KR20230089047A - 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 블루투스 저전력(Bluetooth low energy, BLE)을 기반으로 사물의 위치 정보를 관리할 수 있는 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템 및 방법을 개시한다. 본 발명의 시스템은 BLE 네트워크를 통하여 BLE 모바일 디바이스와 연결할 수 있도록 설치되어 BLE 네트워킹 지역을 구성하며 무선랜에 연결되어 있는 복수의 BLE 비콘과, 복수의 BLE 비콘과 무선랜에 의해 연결되어 있으며 WiFi 네트워크에 연결되어 있는 복수의 중계 노드와, 복수의 중계 노드와 WiFi 네트워크를 통하여 연결되어 있는 서버를 포함한다. 복수의 BLE 비콘 각각은 BLE 통신을 통해 BLE 모바일 디바이스로부터 데이터를 획득하여 무선랜을 통하여 복수의 중계 노드로 전송하고, 복수의 중계 노드는 WiFi 네트워크를 통하여 BLE 모바일 디바이스의 데이터를 서버로 전송하며, 서버는 복수의 중계 노드로부터의 데이터를 처리하여 BLE 모바일 디바이스의 위치 정보를 제공하도록 구성되어 있다. 본 발명에 의하면, BLE 메시 네트워크를 기반으로 BLE 네트워킹 지역을 구축하여 이동하는 사물의 위치 정보를 실시간으로 관리할 수 있다. 또한, 중계 노드들 중 어느 하나에 이상이 발생될 경우, BLE 비콘들은 인접하는 중계 노드들에 자동으로 접속되어 네트워크 장애를 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 사물 위치 정보 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 블루투스 저전력(Bluetooth low energy, BLE)을 기반으로 사물의 위치 정보를 관리할 수 있는 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
사물 위치 정보 관리 시스템은 실외 환경과 실내 환경을 위한 시스템으로 구분할 수 있다. 실내 환경에서의 위치 정보 관리 시스템은 다양하게 응용될 수 있다. 위치 정보 관리 시스템의 응용 사례로 박물관, 전시장 등에서 관람객은 네비게이션 앱(Navigation app)을 통해 자신의 현재 위치와 전시물의 위치 정보를 알 수 있다. 또한, 병원 등에서 의료진은 네비게이션 앱을 통해 위치를 공유하여 환자에 대한 의료 서비스를 신속하게 제공할 수 있는 네트워크를 구축할 수 있다.
실내 환경의 위치 정보 관리 시스템은 카메라를 이용하는 비전 시스템(Vision system), 적외선 센서 시스템 등이 있다. 그러나 비전 시스템은 사생활 보호에 제한을 받고 있다. 또한, 비전 시스템과 적외선 센서 시스템은 데이터의 처리양이 많아 실시간 정보 제공에 제한을 받고 있다.
사물 위치 정보 관리 시스템의 일례로 한국 등록특허 제10-1618655호 'BLE 스캐너를 이용한 이벤트 처리 시스템 및 방법'은 BLE 기술을 이용하는 복수의 BLE 디바이스와, 복수의 BLE 디바이스 중 스캐닝 영역에 있는 해당 BLE 디바이스의 블루투스 신호의 RSSI(Received signal strength indicator) 값을 스캐닝하고 BLE 디바이스의 스캐닝한 RSSI 값을 송신하는 복수의 BLE 스캐너(BLE scanner)와, 복수의 BLE 스캐너 중 적어도 하나로부터 수신한 스캐닝한 RSSI 값을 이용하여 BLE 디바이스의 위치 또는 거리를 확인하고 BLE 디바이스의 위치가 이벤트와 관련된 위치 또는 거리에 있다고 판정되면 이벤트 처리를 명령하는 서버로 구성되어 있다.
