WO2012011624A1 - 위치 추정에 사용자 이동성을 활용하는 와이파이 라디오 맵 기반 실내 네비게이션 시스템 및 방법 - Google Patents

위치 추정에 사용자 이동성을 활용하는 와이파이 라디오 맵 기반 실내 네비게이션 시스템 및 방법 Download PDF

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WO2012011624A1
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radio map
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access point
mobile terminal
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PCT/KR2010/005165
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한동수
이민규
장래영
양현일
이인제
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Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Visoft Ltd
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Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Visoft Ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0252—Radio frequency fingerprinting
    • G01S5/02521—Radio frequency fingerprinting using a radio-map

Definitions

  • the present invention relates to an indoor navigation system and method using a Wi-Fi radio map. More particularly, the present invention relates to a navigation system and a method for identifying a subscriber's location in a building using a Wi-Fi radio map and providing movement route information.
  • the present invention also relates to a location estimation method for estimating the location of a mobile terminal moving in a space where a Wi-Fi signal is received from an access point (AP).
  • AP access point
  • LBS Location Based Service
  • location-based services using GPS satellites have a problem in that they cannot provide location information in areas where satellite signals are weak, such as indoors, tunnels, underground parking lots, or urban areas.
  • APs Access Points
  • Wi-Fi signal dragging also exists in the reception of Wi-Fi signals.
  • the accuracy of location recognition decreases due to the Wi-Fi signal drag phenomenon.
  • Another object of the present invention is to provide an indoor navigation system and method with improved accuracy of location recognition.
  • Indoor navigation method using a Wi-Fi radio map is a navigation method for providing movement route information to a mobile terminal of an indoor space using a Wi-Fi radio map, by collecting a Wi-Fi fingerprint A learning step of constructing at least one Wi-Fi radio map, dividing an indoor space into a plurality of areas, classifying a Wi-Fi fingerprint by each divided area, and then building an access point index; And acquiring a Wi-Fi fingerprint by using the mobile terminal, checking a partition area including the Wi-Fi fingerprint obtained by using the access point index, and determining a final location of the mobile terminal. Include.
  • the indoor navigation system using the Wi-Fi radio map is a navigation system that provides the route information to the mobile terminal of the indoor space using the Wi-Fi radio map, a Wi-Fi fingerprint
  • a Wi-Fi radio map building module for collecting and building a Wi-Fi radio map, dividing an indoor space into a plurality of areas, classifying a Wi-Fi fingerprint for each divided area, and then building an access point index;
  • a location estimation module for acquiring a Wi-Fi fingerprint received from the mobile terminal and checking a partition area including the obtained Wi-Fi fingerprint using an access point index to determine a final location of the mobile terminal.
  • the Wi-Fi signal drag phenomenon generated in the process of receiving the Wi-Fi signal can be alleviated or eliminated, thereby improving the accuracy of the position estimation.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an indoor navigation system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a learning step of an indoor navigation service according to an embodiment of the present invention
  • 3 is a view for explaining a change in accuracy and precision as the size of the partition increases
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for determining a partition size in consideration of accuracy and precision simultaneously, according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a learning step according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a location estimation step of an indoor navigation service according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of improving position estimation reliability according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an exemplary view of a shopping mall collecting a Wi-Fi fingerprint for validation according to an embodiment of the present invention
  • FIG 9 is an exemplary screen of a portable terminal providing movement path information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an indoor navigation system according to an embodiment of the present invention.
  • Indoor navigation system is a plurality of wired and wireless access point (AP: Access Point, hereinafter referred to as "AP") 110 to 114, the mobile terminal 120, navigation service server 130 and database ( 140).
  • AP Access Point
  • the first AP 110 to the n-th AP 114 which are APs installed in areas targeted for indoor navigation service, transmit a Wi-Fi signal to the mobile terminal 120.
