KR20230028034A - 전력 소모를 최소화하기 위한 uwb on/off 동작 방법 및 이를 적용한 uwb 앵커 - Google Patents

전력 소모를 최소화하기 위한 uwb on/off 동작 방법 및 이를 적용한 uwb 앵커 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 소모를 최소화하기 위한 UWB ON/OFF 동작 방법 및 이를 적용한 UWB 앵커에 관한 것으로, 본 발명에 따른 UWB 앵커는, UWB 앵커에 전원을 공급하는 전원부; 측위(ranging)를 위해 UWB 태그와 UWB 신호를 송수신하며, 상기 UWB 태그의 신호를 수신하지 못하는 경우 수신에 실패했음을 하기 제어부에 전달하는 송수신부; 및 측위 블록(ranging block)별로 누적 합산된 측위 실패 횟수가 최대 측위 시도 횟수에 도달하면 측위 세션을 종료하는 제어부;를 포함한다.

Description

전력 소모를 최소화하기 위한 UWB ON/OFF 동작 방법 및 이를 적용한 UWB 앵커{UWB ON/OFF OPERATION METHOD TO MINIMIZE POWER CONSUMPTION AND UWB ANCHOR USING THE SAME}
본 발명은 전력 소모를 최소화하기 위한 UWB ON/OFF 동작 방법 및 이를 적용한 UWB 앵커에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, UWB 앵커가 측위에 지속적으로 실패하여 실패 횟수가 임계치에 도달할 경우, 수신 대기하지 않도록 하여 전력 소모를 최소화하는, UWB ON/OFF 동작 방법 및 이를 적용한 UWB 앵커에 관한 것이다.
UWB(Ultra-wideband)는 고주파수(6~8GHz)에서 매우 넓은 대역폭(500MHz 이상)에서 작동하는 무선 통신 프로토콜이다. UWB를 이용해 위치 인식/위치 추적/원격 결제 등 다양한 기능을 수행할 수 있다. 특히 UWB의 장점은 기존의 협대역 시스템에 비해 거리 추정 정밀도가 뛰어나다는 것이다. UWB를 이용한 측위(ranging, 거리 계산) 방법 중 ToF(Time of Flight)는 통신 주체 사이의 신호 도달 시간에 광속을 곱하여 통신 주체 간 물리적 거리를 산출하는 방식이다.
UWB 앵커(anchor)는 스마트키/디지털키 시스템의 측위 프로세스에서 응답자 역할을 수행한다. UWB 개시자(initiator) 역할을 수행하는 UWB 태그(tag, 예를 들어 스마트키 시스템의 포브나 디지털키 시스템이 탑재된 스마트폰)의 최초 신호(pre-poll message)를 UWB 앵커(anchor)가 수신한 후 이에 응답함으로써 동작이 완성된다. 그런데 스마트키/디지털키 시스템에 사용되는 복수 개의 UWB 앵커가 언제나 모두 동작하는 것은 아니다. UWB 무선 통신의 특성상 UWB 태그와 멀리 떨어져 있거나, 직선성 미확보 및 재료 영향도 등 여러가지 사유로 UWB 신호를 UWB 앵커가 수신하지 못하는 경우, 해당 UWB 앵커는 수신 윈도우를 계속 열어 두게 되어 불필요한 전력 소모가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, UWB 앵커가 측위에 지속적으로 실패하여 설정된 실패 횟수의 임계치에 도달할 경우 측위 세션을 종료하여 수신 대기하지 않도록 하도록 하면서도, 일정 시간 후에 수신 대기 상태로 재진입하도록 함으로써, 불필요한 전력 소모를 최소화하고 UWB 측위 성능의 저하를 방지하는 UWB ON/OFF 동작 방법 및 이를 적용한 UWB 앵커를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소모를 최소화하기 위한 UWB ON/OFF 동작 방법을 적용한 UWB 앵커는, UWB 앵커에 전원을 공급하는 전원부; 측위(ranging)를 위해 UWB 태그와 UWB 신호를 송수신하며, 상기 UWB 태그의 신호를 수신하지 못하는 경우 수신에 실패했음을 하기 제어부에 전달하는 송수신부; 및 측위 블록(ranging block)별로 누적 합산된 측위 실패 횟수가 최대 측위 시도 횟수에 도달하면 측위 세션을 종료하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 기 설정된 UWB OFF 시간이 경과하면 상기 UWB 앵커가 다시 수신 대기(UWB ON) 상태로 진입되도록 할 수 있고, 상기 UWB OFF 시간은 상기 수신 대기(UWB ON) 상태가 유지되는 시간 보다 길게 설정될 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소모를 최소화하기 위한 UWB ON/OFF 동작 방법을 적용한 스마트키 시스템은, 차량에 설치되고, UWB 통신을 통해 자신과 UWB 태그와의 거리를 계산하는 복수 개의 UWB 앵커; 및 상기 복수 개의 UWB 앵커에서 송신한 상기 계산된 거리를 이용하여 UWB 태그의 위치를 계산하는 통합 제어기;를 포함하고, 상기 UWB 앵커는 측위 블록(ranging block)별로 