KR20230121420A - Implementation method of a UWB-based location tracker that provides distance measurement and SOS information sharing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 거리 측정 및 SOS 정보 공유 기능을 제공하는 UWB 기반의 위치추적 방법에 관한 것이다.
본 발명은 통신이 가능한 위치에 있는 노드가 기설정된 시간 슬롯에 태그 모드로 동작 시, 노드간 거리 측정을 위한 메시지를 주변 노드들에 전송한 후 각 주변 노드들로부터 응답 메시지가 수신되면 파이널 메시지를 각 주변 노드들에 전송하여 노드간 거리 측정을 위한 과정을 종료하는 단계; 상기 각 노드간 거리 측정을 위한 과정이 종료되면, 수신된 응답 메시지들의 송수신 시간을 이용하여 각 주변 노드간 거리를 측정하는 단계; 및 상기 노드들간 거리 측정 후 상기 측정된 거리 정보와 부가 정보를 포함하는 부가 메시지를 상기 주변 노드들에 전송하는 단계를 포함한다. The present invention relates to a UWB-based location tracking method that provides functions of measuring distance and sharing SOS information.
In the present invention, when a node in a position where communication is possible operates in a tag mode in a preset time slot, a message for measuring a distance between nodes is transmitted to neighboring nodes, and then a final message is sent when a response message is received from each neighboring node. terminating a process for measuring a distance between nodes by transmitting to each neighboring node; measuring a distance between neighboring nodes using transmission/reception times of received response messages when the process for measuring the distance between respective nodes is terminated; and transmitting an additional message including the measured distance information and additional information to the neighboring nodes after measuring the distance between the nodes.
Description
본 발명은 통신 인프라가 설치가 어렵거나 화재와 같은 재난으로 통신 인프라가 없는 환경에서도 현장 대원의 위급상황 시에 다른 대원들에 의한 구조가 가능한 안전관리 체계를 마련하여 위험에 빠진 현장 대원을 신속하게 구조할 수 있도록 현장 구조 요원들이 서로 간의 거리 정보 및 SOS 정보를 공유하기 위한 UWB 기반의 위치추적기 구현방법에 관한 것이다.The present invention provides a safety management system capable of being rescued by other members in an emergency situation of a field member even in an environment where communication infrastructure is difficult to install or there is no communication infrastructure due to a disaster such as fire, so that the field member in danger can be quickly rescued. A method for implementing a UWB-based location tracker for on-site rescue personnel to share distance information and SOS information with each other for rescue.
UWB(Ultra-Wideband) 통신을 이용한 상대 거리 정보를 측정하는 기술은 현재 많이 개발되고 있으며 주로 고정된 앵커(Anchor)와 이동하는 태그 간의 거리 정보를 측정하여 태그의 이동 경로에 대한 정보를 제공해주는 것을 목적으로 사용하고 있다.A technology for measuring relative distance information using UWB (Ultra-Wideband) communication is currently being developed, and mainly measures distance information between a fixed anchor and a moving tag to provide information on the tag's moving path. is used for a purpose.
이러한 동작 방법은 앵커는 고정된 위치에서 고정된 수의 앵커가 서로 시간상으로 동기화되어 동작하며 태그는 휴대가 편하게 제작되어 기기나 사람에게 착용하여 앵커와의 상대 거리를 측정하여 데이터를 저장하거나 또는 모니터링한다.In this method of operation, anchors operate in synchronization with a fixed number of anchors in time at a fixed location, and the tag is manufactured to be easily portable and worn on a device or person to measure the relative distance to the anchor and store or monitor data. do.
현재 시중에 있는 현장 대원들을 위한 위치추적기는 동작감지센서로 대원의 움직임이 없으면 경보를 울려주는 간단한 구조 형태에서부터 현장대원들에게 발신기를 휴대하도록 하여 현장 대원이 위급 상황시에 발신기를 동작시키면 관제시스템에서 수신기로 무선 신호 감도를 측정하여 거리 정보를 측정하는 방법을 사용하고 있지만, 주위 대원들은 위급한 대원과의 거리 정보 및 SOS 정보를 취득하기 어려운 구조 방식이다.The location tracker for field crews currently on the market is a motion detection sensor that sounds an alarm if there is no movement of the crew. uses a method of measuring distance information by measuring wireless signal sensitivity with a receiver, but it is a rescue method in which it is difficult for nearby crew members to acquire distance information and SOS information from an emergency crew member.
