는 Responder)의 지원에 대한 파라미터, 멀티 노드 지원에 대한 파라미터, STS 설정 지원에 대한 파라미터, 레인징 방법 지원에 대한 파라미터, RFRAME 특징 성능 파라미터, AoA(Angle of Arrival) 지원에 대한 파라미터, 및/또는 Scheduled Mode 지원에 대한 파라미터를 포함할 수 있다.
UWB 설정 파라미터(UWB_CONFIGURATION)는 UWB 세션의 설정을 위해 사용되는 적어도 하나의 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들면, UWB 설정 파라미터는 UWB 세션 ID 파라미터, 레인징 방법 파라미터, 멀티 노드 설정 파라미터, STS 설정 파라미터, Scheduled Mode 파라미터, ToF(time-of-flight) 리포트 파라미터, AoA 관련 파라미터, 레인징 라운드 별 슬롯의 수를 나타내는 파라미터, 슬롯 duration 파라미터, responder 슬롯 인덱스 파라미터, MAC 어드레스 모드 파라미터, 장치 MAC 어드레스 파라미터, 컨트롤리의 수를 나타내는 파라미터, 및/또는 목적지(DST) MAC 어드레스 파라미터를 포함할 수 있다.
세션 키 관련 파라미터(SESSION_KEY_INFO)는 Dynamic STS에 대한 세션 키 관련 파라미터 및/또는 Static STS에 대한 세션 키 관련 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들면, Dynamic STS에 대한 세션 키 관련 파라미터는 UWB 세션 키를 생성하기 위해 교환되는 데이터 또는 UWB 세션 키로서 직접 사용되는 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들면, Static STS는 UWB-enabled 어플리케이션의 제공자인 벤더의 ID(Vendor ID) 및 UWB 장치에 대한 UWB-enabled 어플리케이션에 의해 선택된 미리 정의된 임의의 값(Static STS IV)을 포함할 수 있다. 벤더 ID는 Static STS를 위한 phyVupper64 파라미터를 설정하기 위해 사용될 수 있고, Static STS IV는 vUpper64 파라미터를 설정하기 위해 사용될 수 있다.
(2) 제1 UWB 장치 및 제2 UWB 장치는 UWB 단계를 수행할 수 있다. 본 개시에서, UWB 단계는 UWB 연결 단계로 지칭될 수 있다.
UWB 단계는 UWB 세션을 통해 UWB 레인징을 수행하고, 서비스 데이터를 전달하기 위해 수행되는 단계일 수 있다.
일 실시예에서, UWB 단계는 다음 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
- UWB 세션을 시작하는 단계 (UWB Trigger)
- 두 UWB 장치 간의 거리/위치를 획득하기 위한 UWB 레인징을 수행하는 단계
- 서비스 데이터를 교환하는 단계(transaction)
한편, 상술한 것처럼, OOB 단계는 옵셔널한 단계로서, 실시예에 따라서는 생략될 수 있다. 예를 들면, UWB 장치의 발견 및/또는 UWB 세션의 설정과 제어가 UWB 채널(in-band)을 통해 수행되는 경우, OOB 단계는 생략될 수 있다. 예를 들면, In-band discovery가 수행되는 경우, OOB discovery를 수행하는 OOB 단계는 생략될 수 있다. 이 경우, UWB 단계는 UWB 채널을 통해 UWB 장치를 발견하고, UWB 세션 설정을 위한 파라미터를 교환하기 위한 동작을 더 수행할 수 있다.
도 5는 두 UWB 장치가 UWB 레인징을 수행하는 방법을 나타낸다.
도 5a는 제1 UWB 장치가 컨트롤러/initiator로 동작하고, 제2 UWB 장치가 컨트롤리/responder로 동작하는 실시예를 나타내고, 도 5b는 제1 UWB 장치가 컨트롤러/responder로 동작하고, 제2 UWB 장치가 컨트롤리/initiator로 동작하는 실시예를 나타낸다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 컨트롤러는 컨트롤리로 UWB 레인징을 위한 제어 메시지를 전송할 수 있다. 레인징 제어 메시지는 레인징 절차를 제어 및 설정하기 위한 레인징 파라미터(들)을 운반하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 제어 메시지는 레인징 장치의 역할(예컨대, initiator 또는 responder)에 대한 정보, 레인징 슬롯 인덱스 정보 및/또는 레인징 장치의 주소 정보를 포함할 수 있다.
initiator는 UWB 레인징을 개시하기 위한 레인징 개시 메시지를 responder로 전송할 수 있다. 일 실시예에서, initiator는 SP1 패킷 또는 SP3 패킷을 통해 레인징 개시 메시지를 전송할 수 있다. SP1 패킷을 통해 레인징 개시 메시지를 전송하는 경우, 제어 메시지가 레인징 개시 메시지의 PHY 페이로드에 포함되어 전송될 수 있다. SP3 패킷을 통해 레인징 개시 메시지를 전송하는 경우, 레인징 개시 메시지는 PHR 및 PHY 페이로드를 포함하지 않는다.
responder는 레인징 개시 메시지에 응답하여 레인징 응답 메시지를 initiator로 전송할 수 있다. 일 실시예에서, responder는 SP1 패킷 또는 SP3 패킷을 통해 레인징 응답 메시지를 전송할 수 있다. SP1 패킷을 통해 레인징 응답 메시지를 전송하는 경우, 제1 측정 보고 메시지(Measurement Report Message)가 레인징 응답 메시지의 PHY 페이로드에 포함되어 전송될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 측정 보고 메시지는 AoA 측정, responder에 의해 측정된 reply time 및/또는 responder 주소들과 responder들에 대한 round-trip time 측정들의 리스트를 포함할 수 있다. reply time 필드는 레인징 개시 메시지의 수신 시간 및 responder 측에서의 레인징 응답 메시지의 송신 시간 사이의 시간 차이를 지시할 수 있다. 이에 기초하여, SS-TWR(Single-sided two-way ranging)이 수행될 수 있다. SS-TWR을 통한 ToF의 계산은 IEEE 802.15.4z 또는 FiRa에 정의된 방식을 따른다.