누적 합산된 측위 실패 횟수가 최대 측위 시도 횟수에 도달하면 수신 대기 상태를 종료하고 휴지 상태(UWB OFF)에 들어가며, 기 설정된 UWB OFF 시간이 경과하면 다시 수신 대기(UWB ON) 상태로 진입하며, 상기 UWB OFF 시간은 상기 수신 대기(UWB ON) 상태가 유지되는 시간보다 길게 설정된다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소모를 최소화하기 위한 UWB 앵커의 UWB ON/OFF 동작 방법은, UWB 앵커가 UWB 수신 대기 상태(UWB ON)에 진입하는 단계; 측위 블록별로 측위 실패 여부를 판단하는 단계; 상기 측위 실패가 수 개의 측위 블록에 걸쳐 연속적으로 일어날 경우, 상기 제어부가 측위 실패 횟수를 누적 합산하는 단계; 상기 누적 합산된 측위 실패 횟수가 소정의 최대 측위 시도 횟수에 도달하였는지 확인하는 단계; 상기 누적 합산된 측위 실패 횟수가 최대 측위 시도 횟수에 도달한 경우 설정된 UWB OFF 시간 동안 UWB 앵커를 수신 대기하지 않는 상태(UWB OFF)로 유지하는 단계; 및 상기 설정된 UWB OFF 시간이 경과하면 다시 상기 UWB 앵커를 UWB 수신 대기 상태(UWB ON)로 전환하는 단계;를 포함하고, 상기 UWB OFF 시간은 상기 수신 대기(UWB ON) 상태가 유지되는 시간보다 길게 설정된다.
UWB 앵커가 측위에 지속적으로 실패하는 경우의 임계치를 정해 더 이상은 수신 대기하지 않도록 하여 불필요한 전력 소모를 최소화하는 효과가 있다.
또한, 측위 세션 종료 이후 일정한 시점에 다시 수신 대기 상태로 진입(측위 재개)하여 측위 성능이 저하되지 않도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 측위를 위한 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 앵커의 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 측위 블록과 측위 라운드의 개념을 설명하기 위한 참고도.
도 4는 UWB 측위가 성공했을 경우의 1개의 측위 블록에서의 전류 값의 추이를 보여주는 참고도.
도 5는 UWB 측위가 지속적으로 실패하는 경우의 1개의 측위 블록에서의 전류 값의 추이를 보여주는 참고도.
도 6는 최대 측위 시도 횟수가 적용된 경우의 전류 값의 추이를 보여주는 참고도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 앵커의 UWB ON/OFF 시간 설정을 나타낸 도면.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 앵커의 UWB ON/OFF 시간 설정을 나타낸 도면.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 앵커의 UWB ON/OFF 시간 설정을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 앵커의 UWB ON/OFF 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트키 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 태그의 평균 이동 속도의 산출에 관한 참고도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 앵커의 UWB ON/OFF 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
명세서에 기재된 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
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. 이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 측위를 위한 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에서는 차량(10)에 복수 개의 UWB 앵커(110)를 장착하고, UWB 태그(200)에서 송신된 최초 신호를 UWB 앵커(110)가 수신하여 교신함으로써 UWB 태그(200)에 대한 측위가 이루어진다. 이 때 UWB 태그(200)는 UWB 개시자의 역할을, UWB 앵커(110)는 UWB 응답자의 역할을 수행한다. UWB 태그(200)는 위치 추적의 대상이 되며 UWB 통신이 가능한 무선기기를 말한다. 예를 들어, UWB 태그(200)는 스마트키 시스템에서 동작하는 포브 또는 디지털키 시스템이 탑재된 스마트폰일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 앵커(110)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 앵커(110)는 전원부(111), 송수신부(112), 제어부(113), 차량 네트워크 통신부(114)를 포함하여 구성된다.