본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, UWB 기반의 위치추적기를 사용하여 자신과 다른 위치추적기 간의 거리 정보뿐만 아니라 전체 위치추적기 간의 거리 정보 및 위급한 대원의 SOS 정보를 공유하기 위한 UWB 노드 구현에 관한 것이다.The present invention has been devised to solve the conventional problems, and is a UWB node for sharing distance information between itself and other location trackers as well as distance information between all location trackers and SOS information of emergency personnel using a UWB-based location tracker. It's about implementation.
본 발명은 화재를 포함한 다양한 재난으로 통신 인프라가 존재하지 않는 상황이나 통신 인프라가 없는 환경에서 요구조자들을 구조하는 현장 대원들 중에서 위급 상황에 처한 대원이 있을 때, 주위에 있는 다른 현장 대원들이 위급한 대원을 구조하기 위한 UWB 기반의 위치추적기 구현에 관련된 것이다. In the present invention, when there is a member in an emergency situation among field crews rescuing victims in a situation where communication infrastructure does not exist or in an environment where there is no communication infrastructure due to various disasters including fire, other field crews around are in an emergency It is related to the implementation of a UWB-based location tracker to rescue.
UWB 통신으로 거리 측정을 수행하는 휴대형인 위치 추적기는 현장 대원이 사용하기 때문에 고정된 앵커가 존재하지 않고 서로 간의 동등한 개념인 노드로 동작되어야 한다. Since the portable location tracker that measures the distance through UWB communication is used by field personnel, it must be operated as a node that is an equal concept between each other without a fixed anchor.
노드의 기본적인 동작은 UWB 기반의 거리 측정 방법을 그대로 적용하면서 노드 ID 기반으로 할당된 시간 슬롯에는 태그로 동작하고 그 이외의 시간 슬롯에 앵커로 동작하여 UWB의 기본적인 거리 측정을 수행하고 추가적인 메시지 전송을 통하여 자신의 거리 정보 및 SOS와 같은 추가적인 정보를 전달하는 구조를 갖는다.While the basic operation of the node applies the UWB-based distance measurement method as it is, it operates as a tag in the time slot allocated based on the node ID and as an anchor in other time slots to perform basic distance measurement of UWB and to transmit additional messages. It has a structure that transmits additional information such as its own distance information and SOS through
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 및 SOS 정보 공유 기능을 제공하는 UWB 기반의 위치추적 방법은 통신이 가능한 위치에 있는 노드가 기설정된 시간 슬롯에 태그 모드로 동작 시, 노드간 거리 측정을 위한 메시지를 주변 노드들에 전송한 후 각 주변 노드들로부터 응답 메시지가 수신되면 파이널 메시지를 각 주변 노드들에 전송하여 노드간 거리 측정을 위한 과정을 종료하는 단계; 상기 각 노드간 거리 측정을 위한 과정이 종료되면, 수신된 응답 메시지들의 송수신 시간을 이용하여 각 주변 노드간 거리를 측정하는 단계; 및 상기 노드들간 거리 측정 후 상기 측정된 거리 정보와 부가 정보를 포함하는 부가 메시지를 상기 주변 노드들에 전송하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, in the UWB-based location tracking method for providing a distance measurement and SOS information sharing function according to an embodiment of the present invention, when a node at a communicable location operates in a tag mode in a preset time slot, After transmitting a message for measuring the distance between nodes to neighboring nodes, when a response message is received from each neighboring node, transmitting a final message to each neighboring node to terminate the process for measuring the distance between nodes; measuring a distance between neighboring nodes using transmission/reception times of received response messages when the process for measuring the distance between respective nodes is terminated; and transmitting an additional message including the measured distance information and additional information to the neighboring nodes after measuring the distance between the nodes.