이 특허문헌의 기술은 BLE 스캐너에 기반을 두고 RSSI 값을 측정함으로써 값이 싸고 위치 판정 알고리즘이 복잡하지 않으며, BLE 디바이스로부터 송신된 RSSI 값들에 대해 가우시안 필터링(Gaussian filtering)을 적용하여 잡음에 강하고, 두 개 이상의 BLE 스캐너의 RSSI 값들을 이용하여 사진 촬영을 위한 정확한 위치 제공이 가능하다. 위 특허문헌에 개시되어 있는 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
상기한 바와 같은 BLE 스캐너를 이용하는 사물 위치 정보 관리 시스템은 정확도를 높이기 위하여 고가의 BLE 스캐너나 스캐너 게이트웨이(Scanner gateway)를 많이 설치해야 한다. 특히, 야외 환경에서는 시 전원, 네트워크 스위치(Network switch), 와이파이 액세스 포인트(WiFi(Wireless fidelity) access point) 등의 설치에 많은 제약을 받을 뿐만 아니라, 시공비가 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한, BLE 스캐너의 설치 시 건물 벽면과 건물 미관을 손상시킬 우려가 높아 인테리어(Interior) 측면에서 BLE 스캐너를 조밀하게 설치할 수 없기 때문에 위치 정보의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 사물 위치 정보 관리 시스템의 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 것으로, BLE를 기반으로 이동하는 사물의 위치 정보를 실시간으로 관리할 수 있는 새로운 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 중계 노드들 중 어느 하나에 이상이 발생될 경우, BLE 비콘들은 인접하는 중계 노드들에 자동으로 접속되어 네트워크 장애를 효율적으로 방지할 수 있는 새로운 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템은, BLE 네트워크를 통하여 BLE 모바일 디바이스와 연결할 수 있도록 설치되어 BLE 네트워킹 지역을 구성하며, 무선랜에 연결되어 있는 복수의 BLE 비콘과; 복수의 BLE 비콘과 무선랜에 의해 연결되어 있으며, WiFi 네트워크에 연결되어 있는 복수의 중계 노드와; 복수의 중계 노드와 WiFi 네트워크를 통하여 연결되어 있는 서버를 포함한다. 복수의 BLE 비콘 각각은 BLE 통신을 통해 BLE 모바일 디바이스로부터 데이터를 획득하여 무선랜을 통하여 복수의 중계 노드로 전송하고, 복수의 중계 노드는 WiFi 네트워크를 통하여 BLE 모바일 디바이스의 데이터를 서버로 전송하며, 서버는 복수의 중계 노드로부터의 데이터를 처리하여 BLE 모바일 디바이스의 위치 정보를 제공하도록 구성되어 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 방법은, 복수의 BLE 비콘 각각의 BLE 통신에 의해 BLE 모바일 디바이스로부터 데이터를 획득하는 단계와; 무선랜을 통하여 BLE 모바일 디바이스의 데이터를 복수의 중계 노드로 전송하는 단계와; 복수의 중계 노드에 의해 WiFi 네트워크를 통하여 BLE 모바일 디바이스의 데이터를 서버로 전송하는 단계와; 서버에 의해 복수의 중계 노드로부터의 데이터를 처리하여 BLE 모바일 디바이스의 위치 정보를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템은, BLE 메시 네트워크를 기반으로 BLE 네트워킹 지역을 구축하여 이동하는 사물의 위치 정보를 실시간으로 관리할 수 있는 유용한 효과가 있다. 또한, 중계 노드들 중 어느 하나에 이상이 발생될 경우, BLE 비콘들은 인접하는 중계 노드들에 자동으로 접속되어 네트워크 장애를 효율적으로 방지할 수 있다. 따라서 실내나 실외 환경에 제한 없이 이동하는 사물의 위치 정보를 체계적이고 효율적으로 관리할 수 있으므로, 의료 서비스, 관람 서비스, 생산 공장 등 다양한 분야에 유용하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템에서 BLE 모발일 디바이스와 BLE 비콘을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템에서 BLE 모발일 디바이스와 BLE 비콘을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다. 본 발명을 설명하는 데 있어서 도면에 도시되어 있는 구성 요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템(10)은 BLE 모바일 디바이스(BLE mobile device: 20), 복수의 BLE 비콘(BLE beacon: 30), 복수의 중계노드(Intermediate node: 40)와 서버(50)로 구성되어 있다.
BLE 모바일 디바이스(20)는 사용자가 휴대하여 다닐 수 있는 이동 노드(Mobile node)로 BLE 메시 네트워크(BLE mesh network: 60)에 연결될 수 있다. BLE 모바일 디바이스(20)는 BLE 통신을 위하여 BLE 모듈(BLE module: 22)과 BLE 앱(24)이 설치되어 있는 스마트폰(Smart phone: 26), 노트북(Not book), 개인 정보 단말기(Personal digital assistant, PDA) 등으로 구성될 수 있다.