전원부(111)는 제어부(113)의 제어에 따라 UWB 앵커(110)에 전원을 공급한다. 예를 들어 전원부(111)는 제어부(113)의 제어에 따라 UWB 앵커(110)에 공급되는 전류 값을 달라지게 할 수 있다.
송수신부(112)는 UWB 태그(200)의 최초 신호(pre-poll)를 수신하고, 이에 대해 응답 신호(response)를 보내거나, UWB 태그(200)의 최종 신호를 수신할 수 있다. 또한 UWB 태그(200)에게 UWB 태그(200)의 거리 데이터에 대한 보고(report) 신호를 송신할 수 있다. 송수신부(112)는 상기 신호들 이외에도 UWB 측위에 필요한 다른 신호를 UWB 태그(200)와 주고받을 수 있다. 송수신부(112)는 측위 라운드(ranging round) 이내에 UWB 태그(200)의 신호를 수신하지 못하여 측위를 할 수 없는 경우 이를 제어부(113)에 전달하여 제어부(113)가 측위 블록(ranging block) 별로 측위 실패를 누적 합산할 수 있게 하여, 제어부(113)가 측위 실패 시의 UWB ON/OFF 동작을 할 수 있도록 한다. 측위 실패란, 송수신부(112)가 UWB 태그(200)의 신호를 수신하지 못한 결과 UWB 앵커(110)와 UWB 태그(200)와의 거리를 계산할 수 없는 경우를 말한다. 측위 실패는 UWB 태그(200)의 최초 신호만이 아니라 후속 신호를 수신하지 못하여 상기 거리를 계산할 수 없는 경우를 포함한다.
송수신부(112)는 제어부(113)가 측위 실패 시의 UWB OFF 제어에 따라 수신 윈도우를 닫는다. 또한 송수신부(112)는 UWB 태그(200)가 송신한 최종 신호에 있는 정보(UWB 태그(200)의 ID와 UWB 신호 송수신시점 정보)와 상기 최종 신호의 수신 시점 정보를 제어부(113)에 전달하여 제어부(113)에서 거리를 계산할 수 있도록 한다.
제어부(113)는, 송수신부(112)로부터 측위 실패를 전달받은 경우, 이를 측위 블록(ranging block) 단위별로 누적 합산하여 최대 측위 시도 횟수(MAX_RR_RETRY)에 도달했는지 확인한다. 제어부(113)는 연속적으로 누적 합산된 측위 블록 단위별 측위 실패 횟수가 최대 측위 시도 횟수에 도달한 경우, 기 설정된 UWB OFF 시간을 적용한다. 제어부(113)는 전력 소모를 줄이기 위해 측위 세션을 종료한다(UWB OFF). 즉 송수신부(112)가 수신 윈도우를 닫도록 하고, 전원부(111)가 소정의 전류 값만을 통전하도록 제어한다. 제어부(113)는 기 설정된 측위 블록수나 시간에 따라 UWB OFF 시간을 제어한다. 즉, 설정된 측위 블록수나 시간이 경과하면 다시 측위를 시도한다(수신 대기 상태(UWB ON)로 재진입). 한편, 제어부(113)는 송수신부(112)에서 정상적으로 UWB 태그(200)와의 신호 송수신정보를 전달받은 경우 UWB 태그(200)와 UWB 앵커(110) 간의 거리를 계산한다.
차량 네트워크 통신부(114)는, 차량 내부 통신 버스를 통해 스마트키 시스템의 통합 제어기와 신호를 주고받을 수 있다. 제어부(113)는 연속적으로 누적된 측위 블록 단위별 측위 실패 횟수가 최대 측위 시도 횟수에 도달한 경우, 차량 네트워크 통신부(114)를 통해 통합 제어기에 해당 정보를 전달할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 UWB 앵커의 측위 성공 시와 실패 시의 전력 소모를 비교하여 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 측위 블록과 측위 라운드의 개념을 설명하기 위한 참고도이다.
측위 블록(ranging block)은 측위를 수행하는 시간 단위를 의미한다. 측위 블록은 복수 회의 측위 라운드(ranging round)로 구성된다. 도 3에는 1개의 측위 블록에 8개의 측위 라운드로 구성된 경우를 예시하였으나, 측위 블록에 따른 측위 라운드의 개수는 이와 달라질 수 있다. 도 3의 예시에서는 시간 축에 따라 8개의 측위 블록이 진행된다.