DS-TWR(Double-sided two-way ranging)의 경우, initiator는 레인징 교환을 완성하기 위해 레인징 파이널 메시지(Ranging Final Message)를 responder로 더 전송할 수 있다. SP1 패킷을 통해 레인징 파이널 메시지를 전송하는 경우, 제2 측정 보고 메시지(Measurement Report Message)가 레인징 파이널 메시지의 PHY 페이로드에 포함되어 전송될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 측정 보고 메시지는 AoA 측정, 첫 번째(first) responder에 대한 round-trip time(First round-trip time) 및/또는 responder 주소들과 responder들에 대한 reply time 측정들의 리스트를 포함할 수 있다. Measurement Report Message의 송신자가 initiator인 경우, First round-trip time 필드는 initiator로부터의 레인징 개시 메시지 및 first responder로부터의 first 레인징 응답 메시지 사이의 시간 차이를 지시할 수 있다. 또는, Measurement Report Message의 송신자가 responder인 경우, First round-trip time 필드는 responder로부터의 레인징 응답 메시지 및 initiator로부터의 레인징 파이널 메시지 간의 시간 차이를 지시할 수 있다. 이에 기초하여, DS-TWR이 수행될 수 있다. DS-TWR을 통한 ToF(time-of-flight)의 계산은 IEEE 802.15.4z 또는 FiRa에 정의된 방식을 따른다.
한편, 실시예에 따라서는, 상술한 제1 측정 보고 메시지 및/또는 제2 측정 보고 메시지가 레인징 응답 메시지 및/또는 레인징 파이널 메시지에 포함되지 않고, 별도의 메시지를 통해 전송될 수 있다. 예를 들면, Non-deferred 모드가 적용된 경우, 측정 보고 메시지는 레인징 교환 이후에 데이터 프레임을 통해 전송될 수 있다.
한편, initiator와 responder는 미리 정해진 Schedule Mode에 따라 UWB 레인징을 수행할 수 있다. 예를 들면, time-scheduled ranging 모드인 경우, 컨트롤러는 모든 컨트롤리의 ID를 알고, 레인징 전송의 정확한 스케쥴을 지정할 수 있다. 다른 예를 들면, contention-based ranging 모드인 경우, 컨트롤러는 컨트롤리들의 수 및 ID를 모르고, 따라서, UWB 장치들은 서로 경쟁한다. 이 경우, 응답 장치들 간에 충돌이 발생될 수 있다.
도 6은 UWB 레인징을 위해 사용되는 레인징 블록 및 라운드의 구조를 나타낸다.
본 개시에서, 레인징 블록은 레인징을 위한 time period를 지칭한다. 레인징 라운드는 레인징 교환에 참여하는 UWB 장치들의 세트가 관여하는 하나의 전체 레인징-측정 사이클(entire range-measurement cycle)을 완성하기 위한 충분한 기간(period of sufficient duration)일 수 있다. 레인징 슬롯은 적어도 하나의 레인징 프레임(RFRAME)(예컨대, 레인징 개시/응답/파이널 메시지 등)의 전송을 위한 충분한 기간일 수 있다.
도 6에서와 같이, 하나의 레인징 블록은 적어도 하나의 레인징 라운드를 포함하고, 각 레인징 라운드는 적어도 하나의 레인징 슬롯을 포함할 수 있다.
레인징 모드가 block-based mode인 경우, 연속된 레인징 라운드 사이의 평균 시간(mean time)은 상수(constant)일 수 있다. 또는, 레인징 모드가 interval-based mode 인 경우, 연속된 레인징 라운드 사이의 시간은 동적으로 변경될 수 있다. 즉, interval-based mode는 adaptive한 간격(spacing)을 갖는 시간 구조를 채택할 수 있다.
레인징 라운드에 포함되는 슬롯의 수 및 duration은 레인징 라운드 사이에 변경될 수 있다. 이는 컨트롤러의 제어 메시지를 통해 설정될 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자 단말의 위치 정보를 수신하는 방법에 관한 것이다.
본 개시는 사용자 단말의 위치를 이용하여 게이트를 통과하는 경우 사용자 단말에 의하여 통행료를 지불할 수 있는 게이트를 선택하는 방법에 관한 것이다. 다양한 실시예에 따르면, 사용자 단말은 실시간 측위되는 사용자 단말의 위치와, 기 설치된 복수의 게이트 간의 각도를 계산하여 사용자의 진행 방향(또는 진로)를 추적할 수 있으며, 통과할 게이트를 사용자 단말이 선택하고, 선택된 게이트를 통과하였는지 여부를 판단하고, 인증 및 지불할 특정 게이트를 선택하거나 및 지불의 취소 시점을 판단할 수 있다.