BLE 메시 네트워크(60)의 토폴로지(Topology)는 풀 메시(Full mesh) 및 부분 메시(Partial mesh) 등으로 구성될 수 있다. 풀 메시 토폴로지에서는 모든 네트워크 노드가 다른 모든 네트워크 노드에 연결하여 최상위 레벨의 결함 허용을 제공한다. 부분 메시 토폴로지에서는 일부 노드, 즉 일반적으로 가장 빈번히 데이터를 교환하는 노드만 연결한다. 메쉬 네트워크에 포함되면 어떤 노드에서든 전체 네트워크로 데이터를 전송할 수 있으며, 네트워크상의 노드 중 하나에 문제가 발생해도 전체 네트워크는 정상적인 통신을 유지할 수 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, 복수의 BLE 비콘(30)은 고정 노드(Stationary node)로 BLE 모바일 디바이스(20)와 BLE 메시 네트워크(60)를 통하여 데이터를 송수신한다. BLE 비콘(30)들 각각은 애드버타이징 패킷(Advertising packet)을 주기적으로 전송한다. BLE 비콘(30)들은 배터리(Battery: 32)를 전원으로 한다. 배터리(32)는 내장형으로 구성될 수 있다. BLE 비콘(30)들은 내장형 배터리(32)의 사용에 의해 간편하게 설치할 수 있을 뿐만 아니라, 전원 배선이 불필요하므로, 공사기간을 줄이고, 시공비를 절감할 수 있다.
BLE 비콘(30)들은 전파 음영지역 또는 전파 사각지대가 발생하지 않도록 배열되어 실내 또는 실외에 BLE 네트워킹 지역(70) 또는 BLE 통신지역을 구성한다. BLE 비콘(30)들의 통신 거리는 최대 50m로 알려져 있다. 따라서 BLE 비콘(30)들은 전파 음영지역이 발생하지 않도록 약 40~45m의 간격으로 설치될 수 있다. 한편, BLE 비콘(30)들은 실내의 LED 전등에 내장하여 설치할 수 있으므로, 실내 환경의 인테리어 측면에서 유용하다. 또한, 온도 센서, 습도 센서, 화재감지 센서 등을 BLE 비콘(30)들과 일체형으로 구성하여 BLE 비콘(30)들의 활용성을 높일 수 있다.
복수의 중계 노드(40)는 BLE 비콘(30)들과 무선 네트워크(Wireless network: 80)에 의해 연결되어 있다. BLE 비콘(30)들을 복수의 비콘 그룹(Beacon group: G1, G2)으로 나누어져 있다. 비콘 그룹(G1, G1)들 각각은 중계 노드(40)들 각각에 무선 네트워크(80)에 의해 연결되어 있다. 무선 네트워크(80)는 Sub-1GHz(920MHz) 무선랜(Wireless radio access network, WRAN: 82)로 구성되어 있다. 또한, 중계 노드(40)들은 WiFi 네트워크(WiFi(Wireless fidelity) network: 90)를 통하여 서버(50)와 연결되어 있다. 서버(50)는 BLE 비콘(30)들로부터의 데이터를 처리하여 위치 정보를 BLE 모바일 디바이스(20)에 제공한다.
서버(50)는 BLE 모바일 디바이스(20)의 위치 정보에 지리 정보를 포함하여 제공할 수 있다. 서버(50)는 지리 정보 시스템(Geographic information system, GID)과 연동하여 장소, 지역의 위치 특성, 공간 정보, 속성 정보, 관계 정보 등을 제공하여 BLE 모바일 디바이스(20)의 사용자가 위치 정보와 지리 정보의 활용성을 높일 수 있게 한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템(10)에 있어서, BLE 모바일 디바이스(20)가 BLE 네트워킹 지역(70)에 진입되어 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동하는 과정에서, BLE 비콘(30)들 중 BLE 모바일 디바이스(20)와 이웃하는 BLE 비콘과 BLE 모바일 디바이스(20)의 BLE 통신이 실시간으로 실행된다. BLE 비콘(30)들은 BLE 모바일 디바이스(20)로부터 획득되는 데이터획득하고, BLE 모바일 디바이스(20)의 데이터를 중계 노드(40)들로 전송한다.
계속해서, 중계 노드(40)들 각각은 Sub-1GHz(920MHz) 무선랜(82)을 통하여 BLE 비콘(30)들로부터의 데이터를 서버(50)로 전송한다. 서버(50)는 중계 노드(40)들로부터의 데이터를 처리하여 BLE 모바일 디바이스(20)의 위치 정보를 처리하고, BLE 모바일 디바이스(20)의 위치 정보를 중계 노드(40)와 BLE 비콘(30)들을 통하여 BLE 모바일 디바이스(20)에 전송한다. 따라서 BLE 모바일 디바이스(20)의 사용자는 BLE 앱(24)을 통하여 위치 정보를 정확하고 신속하게 제공받을 수 있다.