측위 라운드(ranging round)는 UWB 네트워크 상에서 개시자(initiator)와 응답자(responder) 간에 온전한 1회의 측위 이벤트가 이루어지는 단위이다. 도 3의 예시에서는 하나의 측위 블록이 8회의 측위 라운드로 구성된다.
도 4는 UWB 측위가 성공했을 경우의 1개의 측위 블록에서의 전류 값의 추이를 보여주는 참고도이다.
실제 전류 값은 UWB 송신자와 수신자의 상세 동작 모습에 따라 달라지지만, 개념 설명의 편의를 위해 도면의 그래프 상에는 1회의 측위 라운드 중에는 전류 값이 최대값으로 지속되어야 하는 것으로 가정한다(이하의 도면에 있는 그래프에 표기된 전류 값은 대략의 수치임).
첫 번째 측위 라운드에서 측위가 성공했을 경우, 하나의 측위 블록으로 규정된 다른 측위 라운드에는 더 이상 측위를 진행되지 않는다. 따라서, 다른 측위 라운드에서 전류는 측위 시 필요 전류보다 낮은 수준(예를 들어 1/4)으로 유지된다.
도 5는 UWB 측위가 지속적으로 실패하는 경우의 1개의 측위 블록에서의 전류 값의 추이를 보여주는 참고도이다.
UWB 앵커(110)는 첫 번째 측위 라운드에서 마지막 측위 라운드까지 지속적으로 측위를 실패하였으나, UWB 태그(200)로부터 최초 신호(pre-poll)를 수신하기 위해 수신 윈도우를 계속 열어 두어야 한다. 결과적으로, 해당 측위 블록 내에서 측위를 진행하지 않을 경우의 전류 대비 높은 전류(예를 들어 4배)가 지속적으로 유지되어야 하므로 도 4의 경우와 대비할 때 불필요하게 많은 전력이 소모된다.
도 6는 최대 측위 시도 횟수가 적용된 경우의 전류 값의 추이를 보여주는 참고도이다.
전술한 전력 소모 문제에 대응하기 위해 최대 측위 시도 횟수(MAX_RR_RETRY : number of failed ranging round attempts)를 지정한다. 측위에 실패한 측위 블록수가 지정한 횟수에 이르는 경우, 측위 세션을 종료한다. 예를 들어, 도시한 바와 같이 최대 측위 시도 횟수를 5라고 지정한 경우, 5개의 측위 블록에 걸쳐 측위를 시도하고, 측위 세션(ranging session)을 종료한다. 다만, 전력 소모는 줄이되 동시에 측위 성능을 확보해야 하므로 측위 프로세스를 재개하는 시점에 대한 고려가 필요하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 하나의 UWB 앵커(110)는 UWB ON 상태(수신 대기 모드) 또는 UWB OFF 상태(휴지 모드)에 있다. 수신 대기 모드는 UWB 앵커(110)가 UWB 태그(200)에 대한 측위에 성공하였거나, 측위에 실패하더라도 소정의 최대 측위 시도 횟수에 아직 도달하지 않은 경우로서, 수신 윈도우를 열어 두는 모드를 말한다. UWB 앵커(110)가 UWB 태그(200)에 대한 측위를 연속적으로 실패하면 그 누적 실패 횟수를 증가시킨다. 상기 누적 실패 횟수는 측위 블록별로 측위 실패 여부를 판단하여 하나씩 누적 합산되며, 측위 성공 시 0이 된다. 누적 실패 횟수가 소정의 최대 측위 시도 횟수에 도달하면, UWB 앵커(110)는 전력 소모를 줄이기 위해 휴지 모드(수신 윈도우를 열지 않는 상태)로 전환한다. 제어부(113)는 기 설정된 UWB OFF 시간 또는 UWB OFF 측위 블록수에 따라 전원부(111)와 송수신부(112)를 제어한다. 휴지 모드 동안은 제어부(113)의 제어에 따라 송수신부(112)가 수신 윈도우를 열지 않고, 전원부(111)에서 통전하는 전류는 UWB ON 대비 줄어든다. 예를 들어, 수신 대기 모드에서 100mA의 전류가 흐르다가 휴지 모드가 되면 0.1mA의 전류가 흐른다.