상기 노드간 거리를 측정하는 단계는, 노드간 거리 측정을 위한 메시지를 생성하는 단계; 생성된 노드간 거리 측정을 위한 메시지를 통신 가능한 노드들에 전송하는 단계; 상기 노드간 거리 측정을 위한 메시지를 수신한 노드들로부터 응답 메시지를 모두 수신하면, 파이널 메시지를 상기 통신이 가능한 노드들에 전송하는 단계를 포함한다. The step of measuring the distance between nodes may include generating a message for measuring the distance between nodes; Transmitting the generated message for measuring the inter-node distance to communicable nodes; and transmitting a final message to nodes capable of communicating when all response messages are received from nodes that have received the message for measuring the distance between nodes.
상기 부가 메시지는, 송신되는 메시지의 종류 정보를 포함하는 기능 코드(Function Code) 필드, 각 노드와의 거리 정보를 포함하는 측정 거리 정보 필드, 노드의 위치 정보를 동기화하기 위한 초기화 필드 및 SOS 정보를 포함하는 SOS 필드를 포함한다. The additional message includes a function code field including type information of transmitted messages, a measurement distance information field including distance information to each node, an initialization field for synchronizing location information of nodes, and SOS information. Include an SOS field that contains
본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 및 SOS 정보 공유 기능을 제공하는 UWB 기반의 위치추적기는 기설정된 노드의 ID 정보에 따라 기설정된 슬롯에서 앵커 또는 태그 모드로 동작시키는 노드 기능 제어부; 상기 노드 기능 제어부에 의해 노드가 태그로 동작 시, 통신 가능한 주변 노드에 폴(Poll) 메시지를 전송한 후 상기 앵커 모드로 동작하는 주변 노드들로부터 응답 메시지를 수신하면 파이널(Final)a 메시지를 각 주변 노드들에 전송하는 노드 거리 검출부; 및 상기 노드 거리 검출부(120)를 통해 검출된 각 주변 노드간 거리 정보와 SOS 설정 정보를 포함하는 부가 메시지를 각 주변 노드들에 전달한 후 앵커의 동작을 종료하는 부가 메시지 처리부를 포함한다. A UWB-based location tracker providing distance measurement and SOS information sharing functions according to an embodiment of the present invention includes a node function control unit operating in an anchor or tag mode in a preset slot according to ID information of a preset node; When a node operates as a tag by the node function control unit, a Poll message is transmitted to a communicable peripheral node, and a Final a message is sent to each node when a response message is received from the peripheral nodes operating in the anchor mode. a node distance detection unit that transmits data to neighboring nodes; and an additional message processing unit that terminates an anchor operation after transferring an additional message including distance information between neighboring nodes detected through the node distance detector 120 and SOS setting information to each neighboring node.
상기 노드 기능 제어부에 의해 노드가 앵커 모드로 동작 시, 기설정된 슬롯 내에서 태그 모드로 동작하는 노드로부터 폴(Poll) 메시지가 수신되면, 해당 테그 모드로 동작하는 노드로 응답 메시지를 전송하는 메시지 응답부를 포함한다. When a node operates in the anchor mode by the node function control unit, when a poll message is received from a node operating in the tag mode within a preset slot, a message response for transmitting a response message to the node operating in the tag mode includes wealth
상기 노드 기능 제어부는, 연결 가능한 노드의 ID 정보를 저장하고, 저장된 노드 ID 정보 중 가장 낮은 순위의 ID를 기준으로 시간 슬롯을 동기화하는 것이 바람직하다. Preferably, the node function control unit stores ID information of connectable nodes and synchronizes time slots based on an ID having the lowest rank among the stored node ID information.