도 7을 참조하면, 사용자 단말(또는, 사용자 단말을 가진 사용자)가 BLE 영역에 진입한 경우, 사용자 단말은 적어도 하나의 BLE 앵커로부터 BLE advertising 메시지(패킷)을 수신할 수 있다. 적어도 하나의 BLE 앵커는 BLE 영역에 위치될 수 있다.
BLE advertising 메시지를 수신한 경우, 사용자 단말은 선결 절차(prerequisite procedures)를 수행할 수 있다. 즉, 게이트 시스템 서비스를 준비할 수 있다. 일 실시예에서, 선결 절차는 서버로부터 인증 관련 정보 및/또는 UWB 관련 정보를 획득하기 위해 사용될 수 있다.
사용자 단말이 위치 추정 영역에 진입한 경우, 사용자 단말은 통과할 가장 가까운 게이트를 결정하기 위해 미리 정의된 방식을 이용하여 자신의 위치를 추정할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자 단말은 적어도 하나의 D-TDoA 앵커(701a)로부터 UWB를 통해 TDoA 메시지를 수신하고, D-TDoA 방식을 이용하여 자신의 위치를 추정할 수 있다. 적어도 하나의 D-TDoA 앵커는 위치 추정 영역에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 사용자 단말은 GPS를 이용하여 자신의 위치를 추정할 수 있다.
이후, 사용자 단말은 가장 가까운 게이트를 선택할 수 있다. 일 실시예에서, 모바일 장치는 게이트(들)의 위치 및 위치 추정의 결과에 기초하여 가장 가까운 게이트를 선택할 수 있다.
사용자 단말이 게이트 레인징 영역에 진입한 경우, 사용자 단말은 선택된 게이트(게이트의 앵커(들)(701b, 701c)와 DS-TWR에 기반한 UWB 레인징을 위한 절차를 수행할 수 있다. 먼저, 가장 가까운 게이트를 선택한 후에, 사용자 단말은 해당 게이트와 UWB 레인징을 수행할 수 있고, 이를 기초로 서비스 프로토콜(예컨대, 인증 또는 결제)을 해당 게이트와 수행될 수 있다. 서비스 프로토콜의 메시지 교환 절차가 정상적으로 완료된 후에, 사용자는 게이트를 통과할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자 단말이 게이트로 진입할 경우 사용자 단말에게 요구되는 판단 사항에 관한 것이다.
본 개시에서 제안하는 방법에 따라, 일 실시예로써 사용자가 복수의 게이트 중 한 게이트를 통해 통과하고자 할 때사용자 단말이 필요한 동작은 다음 동작들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
- 사용자가 복수의 게이트 중에서 어떤 게이트 사이로 진입하는지 인식하는 동작
- 두 개의 게이트 중에서 어느 게이트와 무선 접속을 수행해야 하는지 인식하는 동작
- 사용자가 두 게이트 사이를 통과하였는지 여부를 판단하고, 사용자가 경로를 바꾸어 다른 게이트로 들어가거나, 게이트 진입 후 되돌아 나갈 때 등 인증 및 지불을 취소해야 하는 상황인지를 판단하는 동작
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 사용자 단말의 동작에 관한 것이다.
본 개시에서 제안하는 방법에 따라, 지하철 하차 후에 사용자 단말은 어떤 게이트로 진입할 것인지(901 내지 905) 판단할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 사용자가 다수의 게이트로 향하는 경우에 사용자 단말의 위치에 대한 정보를 전달하기 위하여 단말과 통신하는 방식으로써 블루투스 또는 UWB가 이용될 수 있다. 사용자 단말은 블루투스 방송 메시지(예를 들어, BLE advertising message)를 수신하거나 UWB 칩을 통해 앵커(701a, 701b, 701c) 로부터 자신의 위치 좌표를 수신할 수 있다. 사용자 단말의 현재 위치에 대한 정보는 실시간으로 측위(902)될 수 있으며, 게이트의 위치(또는 좌표)에 대한 정보는 정해진 값으로써 사용자 단말이 알고 있는 정보가 될 수 있다.
도 9를 참조하면, 사용자 단말은 자신이 통과하게 될 게이트를 선택할 준비를 할 수 있다. 수신한 사용자 단말의 위치 정보와 미리 수신한 다수의 게이트에 대한 위치를 계산하면 자신과 가까운 두 게이트를 선택(903)할 수 있다. 사용자 단말은 선택된 두 개의 게이트에 대한 좌표와 사용자 단말의 실시간 위치 정보를 이용하여 끼인각을 계산할 수 있다. 끼인각은 사용자 단말이 두 게이트와 멀리 있을 경우는 약 90도 보다 작은 값을 가지고, 가까워질수록 약 90도에 근접하게 되고, 더 가까워질 경우 약 90도를 초과하게 된다. 끼인각이 90도 초과인 경우에는 선택된 두 게이트 사이로 통과하는 것이라고 판단할 수 있으며 90도 미만인 경우에는 선택된 두 게이트 사이로 통과하는 것이 아니거나 통과 한 이후라고 판단할 수 있다. 따라서, 끼인각이 약 90도를 초과(905)하는 경우에 사용자 단말은, 선택한 두 게이트 사이로 이동하고 있는 것임을 인식할 수 있으며, 끼인각이 약 90도 미만인 경우에 사용자 단말은, 자신이 선택한 두 게이트 사이로 근접하고 있지 않다는 뜻이므로 자신과 가까운 게이트에 대하여 새로 선택(903)할 필요가 있다. 이 경우, 실시간으로 단말은 서버에 요청하지 않고도 자신의 위치에 대한 정보를 수신할 수 있다.