도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 앵커(110)의 UWB ON/OFF 시간 설정에 관하여 설명한다. 상기 시간 설정은 UWB ON/OFF를 동일 주기로 반복하는 것인데, UWB OFF 시간을 최대 측위 시도 횟수(MAX_RR_RETRY)로 산출되는 시간과 동일하게 한 것이다.
예를 들어, 최대 측위 시도 횟수가 5이고, 측위 블록을 192ms라고 하면, UWB ON 시간은 192ms에 5를 곱한 960ms가 되며, UWB OFF 시간도 이와 동일한 960ms가 된다. 결국 960ms 주기로 UWB ON/OFF를 반복한다.
이 정책은 UWB 앵커의 전력 소모를 절반으로 줄이면서도 UWB 측위 재개(회복) 타이밍을 최대 측위 시도 횟수를 기준으로 함으로써 측위 성능 저하를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 앵커(110)의 UWB ON/OFF 시간 설정에서는 UWB OFF 시간을 UWB ON 시간보다 짧게 하여 측위 성능을 높일 수 있다.
도 8a를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 앵커(110)의 UWB ON/OFF 시간 설정에 관하여 설명한다. 상기 시간 설정에서는 UWB OFF 시간을 최대 측위 시도 횟수에 무관하게 일정한 시간으로 정한다. 예를 들어, 측위 블록이 192ms이고 최대 측위 시도 횟수가 5일 경우, UWB ON 시간은 192ms에 5를 곱한 960ms가 되고, UWB OFF 시간을 3840ms로 정했을 경우 UWB OFF 시간이 UWB ON 시간의 4배가 된다.
도 8b를 참조하여 상기 시간 설정을 적용한 다른 예를 설명한다. 예를 들어, 측위 블록이 384ms이고, 최대 측위 시도 횟수가 3일 경우, UWO ON 시간은 384ms에 3을 곱한 1152ms가 되며, UWB OFF 시간을 3840ms로 정했을 경우, UWB OFF 시간이 UWB ON 시간의 3.33배가 된다.
상기 시간 설정은 UWB 앵커의 전력 소모를 크게 줄일 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 UWB 앵커의 UWB ON/OFF 시간 설정은, UWB ON 시간 동안 해당 UWB 앵커에서 측위에 계속 실패할 경우 UWB OFF 시간을 초기에 지정된 시간에서 일정 단위로 증가시키는 방법이다. 예를 들어, 측위 블록이 192ms이고 최대 측위 시도 횟수가 5이면, UWB ON 시간은 192ms에 5를 곱한 960ms가 된다. 초기 UWB OFF 시간을 3840ms로 정하고 증가 단위를 측위 블록 시간인 192ms로 설정한다. 초기에는 UWB OFF 시간이 UWB ON 시간의 4배이지만, 차기의 UWB ON 시간 동안 측위에 실패할 경우 UWB OFF 시간이 4.2배(4032ms)가 되고, 그 다음 UWB ON 시간 동안 측위에 실패할 경우 UWB OFF 시간이 UWB ON 시간 대비 4.4배(4224ms)가 된다. 이 방법은 UWB 앵커의 전력 소모를 크게 줄일 수 있다는 장점이 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 앵커의 UWB ON/OFF 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, S110 단계에서는 UWB 앵커(110)가 UWB ON 상태에 진입하여(수신 대기 모드), 제어부(113)의 제어에 따라 송수신부(112)는 수신 윈도우를 열게 되고, 전원부는(111)는 UWB 태그(200)로부터 UWB 신호를 수신할 수 있을 정도의 전류를 통전한다.
S120 단계에서는, 측위 블록별로 측위 실패 여부를 판단한다. 즉, 송수신부(112)는 측위 라운드(ranging round) 이내에 UWB 태그(200)의 신호를 수신하지 못하여 측위를 할 수 없는 경우 이를 제어부(113)에 전달하여 제어부(113)가 측위 블록(ranging block) 별로 측위 실패를 누적 합산할 수 있게 한다. 제어부(113)는 해당 측위 블록 내에 있는 모든 측위 라운드에서 측위에 실패하는 경우 해당 측위 블록에서는 측위가 실패한 것으로 판단한다.
S130 단계에서는, 연속 측위 실패 횟수를 누적 합산한다. 예를 들어, 이전 측위 블록에서 측위를 실패하였는데, 그 다음 측위 블록에서 측위를 실패하였다면 연속 측위 실패 횟수는 2가 된다.