상기 노드 기능 제어부는, 초기 동작 시, 일정한 시간(슬롯) 동안 메시지를 수신만 하도록 동작한다. The node function control unit operates to receive only messages for a certain period of time (slot) during an initial operation.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 화재를 포함한 다양한 재난으로 통신 인프라가 존재하지 않는 상황이나 통신 인프라가 없는 재난 안전 분야와 군사 분야에서 현장 대원 간에 거리 정보와 위급 상황시에 구조 요청을 위한 SOS 같은 정보를 공유하기 위한 위치 추적 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, in situations where communication infrastructure does not exist due to various disasters including fire or in the field of disaster safety and military without communication infrastructure, such as distance information between field crews and SOS for rescue request in emergency situations. There is an effect of providing a location tracking method for sharing information.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 할당된 시간 슬롯과 자신의 노드 ID에 따라서 태그 또는 앵커로 동작하는 노드 기능을 수행하면서 서로 간의 거리 정보를 측정하며, 측정한 거리 정보와 SOS와 같은 추가적인 정보를 다른 노드에게 전달하여 모든 노드들과 정보를 공유할 수 있는 효과가 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, distance information between each other is measured while performing a function of a node operating as a tag or an anchor according to an assigned time slot and its own node ID, and the measured distance information and additional information such as SOS It has the effect of sharing information with all nodes by transmitting it to other nodes.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 및 SOS 정보 공유 기능을 제공하는 UWB 기반의 위치추적기를 설명하기 위한 구성블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 및 SOS 정보 공유 기능을 제공하는 UWB 기반의 위치추적 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3a는 종래 UWB 기반의 노드에서 N대N 거리 정보 취득 예를 설명한 참고도.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에서 UWB 기반의 노드에서 N대N 거리 정보 취득 예를 설명한 참고도.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에서 4 UWB 기반의 노드에서 송수신되는 시간 슬롯 구조를 설명하기 위한 참고도.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에서 8 UWB 기반의 노드에서 송수신되는 시간 슬롯 구조를 설명하기 위한 참고도.
도 5은 본 발명의 일 실시예에서 노드간 상대거리 측정 및 노드간 정보 공유 방법을 설명하기 위한 신호 흐름도.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에서 부가 메시지의 정보 공유 메시지 구조 중 SOS 설정을 위한 패킷 구조도.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에서 부가 메시지의 정보 공유 메시지 구조 중 SOS 해지를 위한 패킷 구조도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 거리 정보 및 SOS 정보를 공유하기 위한 UWB 기반의 노드 구성을 설명하기 위한 참고도이다. 1 is a block diagram illustrating a UWB-based location tracker that provides distance measurement and SOS information sharing functions according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for tracking a location based on UWB that provides functions for measuring distance and sharing SOS information according to an embodiment of the present invention;
3A is a reference diagram illustrating an example of acquiring N-to-N distance information in a conventional UWB-based node;
3B is a reference diagram illustrating an example of acquiring N-to-N distance information in a UWB-based node according to an embodiment of the present invention;
4A is a reference diagram for explaining a time slot structure transmitted and received by 4 UWB-based nodes in an embodiment of the present invention;
4B is a reference diagram for explaining a time slot structure transmitted and received by 8 UWB-based nodes in an embodiment of the present invention.
5 is a signal flow diagram for explaining a method of measuring a relative distance between nodes and sharing information between nodes in an embodiment of the present invention.
6A is a diagram of a packet structure for setting an SOS in an information sharing message structure of an additional message according to an embodiment of the present invention.
6B is a diagram of a packet structure for SOS cancellation among information sharing message structures of an additional message in an embodiment of the present invention.
7 is a reference diagram for explaining a UWB-based node configuration for sharing distance information and SOS information according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Meanwhile, terms used in this specification are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" means that a stated component, step, operation, and/or element is the presence of one or more other components, steps, operations, and/or elements. or do not rule out additions.
도 1은 본 발명에 따른 거리 측정 및 SOS 정보 공유 기능을 제공하는 UWB 기반의 위치추적기를 설명하기 위한 구성블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a UWB-based location tracker that provides distance measurement and SOS information sharing functions according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 기반의 위치 추적기(100)는 노드 기능 제어부(110), 노드 거리 검출부(120) 및 부가 메시지 처리부(130)를 포함한다. As shown in FIG. 1 , the UWB-based location tracker 100 according to an embodiment of the present invention includes a node function control unit 110, a node distance detection unit 120, and an additional message processing unit 130.
노드 기능 제어부(110)는 기설정된 노드의 ID 정보에 따라 기설정된 슬롯에서 추적기를 앵커 또는 태그로 동작시킨다. 한편, 노드 기능 제어부(110)는 연결 가능한 다른 추적기인 노드의 ID 정보를 The node function control unit 110 operates the tracker as an anchor or a tag in a preset slot according to ID information of a preset node. On the other hand, the node function control unit 110 receives ID information of nodes that are other connectable trackers.