도 9를 참조하면, 사용자 단말은 선택한 두 게이트가 자신의 진입 경로에 해당하는 게이트라고 판단한 후에, 두 게이트 중에서 인증 및 결제를 수행할 특정 게이트를 선택할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 두 게이트와 사용자 단말 사이의 끼인각이 90도를 초과하는 경우(905), 사용자 단말을 기준으로 두 게이트 중 무선 접속을 수행할 게이트의 위치를 계산(906)할 수 있다. 일 예로, 지하철 게이트에서는 진입 방향의 오른쪽 게이트에서 인증 및 결제가 수행되므로 사용자 단말은 두 개의 게이트 중에서 어느 게이트가 오른쪽에 있는지 계산(906)하고, 우측에 게이트가 존재한다고 판단되면(907) 사용자 단말은 우측의 게이트를 선택하여 요금 결제를 위한 인증 또는 지불 수행을 요청(908)할 수 있다. 게이트가 우측에 존재하지 않거나, 우측 게이트를 찾지 못하였거나, 우측에 위치한 게이트를 계산하였으나 다시 돌아나온 경우 등 변동 사항이 생기면 다시 사용자 단말과 가까운 게이트를 선택하는 동작(903)으로 회귀할 수 있다. 사용자 단말은 이동하는 동안 실시간으로 위치에 대한 정보를 적어도 하나의 앵커로부터 수신할 수 있다. 사용자 단말과 두 게이트 사이의 끼인각이 약 90도 미만인 경우(909), 두 게이트와 사용자 단말 사이의 거리가 멀어졌음을 알 수 있고, 게이트를 통과(910)하였다고 인지할 수 있다. 사용자 단말과 두 게이트 사이의 끼인각이 약 90도 미만이 되는 경우(909)라도 사용자가 게이트를 통과한 것이 아니라 다시 되돌아 나오는 경우(910)가 있을 수 있다. 사용자 단말이 인증 및 지불을 수행한 경우라면 취소 요청(911)을 할 수 있다. 사용자 단말이 인증 및 지불의 취소를 요청(911)할 경우, 다시 사용자 단말과 가까운 두 게이트를 선택(903)하여 두 게이트와 사용자 단말 사이의 끼인각을 계산(904)하는 과정으로 회귀할 수 있다. 새로운 두 게이트를 선택한 사용자 단말은 끼인각이 약 90도를 초과(905) 하는지 판단하여 두 게이트 중 인증 및 지불을 수행할 게이트를 계산(907)하여 계산된 게이트를 선택하여 인증 및 지불을 요청(908)할 수 있다.
도 9를 참조하면, 사용자 단말이 인증 및 결제를 요청하고, 사용자가 두 게이트를 통과하였는지 여부를 확인한 후 인증 및 지불에 대한 승인을 요청(912)할 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자의 이동 경로를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 예를 들어 제2 게이트 및 제3 게이트를 선택하여 ① 방향으로 이동하고, 사용자 단말은 ② 에서 오른쪽에 위치한 제2 게이트를 선택하여 무선 접속을 수행할 수 있다. 만약에 사용자가 진행 경로를 바꾸어 ③ 경로와 같이 되돌아갔다면 사용자 단말은 인증 및 지불 요청을 취소하고, 새로운 두 게이트를 서칭할 수 있다. ④ 에서 사용자 단말은 제1 게이트 및 제2 게이트를 통과할 게이트로 선택하여 제1 게이트를 통해 요금을 지불하여 두 게이트 사이를 통과할 수 있다. 사용자 단말은 ⑤ 방향으로 이동하면서 제1 게이트 및 제2 게이트와 사용자 단말 간의 끼인각이 약 90도 미만으로 줄어들면서 게이트 사이를 통과하였다고 판단하고 인증 및 지불을 최종적으로 승인할 수 있다.
도 11a 및 11b는 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자의 진입에 따른 끼인각 변화를 도시한 것이다.
일 실시예에 의하면, 사용자 단말이 두 게이트와의 끼인각을 계산하는 것은 코사인 제2 법칙을 활용할 수 있다. 도 11a을 참조하면 단말이 ①구간의 경로에 위치하는 경우 두 게이트와의 끼인 각은 약 90도 미만인 구간이 될 수 있다. 사용자 단말이 게이트로 접근하면서 ②구간으로 진입하게 되면, 두 게이트와 사용자 단말이 이루는 끼인각(1101)이 약 90도를 이루는 영역은 반지름(1102)이 r인 원이 될 수 있다. 지름(2r)은 제1 게이트(1110a)와 제2 게이트(1110b) 사이의 거리가 될 수 있다. 제1 게이트(1110a)의 위치를 (0-r, 0), (r은 게이트 사이 거리의 절반) 제2 게이트(1110b) 위치를 (0+r, 0), (r은 게이트 사이 거리의 절반)이라고 가정하고, 측위된 사용자 단말 위치를 (x, y)라고 하면 코사인 제2 법칙[수학식1]을 활용하여 끼인각(
Figure pat00001
)에 대한 cosine값을 알 수 있다. ②구간은 제1 게이트(1110a)와 제2 게이트(1110b)와 사용자 단말 간의 끼인각이 약 90도 이상에 해당하는 영역을 형성할 수 있다. ③구간에서는 끼인각(
Figure pat00002
)이 약 90도 미만으로 형성되어 제1 게이트 및 제2 게이트 사이를 통과하였다고 볼 수 있다.