S140 단계에서는, 연속 측위 실패 횟수가 소정의 최대 측위 시도 횟수에 도달했는지를 판단하고, 최대 측위 시도 횟수에 도달하지 않은 경우 S120 단계로 돌아가 계속 측위 블록별로 측위 실패 여부를 판단하고, 최대 측위 시도 횟수에 도달한 경우 UWB OFF 상태로(휴지 모드로) 전환한다.
S180 단계에서는, 설정된 UWB OFF 시간(또는 측위 블록수) 동안 수신 윈도우를 열지 않는다(휴지 모드 유지). 제어부(113)는 설정된 UWB OFF 시간(또는 측위 블록수)이 경과하면 다시 UWB ON 상태(수신 대기 모드)로 전환하여 측위를 재개한다(S110).
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트키 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트키 시스템(100)은, 복수 개의 UWB 앵커(110-1 내지 110-n)과 통합 제어기(120)를 포함하여 구성된다. UWB 앵커(110)와 UWB 앵커(110)에 포함된 구성 요소의 기능은 기본적으로 도 2를 참조한 설명과 같다.
각 UWB 앵커(110-1 내지 110-n 중의 하나, 이하 110으로 표기)는 자신과 UWB 태그(200)와의 거리를 계산하여 내장된 차량 네트워크 통신부(114)를 통해 통합 제어기(120)의 차량 네트워크 통신부(122)에 송신한다.
통합 제어기(120)의 차량 네트워크 통신부(122)는 상기 계산된 거리에 관한 데이터를 측위부(121)로 전달한다. 측위부(121)는 상기 거리 데이터에 기초하여 UWB 태그(200)의 위치를 추정한다. 위치의 추정 방법은 공지의 삼각측량법이 사용될 수 있다.
각 UWB 앵커(110)의 제어부(113)는 전술한 바와 같이 측위 블록 단위로 측위 실패 횟수를 누적 합산하여 최대 측위 시도 횟수에 도달하는 경우, 이 정보를 자신의 ID와 함께 차량 네트워크 통신부(114)를 통해 통합 제어기(120)의 차량 네트워크 통신부(122)에 송신할 수 있다. 이 경우, 통합 제어기(120)의 차량 네트워크 통신부(122)는 상기 정보를 측위부(121)에 전달한다.
측위부(121)는 일정 시간 동안의 UWB 태그(200)의 이동 경로 데이터(시각과 위치)를 저장하는데, 이 데이터를 이용하여 소정 시간 구간의 UWB 태그(200)의 평균 이동 속도와 이동 방향을 산출할 수 있다. 상기 측위부(121)가 산출하는 평균 이동 속도는, 소정 시간 동안 차량의 특정 위치(예를 들면 차량의 무게 중심)에서 UWB 태그(200)가 멀어지는 속도를 의미한다(상세 설명은 후술, 도 11 참조). 측위부(121)는 일정 시간 동안의 UWB 태그(200)의 이동 경로 데이터(시각과 위치)를 저장하고 있으므로 UWB 태그(200)의 속도와 방향 계산이 가능하다. 측위부(121)는 최근 소정 시간 범위의 평균 이동 속도, 이동 방향, 차량의 특정 위치에서 최종적으로 측정된 UWB 태그(200)의 위치까지의 거리, 또는 최종적으로 측정된 UWB 태그(200)의 위치를 차량 네트워크 통신부(122)를 통해 상기 최대 측위 시도 횟수에 도달한 UWB 앵커(110)에 송신할 수 있다.