저장하고, 저장된 노드 ID 정보 중 가장 낮은 순위의 ID를 기준으로 각 추적기의 시간 슬롯을 동기화한다. and synchronize the time slots of each tracker based on the ID of the lowest rank among the stored node ID information.
그리고 노드 기능 제어부(110)는 초기 동작 시, 일정한 시간(슬롯) 동안 메시지를 수신만 하도록 동작한다. Also, the node function control unit 110 operates to receive only messages for a certain period of time (slot) during an initial operation.
노드 거리 검출부(120)는 노드 기능 제어부(110)에 의해 노드가 태그로 동작 시, 통신 가능한 주변 노드에 폴(Poll) 메시지를 전송한 후 상기 주변 노드들로부터 응답 메시지를 수신하면 파이널(Final)a 메시지를 각 주변 노드들에 전송한다. When a node is operated as a tag by the node function control unit 110, the node distance detection unit 120 transmits a poll message to communicable neighboring nodes, and then receives a response message from the neighboring nodes. a Sends a message to each neighboring node.
부가 메시지 처리부(130)는 노드 거리 검출부(120)를 통해 검출된 각 주변 노드간 거리 정보와 SOS 설정 정보를 포함하는 부가 메시지를 앵커 모드로 동작하는 각 주변 노드들에 전달한 후 태그 모드를 종료한다. The additional message processing unit 130 transfers an additional message including distance information between each neighboring node detected through the node distance detection unit 120 and SOS setting information to each neighboring node operating in the anchor mode, and then terminates the tag mode. .
한편, 메시지 응답부(140)는 상기 노드 기능 제어부(110)에 의해 노드가 태그로 동작 시, 기설정된 슬롯 내에서 태그 모드의 노드로 동작하는 노드로부터 폴(Poll) 메시지가 수신되면, 태그 모드로 동작하는 노드로 응답 메시지를 전송한다. On the other hand, the message response unit 140, when a node operates as a tag by the node function control unit 110, receives a poll message from a node operating as a tag mode node within a preset slot, the tag mode Sends a response message to the node operating as
이하, 하기에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 및 SOS 정보 공유 기능을 제공하는 UWB 기반의 위치추적 방법에 대하여 도 2를 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a UWB-based location tracking method that provides distance measurement and SOS information sharing functions according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 .
노드간 거리 측정을 위한 메시지를 생성한다(S100). A message for measuring the distance between nodes is generated (S100).
생성된 노드간 거리 측정을 위한 메시지를 통신 가능한 노드들에 전송한다(S200). The generated message for measuring the distance between nodes is transmitted to communicable nodes (S200).
상기 노드간 거리 측정을 위한 메시지를 수신한 노드들로부터 응답 메시지를 모두 수신한다(S300).All response messages are received from nodes that have received the message for measuring the distance between nodes (S300).
이후, 파이널 메시지를 상기 통신이 가능한 노드들에 전송한다(S400).Thereafter, a final message is transmitted to nodes capable of communicating with each other (S400).
상기 각 노드간 거리 측정을 위한 과정이 종료되면, 수신된 응답 메시지들의 송수신 시간을 이용하여 각 주변 노드간 거리를 측정한다(S500).When the process for measuring the distance between each node is completed, the distance between each neighboring node is measured using the transmission/reception time of the received response messages (S500).
상기 노드들간 거리 측정 후 상기 측정된 거리 정보와 부가 정보를 포함하는 부가 메시지를 상기 주변 노드들에 전송한다(S600). 여기서, 상기 부가 메시지는, 송신되는 메시지의 종류 정보를 포함하는 기능 코드(Function Code) 필드, 각 노드와의 거리 정보를 포함하는 측정 거리 정보 필드, 노드의 위치 정보를 동기화하기 위한 초기화 필드 및 SOS 정보를 포함하는 SOS 설정 필드를 포함한다. After measuring the distance between the nodes, an additional message including the measured distance information and additional information is transmitted to the neighboring nodes (S600). Here, the additional message includes a function code field including type information of transmitted messages, a measurement distance information field including distance information to each node, an initialization field for synchronizing location information of nodes, and an SOS Contains an SOS setting field containing information.