Figure pat00003
a=2r, b=
Figure pat00004
, c=
Figure pat00005
일때,
Figure pat00006
도 11b를 참조하면, 사용자가 다수의 게이트로 진입하는 경우에, 끼인각은 ①예각, ②직각, ③둔각으로 끼인각이 점점 증가 할 수 있다. 끼인각이 직각이 되는 단말의 위치를 이으면 반지름이 r인 원 영역으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 반지름이 r인 원 영역 내로 사용자 단말이 진입하는 조건으로 인증 및 지불에 대한 서비스를 개시할 수 있다. 또는, 인증 및 지불에 대한 서비스 개시 후에 반지름이 r인 원 영역 밖으로 벗어나는 시점을 사용자 단말은 인증 및 지불을 승인을 요청하는 시점으로 할 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자 단말과 게이트의 위치를 벡터로 도식화 한 도면이다.
일 실시예에 의하면, 사용자 단말은 인증을 수행할 하나의 게이트를 선택할 수 있다. 일반적으로, 두 게이트 중에서 오른쪽에 있는 게이트와 인증 및 결제를 수행할 수 있다. 사용자 단말이 하나의 게이트를 선택하는 것은 벡터의 회전각을 이용하여 오른쪽(또는 왼쪽) 게이트임을 알 수 있다. 도 12을 참조하면, 사용자 단말의 현재 위치(1201)을 (x,y)로 표현할 수 있고, 현재 위치(1201)에 대한 정보는 실시간으로 측위 되어 사용자 단말이 요청하지 않더라도 현재 위치(1201)에 대한 정보를 수신할 수 있다. 제1 게이트(1202) 및 제2 게이트(1203)의 위치에 대한 정보는 사용자 단말이 미리 수신할 수 있다. 사용자 단말은 현재 위치(1201)에서 포인트(1204)방향으로 진행할 것이며, 현재 위치(1201)에서 포인트(1204)로의 벡터는 수선 벡터로써, 제1 게이트 및 제2 게이트가 이루는 변과 수직 방향이 될 수 있다. 현재 위치로부터 제1 게이트로 향하는 벡터 G1은 (a-x, b-y), 현재 위치(1201)로부터 제2 게이트(1203)으로 향하는 벡터 G2는 (c-x, d-y), 현재 위치로부터 포인트(1204)가 이루는 수선 벡터(P1)는 (e-x, f-y)가 될 수 있다. 벡터 회전각 계산식을 활용하여 벡터 P1 과 G1 및 P1과 G2의 회전각(
Figure pat00007
)을 구할 수 있다. 2차원 평면에서 두 벡터 v1 = (x1,y1), v2 = (x2,y2)가 이루는 각 및 각의 방향(시계방향, 반시계방향)은 벡터 회전각 계산식[수학식2]을 이용하면 θ가 +면 v1->v2는 반시계방향, -면 시계방향임을 알 수 있다.
Figure pat00008
도 12를 참조하면, G1 = (
Figure pat00009
,
Figure pat00010
), P1 = (
Figure pat00011
,
Figure pat00012
)일 때, 벡터 회전각 계산식
Figure pat00013
를 활용하여
Figure pat00014
가 양수(+)일 경우 진행 방향을 기준으로 왼쪽(left)에 있는 게이트라고 인식하고, 음수(-)일 경우 오른쪽(right)에 있는 게이트로 인식할 수 있다. 따라서 두 게이트 중에서 사용자 단말이 하나의 게이트를 선택하여 오른쪽 또는 왼쪽의 게이트와 인증 및 결제를 수행할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 사용자 단말은 두 게이트 사이를 통과하였는지 여부를 판단할 수 있다. 사용자 단말은 게이트 통과 여부를 확인하기 위하여 게이트로 구분되는 영역으로부터 사용자의 위치를 구분할 수 있다. 사용자 단말이 인증 또는 결제를 수행할 한쪽 게이트를 선택한 이후에 사용자 단말은 게이트 사이를 통과하였는지 여부를 확인할 필요가 있다.
도 13을 참조하면, 예를 들어, 우측으로 확인된 제1 게이트로부터 제2 게이트로 향하는 벡터 G1G2(1301)를 (c-a, d-b), 제1 게이트로부터 현재 위치로 향하는 벡터 G1P2(1302)를 (a-x, b-y)라고 할 수 있다. 벡터 회전각 계산식을 활용하여 G1G2(1301) 및 G1P2(1302) 사이의 회전각을 구할 수 있다.
Figure pat00015
가 양수(+)일 경우 왼쪽(Left), 음수(-)일 경우 오른쪽(Right)으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 사용자 위치가 제1 게이트로부터 제2 게이트로 향하는 벡터 G1G2(1301)를 기준으로 우측일 경우 사용자는 게이트를 통과한 상태이고, 좌측일 경우 게이트를 통과하지 않은 상태라고 인식할 수 있다. 사용자 단말은 자신의 현재 위치에 대한 정보와 회전각 계산식을 활용하여 제1 게이트와 제2 게이트 사이를 통과하기 전 진입 상태인지, 제1 게이트와 제2 게이트 사이를 통과한 것으로 인식하여 인증 및 결제를 진행할 것인지 판단할 수 있다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 설정한 각도에 따라 형성되는 접근 영역을 도시한 것이다.