상기 UWB 앵커(110)의 제어부(113)는 차량 네트워크 통신부(114)를 통해 전달받은 상기 정보에 따라 UWB OFF 시간을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 평균 이동 속도의 임계치를 설정해 두고, 그 임계치를 초과하는지 여부에 따라 UWB ON/OFF 시간 설정을 달리할 수 있다. 예를 들어, UWB 태그(200)의 평균 이동 속도가 0.5m/sec를 초과하는 경우, 제어부(113)는 UWB 앵커(110)의 UWB ON 시간보다 UWB OFF 시간을 더 길게 하여 전력 소모를 최소화하는 결정을 할 수 있다. 반면, UWB 태그(200)의 평균 이동 속도가 0.5m/sec 이하일 경우, 제어부(113)는 UWB 앵커(110)의 UWB OFF 시간을 UWB ON 시간과 동등하게 하여, 일정한 측위 성능을 확보하는 결정을 할 수 있다. 또한, 제어부(113)는 차량의 특정 위치에서 UWB 태그(200)까지의 거리에 대한 임계치가 지정되어 있다면, 이를 초과하는지 여부에 따라 UWB OFF 시간을 다르게 할 수 있다. 예를 들어 상기 거리의 임계치가 20m라고 할 때, 상기 거리가 이를 초과하는 경우, UWB ON 시간보다 UWB OFF 시간을 길게 하여 전력 소모를 최소화하는 결정을 할 수 있다. 반면, 상기 거리가 20m 이내일 경우, UWB OFF 시간을 UWB ON 시간과 동등하게 하여, 일정한 측위 성능을 확보하는 결정을 할 수 있다. 또한, 제어부(113)는 최종적으로 측정된 UWB 태그(200)의 위치가 UWB 앵커(110)와 가까운 방향인지 여부에 따라서 UWB OFF 시간을 다르게 할 수 있다. 예를 들어 최종적으로 측정된 UWB 태그(200)의 위치가 UWB 앵커(110)와 가까운 방향이라면 UWB ON 시간과 UWB OFF 시간을 동등하게 가져가고, UWB 앵커(110)와 멀리 있는 방향이라면 UWB OFF 시간을 UWB ON 시간 대비 길게 하는 것으로 결정할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, UWB 앵커(110)가 차량의 전방에 설치되어 있는 경우, 최종적으로 측정된 UWB 태그(200)의 위치가 차량의 전방이라면 UWB ON 시간과 UWB OFF 시간을 동등하게 가져가고, 상기 UWB 태그(200)의 위치가 차량의 후방이라면 UWB OFF 시간을 UWB ON 시간보다 더 길게 할 수 있다.
도 11를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 태그(200)의 평균 이동 속도의 산출에 대해 설명한다.
상기 측위부(121)가 산출하는 평균 이동 속도란, 소정 시간 동안 차량의 특정 위치(예를 들면 차량의 무게 중심)에서 UWB 태그(200)가 멀어지는 속도를 의미한다. 예를 들어, 최초에 차량의 무게 중심으로부터 UWB 태그(200)까지의 거리가 10m였고, 10초가 경과한 시점에 차량의 무게 중심으로부터 UWB 태그(200)까지의 거리가 15m였다면, 10초 동안의 UWB 태그(200)의 평균 이동 속도는 (15m - 10m)를 10초로 나눈 0.5m/sec가 된다. 도시된 그래프는 X축을 시간으로 하고 Y축을 차량의 특정 위치에서 UWB 태그(200)까지의 거리로 한다. 측위부(121)의 산출 시점에서의 평균 이동 속도는, 산출 시점에서 소정의 시간(Δt) 이전을 시간 구간의 시점(始點)으로 하고, 산출 시점을 시간 구간의 종점(終點)으로 할 때, 상기 시점(始點)에서의 차량 특정 위치에서 UWB 태그(200)까지의 거리와 상기 종점(終點)에서의 차량의 특정위치와 UWB 태그(200)까지의 거리의 차이(Δs)를 상기 소정의 시간(Δt)으로 나눈 값이 된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 앵커의 UWB ON/OFF 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
S110 단계 내지 S130 단계와 S180 단계에 관한 내용은 도 9를 참조한 설명과 같다.
S140 단계에서는, 연속 측위 실패 횟수가 소정의 최대 측위 시도 횟수에 도달했는지를 판단하고, 최대 측위 시도 횟수에 도달하지 않은 경우 S120 단계로 돌아가 계속 측위 블록별로 측위 실패 여부를 판단하고, 최대 측위 시도 횟수에 도달한 경우 S160 단계를 진행한다.
S160 단계에서는, 통합 제어기(120)의 측위부(121)에서 UWB 태그(200)의 최근의 이동 경로에 대한 평균 이동 속도를 산출한다. 또한 통합 제어기(120)의 측위부(121)는 UWB 태그(200)의 이동 경로 데이터를 기초로 최근 UWB 태그(200)의 평균 이동 방향을 판단할 수 있다. 상기 평균 이동 속도와 평균 이동 방향을 산출하는 시간 범위는 사전에 지정된 특정값(예를 들면 10초)을 따른다.