현재의 위치 추적 기술은 실외에서는 GPS 기반의 위치추적 기술을 적용하여 다른 대원의 위치를 파악하고 있으며, GPS 신호가 도달하지 않는 음영 지역이나 실내에서는 현장 대원의 무선 발신기와 관제 시스템의 무선 수신기로 구성된 위치 추적 기술로 무선신호 세기를 측정하여 서로 간의 거리를 측정하는 방식으로 측정에 오차가 발생할 확률이 높고, 현장 대원의 SOS 신호는 경보음 또는 무선 발신기를 동작하는 수준이다.The current location tracking technology uses GPS-based location tracking technology outdoors to determine the location of other personnel, and consists of a field crew's wireless transmitter and control system's wireless receiver in shaded areas or indoors where GPS signals do not reach. There is a high probability of error in measurement as the distance between each other is measured by measuring the strength of the wireless signal with location tracking technology, and the SOS signal of the field crew is at the level of an alarm sound or operating a wireless transmitter.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 위험 상황 시에 주변 현장 대원들에게 SOS 구조 요청이 가능하고 현장 대원들 간의 모든 거리 정보가 모든 위치추적기에서 표시되어야 하며, 다른 스마트 장치 및 관제시스템에도 SOS 구조 신호가 전달되도록 구성되어야 한다.In order to solve this problem, it is possible to request SOS rescue to nearby field crews in a dangerous situation, all distance information between field crews must be displayed on all location trackers, and SOS rescue signals are transmitted to other smart devices and control systems. should be composed
이와 같이, 도 3a에 도시된 바와 같이, 기존의 UWB 장치로 거리 측정을 수행하는 경우에는 자신의 측정 장치(M1)와 다른 측정 장치(M0, M3, M4) 간의 거리 정보만을 알 수 있는 구조로써 다른 장치 간의 거리 정보를 취득하는 것은 어려운 구조이다. As such, as shown in FIG. 3A, when distance measurement is performed with an existing UWB device, only distance information between its own measurement device M1 and other measurement devices M0, M3, and M4 can be known. Acquiring distance information between different devices is a difficult structure.
이에 반해, 본 발명에서의 UWB 기반의 위치추적기(M0 내지 M3)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 1대N 상대 거리 측정 정보이외에도 추가적인 메시지 전송으로 자신의 거리 정보와 SOS 구조 신호와 같은 부가적인 정보를 공유하도록 구성한다. On the other hand, the UWB-based location trackers M0 to M3 in the present invention, as shown in FIG. 3B, transmit additional messages such as their own distance information and SOS rescue signal in addition to 1:N relative distance measurement information. organize to share information.
도 4a는 UWB 노드의 시간 슬롯 구조를 나타낸 것으로 해당 슬롯에 해당하는 ID를 가진 노드(M0)가 태그 모드로 동작하며 다른 노드들(M1 내지 M3)은 앵커 모드로 동작한다. 초기에 동작하는 노드는 일정한 시간동안 메시지 수신만을 하도록 동작하며 슬롯에서 동작하는 노드 중에서 가장 낮은 ID를 가진 노드를 기준으로 시간 슬롯을 동기화한다. 모든 다른 노드들도 동일하게 슬롯에 참가하는 노드 중에서 가장 낮은 ID를 가진 노드를 기준으로 시간 슬롯을 동기화한다. 4A shows a time slot structure of a UWB node. A node M0 having an ID corresponding to a corresponding slot operates in tag mode, and other nodes M1 to M3 operate in anchor mode. The initially operating node operates only to receive messages for a certain period of time and synchronizes the time slot based on the node with the lowest ID among the nodes operating in the slot. All other nodes also synchronize time slots based on the node with the lowest ID among the nodes participating in the same slot.
이러한 방법은 특정한 노드에 기준을 정하지 않아도 되므로 자유롭게 노드 구성이 가능하며 일정한 주기로 시간 기준 노드를 갱신하도록 함으로써 기준 노드가 고장이나 손실이 발생하여도 그 다음 낮은 ID를 가진 노드를 기준으로 시간 동기화를 수행할 수 있는 장점이 있다. Since this method does not need to set a standard for a specific node, it is possible to freely configure the node, and by updating the time reference node at regular intervals, time synchronization is performed based on the node with the next lower ID even if the reference node fails or loses. There are advantages to doing so.