일 실시예에 따르면, 사용자 단말과 두 게이트간의 끼인각이 직각이 되는 위치는 두 게이트간 거리의 절반인 반지름 r인 원형이 될 수 있으며, 끼인각이 둔각이 되는 영역내로 사용자 단말이 진입하게 되면 인증 및 지불에 대한 서비스를 개시하도록 할 수 있다. 제1 게이트 및 제2 게이트사이의 거리가 약 60cm 인 경우에 r은 약 30cm 이고, 2r은 약 60cm으로 가정하면, 끼인각(θ) 이 약 90˚미만일 경우(예를 들어, 사용자 단말이 두 게이트의 중점으로부터 반지름r인 약30cm 보다 먼 거리에 위치함), 사용자 단말이 게이트로부터 멀리 떨어져 있다고 인식할 수 있다. 끼인각(θ)이 약 90˚인 경우(예를 들어, 사용자 단말이 두 게이트의 중점으로부터 30cm 거리에 위치함), 사용자 단말은 인접한 두 게이트 사이 중점을 중심으로 갖는 원 영역 상에 위치한다고 인식할 수 있다. 끼인각(θ)이 약 90˚초과인 경우(예를 들어, 사용자 단말이 두 게이트의 중점으로부터 30cm 보다 가까운 거리에 위치함), 사용자 단말이 게이트에 가까이 위치한다고 인식할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 설계자는 끼인각(θ)과 두 게이트 사이의 거리(r)을 설정하여 게이트에 접근(gate access)하는 영역(geofence)의 범위를 설정할 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말이 두 개의 게이트를 선택하는 시점을 좌표 범위를 통해 영역으로 지정할 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말이 두 게이트와 90도 이외의 각도에 해당하는 끼인각을 형성할 경우에 사용자 단말은 인증 및 결제를 수행할 하나의 게이트를 선택하도록 할 수 있다. 도 14를 참조하면, 끼인각 별로 게이트에 접근(gate access)하는 영역(geofence)의 범위를 지정할 수 있다. 예를 들어, 끼인각 별 영역(geofence)은 게이트의 위치를 기준으로 끼인각에 따라 그려진 도형의 내부가 단말이 게이트에 접근할 수 있는 조건이 되는 영역을 의미한다. 끼인각을 조절함으로써 사용자 단말이 게이트를 탐지 및 접근할 수 있는 영역에 대한 설정을 할 수 있다. 예를 들어, 끼인각이 클수록 영역(geofence)의 범위가 좁고, 끼인각이 작을수록 영역(geofence)의 범위가 넓을 수 있다. 영역(geofence)의 확장 과정에서 이웃하는 영역(geofence)에 대한 간섭이 적은 범위로 설정할 수 있다. 예를 들어, 끼인각을 약 60도로 설정할 경우에는 두 게이트와 사용자 단말이 이루는 각도가 약 60도인 지점이 이루는 영역(1401)과, 끼인각을 약 120도로 설정하고 두 게이트와 사용자 단말이 이루는 각도가 약 120도인 지점이 이루는 영역(1403)을 비교하였을 때 끼인각이 작을수록 게이트 기준 사용자 단말의 진입 영역이 넓어질 수 있다.
도 15a 내지 도 15f는 본 개시의 일 실시예에 따른 다수의 게이트가 형성하는 영역들을 도시한 것이다.
일 실시예에 따르면, 게이트가 n개일 경우 사용자 단말이 게이트를 탐지 및 접근할 수 있는 영역(geofence) 범위와 끼인각 과의 관계식을 알 수 있다. 또한 복수의 영역(geofence)이 간섭될 수 있는 영역을 계산하고 끼인각을 조절함으로서 설계자가 원하는 영역(geofence)대를 설정할 수 있다. 예를 들어, 끼인각을 약 60도로 설정할 경우에는 두 게이트와 사용자 단말이 이루는 끼인각이 약 60도인 지점이 이루는 영역(1501)은 중심이 (0, y)인 원형을 이룰 수 있다. 중심 (0, y)에서 y는 제1게이트 및 제2 게이트는 (0, 0) 에서 각각 약 r 만큼 떨어져 있다고 하면 끼인각이 약 60도인 지점이 이루는 영역(1501)의 반지름 R은 sin 함수를 통해 구할 수 있다. 반지름 R 과 함께 중심 (0, y)의 좌표를 알 수 있다.
Figure pat00016
Figure pat00017
위 수식으로 끼인각을 조절하여 게이트가 n개일 경우 사용자 단말이 게이트를 탐지 및 접근할 수 있는 영역(geofence) 범위 및 간섭 정도를 조절할 수 있다. 도 15a 내지 도 15f 를 참조하면 끼인각 및 게이트간의 거리의 절반값 r을 조절하여 이웃하는 영역(geofence)와의 간섭 영역을 조절할 수 있다.
본 개시의 실시 형태는 지하철의 게이트를 통과하였을 때 사용자가 지나가더라도 요금이 승인/결제되는 경우뿐만 아니라 사용자 단말의 UWB가 자동으로 현관문 자물쇠와 통신하여 사용자가 접근했을 때 문이 열리는 경우 등 다양한 실시예에 적용 될 수 있다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 사용자 단말의 동작을 도시한 것이다.