S170 단계에서, 통합 제어기(120)의 측위부(121)는 차량 네트워크 통신부(122)를 통해 연속 측위 실패 횟수가 최대 측위 시도 횟수에 도달한 UWB 앵커(110)에 UWB 태그(200)의 평균 이동 속도를 송신한다. 또한 상기 측위부(121)는 평균 이동 속도 대신 UWB 태그(200)의 평균 이동 방향이나 차량의 특정 위치에서 최종적으로 측정된 UWB 태그(200)의 위치까지의 거리를 송신할 수 있다. 상기 UWB 앵커(110)의 제어부(113)는 상기 평균 이동 속도, 평균 이동 방향 또는 상기 최종적으로 측정된 UWB 태그(200)의 위치까지의 거리 중 적어도 하나를 기초로 하여 UWB OFF 시간을 결정한다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 형태로 구현될 수 있으며, 소정의 역할들을 수행할 수 있다.
그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.
구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 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, 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.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 차량
100: 스마트키 시스템
110: UWB 앵커
111: 전원부
112: 송수신부
113: 제어부
114: 차량 네트워크 통신부
120: 통합 제어기
121: 측위부
122: 차량 네트워크 통신부
200: UWB 태그

Claims (4)

  1. UWB 앵커에 전원을 공급하는 전원부;
    측위(ranging)를 위해 UWB 태그와 UWB 신호를 송수신하며, 상기 UWB 태그의 신호를 수신하지 못하는 경우 수신에 실패했음을 하기 제어부에 전달하는 송수신부; 및
    측위 블록(ranging block)별로 누적 합산된 측위 실패 횟수가 최대 측위 시도 횟수에 도달하면 측위 세션을 종료하는 제어부;
    를 포함하는 전력 소모를 최소화하기 위한 UWB ON/OFF 동작 방법을 적용한 UWB 앵커.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    기 설정된 UWB OFF 시간이 경과하면 상기 UWB 앵커가 다시 수신 대기(UWB ON) 상태로 진입되도록 하며,
    상기 UWB OFF 시간은
    상기 수신 대기(UWB ON) 상태가 유지되는 시간 보다 길게 설정되는 것을 특징으로 하는,
    전력 소모를 최소화하기 위한 UWB ON/OFF 동작 방법을 적용한 UWB 앵커.
  3. 차량에 설치되고, UWB 통신을 통해 자신과 UWB 태그와의 거리를 계산하는 복수 개의 UWB 앵커; 및
    상기 복수 개의 UWB 앵커에서 송신한 상기 계산된 거리를 이용하여 UWB 태그의 위치를 계산하는 통합 제어기;를 포함하고,
    상기 UWB 앵커는
    측위 블록(ranging block)별로 누적 합산된 측위 실패 횟수가 최대 측위 시도 횟수에 도달하면 수신 대기 상태를 종료하고 휴지 상태(UWB OFF)에 들어가며, 기 설정된 UWB OFF 시간이 경과하면 다시 수신 대기(UWB ON) 상태로 진입하며,
    상기 UWB OFF 시간은
    상기 수신 대기(UWB ON) 상태가 유지되는 시간보다 길게 설정되는 것을 특징으로 하는,
    전력 소모를 최소화하기 위한 UWB ON/OFF 동작 방법을 적용한 스마트키 시스템.
  4. UWB 앵커가 UWB 수신 대기 상태(UWB ON)에 진입하는 단계;
    측위 블록별로 측위 실패 여부를 판단하는 단계;
    상기 측위 실패가 수 개의 측위 블록에 걸쳐 연속적으로 일어날 경우, 상기 제어부가 측위 실패 횟수를 누적 합산하는 단계;
    상기 누적 합산된 측위 실패 횟수가 소정의 최대 측위 시도 횟수에 도달하였는지 확인하는 단계;
    상기 누적 합산된 측위 실패 횟수가 최대 측위 시도 횟수에 도달한 경우 설정된 UWB OFF 시간 동안 UWB 앵커를 수신 대기하지 않는 상태(UWB OFF)로 유지하는 단계; 및
    상기 설정된 UWB OFF 시간이 경과하면 다시 상기 UWB 앵커를 UWB 수신 대기 상태(UWB ON)로 전환하는 단계;를 포함하고,
    상기 UWB OFF 시간은
    상기 수신 대기(UWB ON) 상태가 유지되는 시간보다 길게 설정되는 것을 특징으로 하는,
    전력 소모를 최소화하기 위한 UWB 앵커의 UWB ON/OFF 동작 방법.
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