도 4a는 4개의 노드(M0 내지 M3)로 구성된 망에서의 노드 간의 거리 측정을 위한 메시지 교환 시간 슬롯을 도시한 것이며, 도 4b는 8개의 노드(M0 내지 M7)로 구성된 망에서의 노드 간의 거리 측정을 위한 메시지 교환 시간 슬롯을 도시한 것이다. 노드 수가 많아질수록 슬롯의 시간은 길어지며 또한 거리 측정 시간 주기도 늘어나는 것을 알 수 있다. 4A shows message exchange time slots for measuring the distance between nodes in a network consisting of 4 nodes M0 to M3, and FIG. 4B shows the distance between nodes in a network consisting of 8 nodes M0 to M7. It shows message exchange time slots for measurement. It can be seen that as the number of nodes increases, the slot time increases and the distance measurement time period also increases.
도 5은 노드 간의 상대 거리 측정 및 추가적인 메시지를 공유하기 위한 메시지 전달 방법을 도시한 것이다. 5 illustrates a message transmission method for measuring a relative distance between nodes and sharing an additional message.
일 예로, 4개의 노드(M0 내지 M3) 중 노드0(M0)가 태그 모드로 동작하면, 먼저, Poll 메시지를 앵커 모드로 동작하는 다른 노드1 내지 노드3(M1 내지 M3)로 송신한다. For example, when node 0 (M0) among the four nodes (M0 to M3) operates in tag mode, it first transmits a poll message to other nodes 1 to 3 (M1 to M3) operating in anchor mode.
이후, 앵커 모드로 동작하는 다른 노드1 내지 노드3(M1 내지 M3)는 Response 메시지를 태그 모드로 동작중인 노드0(M0)으로 전달한다. Thereafter, other nodes 1 to 3 (M1 to M3) operating in anchor mode deliver a response message to node 0 (M0) operating in tag mode.
이후, 태그 모드로 동작 중이고 Response 메시지를 수신한 노드0(M0)는 Final 메시지를 자신과 연결된 다른 노드1 내지 노드3(M1 내지 M3)로 전달하여, 노드들 간의 상대거리 측정이 완성되며 Final 메시지 이후에 자신이 측정한 거리 정보 및 SOS와 같은 부가적인 메시지 정보를 다른 노드1 내지 노드3(M1 내지 M3)로 전송함으로써 다른 모든 노드들에게 자신의 정보를 공유할 수 있다. 본 실시예에서는 노드1(M1)까지의 동작만 설명하고 있으나 연결된 노드3(M3)까지 순차적으로 순환 동작하는 것이 바람직하다. Then, node 0 (M0) operating in tag mode and receiving the Response message transfers the final message to other nodes 1 to 3 (M1 to M3) connected to it, and the measurement of the relative distance between nodes is completed, and the final message Afterwards, by transmitting the distance information measured by itself and additional message information such as SOS to other nodes 1 to 3 (M1 to M3), it can share its own information with all other nodes. In this embodiment, only the operation up to node 1 (M1) is described, but it is preferable to sequentially cycle the operation up to the connected node 3 (M3).
도 6a 및 도 6b는 노드들간 정보 공유를 위한 부가 메시지 구조를 도시한 것이다. 6a and 6b illustrate an additional message structure for sharing information between nodes.
상기 부가 메시지는, 송신되는 메시지의 종류 정보를 포함하는 기능 코드(Function Code) 필드, 각 노드와의 거리 정보를 포함하는 측정 거리 정보 필드, 노드의 위치 정보를 동기화하기 위한 초기화 필드 및 SOS 정보를 포함하는 SOS 설정 필드를 포함한다. 각 측정 거리 정보 필드는 각 노드와의 거리를 각각의 메터 필드에 포함시킨다. 그리고, SOS 설정 필드는 위급상황을 알리는 경우 도 6a에서와 같이 SET SOS로 설정하고, SOS 상황이 아닌 경우 도 6b에 도시된 바와 같이 NOT SOS로 설정한다. The additional message includes a function code field including type information of transmitted messages, a measurement distance information field including distance information to each node, an initialization field for synchronizing location information of nodes, and SOS information. Include an SOS setting field to include. Each measurement distance information field includes the distance to each node in each meter field. And, the SOS setting field is set to SET SOS as shown in FIG. 6A when an emergency situation is reported, and set to NOT SOS as shown in FIG. 6B when it is not an SOS situation.