도 17은 본 개시의 사용자 단말 장치를 도시한 것이다.
본 개시에서, 사용자 단말은 복수의 게이트의 위치 정보 및 사용자 단말의 위치 정보를 기반으로 사용자 단말과 복수의 게이트 중 사용자 단말과 가장 가까운 두개의 게이트를 선택(1602)할 수 있다.
본 개시에서, 사용자 단말은 두 개의 게이트와 사용자 단말이 이루는 제1 끼인각의 값에 기초하여 사용자 단말이 결제 영역 내로 진입하였는지 식별(1603)할 수 있다. 만약 결제 영역 내로 진입하지 않은 것으로 판단되면 다시 두 개의 게이트를 선택(1602) 과정으로 회귀한다. 결제 영역은 사용자 단말이 게이트를 탐지 및 접근할 수 있는 영역(geofence)과 같은 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 끼인각은 특정 각도를 가지는 값으로 설정된 경우, 제1 끼인각이 특정 각도를 초과하는 경우에 결제 영역 내로 사용자 단말이 진입하였다고 식별할 수 있다.
본 개시에서, 사용자 단말이 결제 영역 내로 진입된 것으로 식별되는 경우, 두 개의 게이트 중에서 인증 또는 결제를 처리할 제1 게이트를 선택하고, 제1 게이트에 대한 인증 또는 결제를 위한 요청을 전송(1604)할 수 있다. 제1 게이트는 예를 들어, 오른쪽 방향에 위치한 게이트가 될 수 있다.
본 개시에서 게이트와 사용자 단말이 이루는 제2 끼인각의 값에 기초하여, 사용자 단말이 게이트를 통과했는지 여부를 식별(1605)할 수 있다. 제2 끼인각은 게이트를 통과한 이후에 측위된 자료에 의하여 실시간으로 계산되는 값이 될 수 있다. 제2 끼인각이 특정 각도로 설정된 경우에, 제2 끼인각이 특정 각도 보다 작은 값을 가질 경우에 사용자 단말이 두 게이트 사이를 통과하였다고 식별할 수 있다.
본 개시에서, 사용자 단말이 게이트를 통과하였다고 식별하게 되면, 인증 또는 결제를 승인하기 위한 요청 또는 인증 또는 결제를 취소하기 위한 요청을 선택된 제1 게이트로 전송(1606)할 수 있다.
본 개시에서 사용자 단말(1707)은 송수신기(1702) 및 프로세서(1703)을 포함할 수 있다. 사용자 단말은 송수신기(1702) 및 프로세서(1703)을 통해 도 7 내지 도 16에서 개시한 동작을 수행할 수 있다.
본 개시에서 사용자 단말에 대한 실시간 측위 동작과 관련하여, 일 예로, UWB가 동작되기 이전에 먼 거리에서 BLE가 먼저 통신할 대상을 확인할 수 있으며, 이후 BLE가 상대방을 확인하고 일정 영역 내로 들어오면 UWB 통신이 이루어질 수 있다. UWB 통신은 양단 간 동기가 설정된 다음, UWB와 게이트 간의 근접거리가 되었다는 것을 인식하면 문이 열리고, 보안, 인증, 결재 시스템 등이 작동될 수 있다.
본 개시에 의하면, BLE 보다 정확한 측위 방법인 UWB 측위 방법을 활용하는 것이 바람직할 수 있다. 블루투스를 이용할 경우 사용자 단말과 사용자 단말이 위치하는 주변 환경에 설치된 복수의 비콘들에 의하여 사용자 단말의 위치를 측위할 수 있다. 다수의 비콘에 의한 신호 세기의 바운더리(boundary)를 이용하여 결제 프로세스를 진행하는 방법이 될 수 있다. 그러나, 신호 세기를 통해 바운더리를 결정하는 것은 원하는 모양과 크기를 선택 또는 유지하는 것에 어려움이 있을 수 있다. 본 개시는, 요금의 지불 절차를 수행함에 있어서 정확한 위치에서 지불의 요청, 승인 및 취소가 이루어지기 위하여 사용자의 위치와 게이트의 사이의 각도를 계산하고, 주변 RF 신호와 관계없이 우수한 성능을 기대할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (18)

  1. 사용자 단말의 방법에 있어서,
    복수의 게이트의 위치 정보 및 사용자 단말의 위치 정보를 기반으로, 상기 사용자 단말과 복수의 게이트 중 사용자 단말과 가장 가까운 두 개의 게이트를 선택하는 과정;
    상기 두 개의 게이트와 상기 사용자 단말이 이루는 끼인각의 값에 기초하여, 상기 사용자 단말이 무선 접속 영역 내로 진입하였는지를 식별하는 과정; 및
    상기 사용자 단말이 상기 무선 접속 영역 내로 진입된 것으로 식별되는 경우, 상기 두 개의 게이트 중 무선 접속을 수행할 제1 게이트를 선택하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 게이트에 대한 무선 접속을 위한 요청을 전송하는 과정;
    상기 두 개의 게이트와 상기 사용자 단말이 이루는 끼인각의 값에 기초하여, 상기 사용자 단말이 게이트를 통과했는지 여부를 식별하는 과정; 및