한편, 서버(50)는 BLE 비콘(30)들과 중계 노드(40)들의 통신장애를 실시간으로 모니터링한다. 중계 노드(40)들 중 어느 하나에 이상이 발생될 경우, BLE 비콘(30)들은 인접하는 중계 노드(40)들에 자동으로 접속할 수 있다. 따라서 BLE 비콘(30)들의 이상으로 인한 네트워크의 장애를 방지하여 위치 정보를 효율적이고 체계적으로 관리할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 사물 위치 정보 관리 시스템 20: BLE 모바일 장치
30: BLE 비콘 40: 중계 노드
50: 서버 60: BLE 메시 네트워크
70: 무선랜 80: WiFi 네트워크
90: BLE 네트워킹 지역
30: BLE 비콘 40: 중계 노드
50: 서버 60: BLE 메시 네트워크
70: 무선랜 80: WiFi 네트워크
90: BLE 네트워킹 지역
Claims (10)
- BLE 네트워크를 통하여 BLE 모바일 디바이스와 연결할 수 있도록 설치되어 BLE 네트워킹 지역을 구성하며, 무선랜에 연결되어 있는 복수의 BLE 비콘과;
상기 복수의 BLE 비콘과 상기 무선랜에 의해 연결되어 있으며, WiFi 네트워크에 연결되어 있는 복수의 중계 노드와;
상기 복수의 중계 노드와 WiFi 네트워크를 통하여 연결되어 있는 서버를 포함하고,
상기 복수의 BLE 비콘 각각은 BLE 통신을 통해 상기 BLE 모바일 디바이스로부터 데이터를 획득하여 상기 무선랜을 통하여 상기 복수의 중계 노드로 전송하고, 상기 복수의 중계 노드는 상기 WiFi 네트워크를 통하여 상기 BLE 모바일 디바이스의 데이터를 상기 서버로 전송하며, 상기 서버는 상기 복수의 중계 노드로부터의 데이터를 처리하여 상기 BLE 모바일 디바이스의 위치 정보를 제공하도록 구성되어 있는 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 무선랜은 Sub-1GHz 무선랜으로 이루어지는 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 BLE 비콘은 상기 BLE 네트워킹 지역에 전파 음영지역이 발생되지 않도록 배열되어 있는 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 BLE 비콘 각각은 내장형 배터리를 구비하는 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 서버는 상기 복수의 중계 노드로부터의 데이터를 처리하여 상기 BLE 모바일 디바이스의 위치 정보를 포함하는 지리 정보를 제공하도록 구성되어 있는 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 시스템. - BLE 네트워크를 통하여 BLE 모바일 디바이스와 연결할 수 있도록 설치되어 BLE 네트워킹 지역을 구성하며, 무선랜에 연결되어 있는 복수의 BLE 비콘과;
상기 복수의 BLE 비콘과 상기 무선랜에 의해 연결되어 있으며, WiFi 네트워크에 연결되어 있는 복수의 중계 노드와;
상기 복수의 중계 노드와 WiFi 네트워크를 통하여 연결되어 있는 서버를 포함하고,
상기 복수의 BLE 비콘 각각의 BLE 통신에 의해 상기 BLE 모바일 디바이스로부터 데이터를 획득하는 단계와;
상기 무선랜을 통하여 상기 BLE 모바일 디바이스의 데이터를 상기 복수의 중계 노드로 전송하는 단계와;
상기 복수의 중계 노드에 의해 상기 WiFi 네트워크를 통하여 상기 BLE 모바일 디바이스의 데이터를 상기 서버로 전송하는 단계와;
상기 서버에 의해 상기 복수의 중계 노드로부터의 데이터를 처리하여 상기 BLE 모바일 디바이스의 위치 정보를 제공하는 단계를 포함하는 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 방법. - 제6항에 있어서,
상기 무선랜은 Sub-1GHz 무선랜으로 이루어지는 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 방법. - 제6항에 있어서,
상기 복수의 BLE 비콘은 상기 BLE 네트워킹 지역에 전파 음영지역이 발생되지 않도록 배열되어 있는 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 방법. - 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 BLE 비콘 각각은 내장형 배터리를 구비하는 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 방법. - 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 서버는 상기 복수의 중계 노드로부터의 데이터를 처리하여 상기 BLE 모바일 디바이스의 위치 정보를 포함하는 지리 정보를 제공하도록 구성되어 있는 블루투스 기반의 실시간 사물 위치 정보 관리 방법.
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