이와 같은 정보 공유로 현장 대원은 모든 다른 현장대원들 간의 N대N 상대 거리 정보를 얻을 수 있고, SOS 공유 기능으로 다른 대원들에게 자신의 위급 상황을 전파할 수 있다. With this information sharing, the field crew can obtain N-to-N relative distance information between all other field crew members, and can spread their emergency situation to other crew members with the SOS sharing function.
이러한 UWB 기반의 위치추적기에 BLE 와 같은 무선 통신 기능을 추가하여 스마트 장치 및 관제시스템과 연결이 가능하며 자신의 취득한 N대N 상대 거리 정보와 SOS 정보를 공유할 수 있다. By adding wireless communication functions such as BLE to these UWB-based location trackers, they can connect with smart devices and control systems, and can share their acquired N-to-N relative distance information and SOS information.
스마트 장치 및 관제시스템에서는 무선 통신으로 대원 중에 하나의 장치와 연결되어도 연관된 모든 대원들의 거리 정보의 파악 및 SOS 정보 공유가 가능한 이점이 있다. Smart devices and control systems have the advantage of being able to identify distance information and share SOS information of all members involved even if they are connected to one device among the members by wireless communication.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 및 SOS 정보 공유 기능을 제공하는 UWB 기반의 위치추적 방법의 동작 예를 설명하기 위한 참고도이다. 7 is a reference diagram for explaining an operation example of a UWB-based location tracking method that provides distance measurement and SOS information sharing functions according to an embodiment of the present invention.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 요구조자를 구조하기 현장 대원(M2) 중에 한 명이 위급 상황에 있을 때, UWB 기반의 위치 추적기들(M0, M1 및 M3)를 통하여 대원들 간의 거리 정보 및 SOS 정보를 공유하여 다른 대원들이 신속하게 위급한 현장대원을 구조할 수 있다. 본 실시예에서는 4개의 추적기를 이용하는 것으로 설명하고 있으나 이를 한정하는 것은 아니다. That is, as shown in FIG. 7, when one of the on-site crew members M2 is in an emergency situation to rescue the victim, distance information and SOS between the crew members are provided through the UWB-based location trackers M0, M1, and M3. By sharing information, other crews can quickly rescue the emergency crew. In this embodiment, it is described as using four trackers, but it is not limited thereto.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.In the above, the configuration of the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, but this is only an example, and various modifications and changes within the scope of the technical idea of the present invention to those skilled in the art to which the present invention belongs Of course this is possible. Therefore, the scope of protection of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the description of the claims below.
Claims (1)
상기 각 노드간 거리 측정을 위한 과정이 종료되면, 수신된 응답 메시지들의 송수신 시간을 이용하여 각 주변 노드간 거리를 측정하는 단계; 및
상기 노드들간 거리 측정 후 상기 측정된 거리 정보와 부가 정보를 포함하는 부가 메시지를 상기 주변 노드들에 전송하는 단계를 포함하는 거리 측정 및 SOS 정보 공유 기능을 제공하는 UWB 기반의 위치추적 방법.
When a node in a position where communication is possible operates in tag mode in a preset time slot, a message for measuring the distance between nodes is transmitted to neighboring nodes, and when a response message is received from each neighboring node, a final message is sent to each neighboring node. Ending the process for measuring the distance between nodes by transmitting to the nodes;
measuring a distance between neighboring nodes using transmission/reception times of received response messages when the process for measuring the distance between respective nodes is terminated; and
and transmitting an additional message including the measured distance information and additional information to the neighboring nodes after measuring the distance between the nodes.
Priority Applications (1)
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KR1020220018276A KR20230121420A (en) | 2022-02-11 | 2022-02-11 | Implementation method of a UWB-based location tracker that provides distance measurement and SOS information sharing |
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- 2022-02-11 KR KR1020220018276A patent/KR20230121420A/en unknown
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