    상기 사용자 단말이 게이트를 통과했는지 여부를 식별하는 것에 기초하여, 인증 또는 지불의 승인 요청 또는 상기 인증 또는 지불을 취소하기 위한 요청을 전송하는 과정을 더 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사용자 단말의 상기 위치 정보는 실시간으로 사용자 단말의 위치가 측정되어 주기적으로 수신하는 것인, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 끼인각은 상기 사용자 단말이 상기 두 개의 게이트를 선택한 이후 상기 게이트를 통과하는 동안 실시간으로 계산되는 것인, 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 사용자 단말이 상기 무선 접속 영역 내로 진입하였는지 식별하는 과정은, 상기 끼인각이 특정 각도 이상인지 여부로 식별하는 것인, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 사용자 단말이 상기 무선 접속 영역 내로 진입하지 않은 것으로 식별된 경우, 상기 사용자 단말은 상기 복수의 게이트 중 상기 사용자 단말과 가장 가까운 두 개의 게이트를 선택하는 것인, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 게이트는, 상기 사용자 단말과 상기 두 개의 게이트가 이루는 삼각형에서 상기 사용자 단말의 진행 방향으로 이루는 수선 벡터와 상기 사용자 단말과 어느 하나의 게이트가 이루는 벡터의 회전 각도를 계산하여 선택하는 것인, 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 사용자 단말이 게이트를 통과했는지 여부를 식별하는 과정은, 상기 제1 게이트에서 상기 사용자 단말로 향하는 벡터와 상기 제1 게이트에서 상기 두 개의 게이트 중 다른 하나의 게이트로 향하는 벡터 사이의 회전각으로 식별하는 것인, 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 끼인각이 특정 값 이상인 경우에는 상기 사용자 단말이 상기 게이트를 통과하지 않은 것으로 보고, 상기 끼인각이 상기 특정 값 미만인 경우에는 상기 게이트를 통과한 것으로 식별하는, 방법.
  10. 사용자 단말에 있어서,
    송수신기; 및
    프로세서를 포함하고,
    복수의 게이트의 위치 정보 및 사용자 단말의 위치 정보를 기반으로, 상기 사용자 단말과 복수의 게이트 중 사용자 단말과 가장 가까운 두 개의 게이트를 선택하고, 상기 두 개의 게이트와 상기 사용자 단말이 이루는 끼인각의 값에 기초하여, 상기 사용자 단말이 무선 접속 영역 내로 진입하였는지를 식별하고, 상기 사용자 단말이 상기 무선 접속 영역 내로 진입된 것으로 식별되는 경우, 상기 두 개의 게이트 중 무선 접속을 수행할 제1 게이트를 선택하는 사용자 단말.
  11. 제10항에 있어서, 상기 프로세서는:
    상기 송수신기를 통해, 상기 제1 게이트에 대한 무선 접속을 위한 요청을 전송하고, 상기 두 개의 게이트와 상기 사용자 단말이 이루는 끼인각의 값에 기초하여, 상기 사용자 단말이 게이트를 통과했는지 여부를 식별하고,
    상기 송수신기를 통해, 상기 사용자 단말이 게이트를 통과했는지 여부를 식별하는 것에 기초하여, 인증 또는 지불의 승인 요청 또는 상기 인증 또는 지불을 취소하기 위한 요청을 전송하는 것인, 사용자 단말.
  12. 제10항에 있어서, 상기 프로세서는:
    상기 사용자 단말의 상기 위치 정보는 실시간으로 사용자 단말의 위치가 측정되어 주기적으로 상기 송수신기를 통해 수신하는 것인, 사용자 단말.
  13. 제10항에 있어서, 상기 프로세서는:
    상기 끼인각은 상기 사용자 단말이 상기 두 개의 게이트를 선택한 이후 상기 게이트를 통과하는 동안 실시간으로 계산되는 것인, 사용자 단말.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 프로세서는:
    상기 사용자 단말이 상기 무선 접속 영역 내로 진입하였는지 여부는 상기 끼인각이 특정 각도 이상인지 여부로 식별하는 것인, 사용자 단말.
  15. 제10항에 있어서, 상기 프로세서는:
    상기 사용자 단말이 상기 무선 접속 영역 내로 진입하지 않은 것으로 식별된 경우, 상기 사용자 단말은 상기 복수의 게이트 중 상기 사용자 단말과 가장 가까운 두 개의 게이트를 선택하는 것인, 사용자 단말.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제1 게이트는, 상기 사용자 단말과 상기 두 개의 게이트가 이루는 삼각형에서 상기 사용자 단말의 진행 방향으로 이루는 수선 벡터와 상기 사용자 단말과 어느 하나의 게이트가 이루는 벡터의 회전 각도를 계산하여 선택하는 것인, 사용자 단말.
  17. 제10항에 있어서, 상기 프로세서는:
    상기 제1 게이트에서 상기 사용자 단말로 향하는 벡터와 상기 제1 게이트에서 상기 두 개의 게이트 중 다른 하나의 게이트로 향하는 벡터 사이의 회전각으로 상기 사용자 단말이 게이트를 통과했는지 여부를 식별하는 것인, 사용자 단말.
  18. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는:
    상기 끼인각이 특정 값 이상인 경우에는 상기 사용자 단말이 상기 게이트를 통과하지 않은 것으로 보고, 상기 끼인각이 상기 특정 값 미만인 경우에는 상기 게이트를 통과한 것으로 식별하는 것인, 사용자 단말.

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