  • the mobile terminal 120 generates a Wi-Fi fingerprint using a Wi-Fi signal received from the first AP 110 to the n-th AP 114 and generates location information received from the navigation service server 130. It displays the route information on the map by using.
  • the mobile terminal 120 includes a Wi-Fi receiving module 122 and a navigation execution module 124.
  • the Wi-Fi receiving module 122 serves to generate a Wi-Fi fingerprint using the Wi-Fi signal received from the first AP 110 to the n-th AP 114.
  • the Wi-Fi fingerprint is an AP in which the mobile terminal 120 transmits a received signal strength indicator (RSSI) of the Wi-Fi signal measured from at least one or more of the APs 110 through 114 and a corresponding wireless signal.
  • RSSI received signal strength indicator
  • the navigation execution module 124 displays movement path information through data transmission and reception with the navigation service server 130. That is, the navigation execution module 124 transmits the Wi-Fi fingerprint generated through the Wi-Fi receiving module 122 to the navigation service server 130, and provides location information and route information from the navigation service server 130. Receives, and serves to display location information and route information on a map or a map that is mounted in advance. To this end, the portable terminal 120 should be equipped with a navigation program in advance.
  • the navigation service server 130 collects a Wi-Fi fingerprint to build a Wi-Fi radio map, and uses the portable Wi-Fi radio map and the Wi-Fi fingerprint received from the mobile terminal 120 to carry out the corresponding mobile. It determines the location of the terminal 120 and the like. To this end, the navigation service server 130 includes a mobile terminal interface 132, a learning module 134, and a location estimation module 136.
  • the Wi-Fi radio map includes a Wi-Fi fingerprint and location information of the point where the Wi-Fi fingerprint is obtained.
  • the portable terminal interface 132 is a module that performs data transmission and reception with the portable terminal 120. That is, the mobile terminal interface 132 receives the Wi-Fi fingerprint generated by the mobile terminal 120 and transmits the Wi-Fi fingerprint to the learning module 134 or the location estimation module 136, and the mobile terminal interface 136 carries the mobile fingerprint by the location estimation module 136. When the final position of the terminal 120 is determined, the terminal 120 transmits the determined position information to the portable terminal 120.
  • the mobile terminal interface 132 and the mobile terminal may transmit and receive location information, route information, map information, and the like using Wi-Fi communication, but are not necessarily limited to Wi-Fi communication.
  • the learning module 134 collects Wi-Fi fingerprints to build a Wi-Fi radio map, divide the navigation service area into detailed areas, classify the Wi-Fi fingerprints, build an AP index, and the like. Do this. To this end, the learning module 134 includes a Wi-Fi radio map construction module 1342, a region partitioning module 1344, a Wi-Fi fingerprint classification module 1346, and an AP index construction module 1348.
  • the Wi-Fi radio map building module 1342 collects Wi-Fi fingerprints to build a Wi-Fi radio map.
  • Wi-Fi radio maps include fixed Wi-Fi radio maps and mobile Wi-Fi radio maps.
  • the fixed Wi-Fi radio map is a Wi-Fi radio map in which a Wi-Fi fingerprint is collected while the measurement mobile terminal is fixed. That is, the Wi-Fi fingerprint is collected while the Wi-Fi signal dragging phenomenon is removed.
  • the mobile Wi-Fi radio map is a Wi-Fi radio map in which a Wi-Fi fingerprint is collected while the measurement portable terminal moves in a predetermined direction and speed. Therefore, the Wi-Fi radio map reflects the Wi-Fi signal drag phenomenon caused by the movement of the portable terminal. Therefore, the indoor navigation service estimates the user's location using the Wi-Fi radio map reflecting the Wi-Fi signal drag phenomenon, thereby reducing the error caused by the Wi-Fi signal drag phenomenon.
  • Wi-Fi radio map When constructing a mobile Wi-Fi radio map, it is necessary to construct various Wi-Fi radio maps by moving direction and moving speed for each movable passage. In other words, several Wi-Fi radio maps must be constructed for an area.
  • the area partitioning module 1344 divides the indoor navigation service target area into a plurality of partitions.
  • the first to third areas are areas where the mobile terminal 120 is located, and are spaces in which the first AP 110 to the nth AP 114 are installed.
  • the Wi-Fi fingerprint classification module 1346 classifies a plurality of Wi-Fi fingerprints for constructing a Wi-Fi radio map for each divided region divided by the region dividing module 1344.
  • the AP index building module 1348 generates a linkage information between the partition and the AP for which a signal is received in the partition.
  • the AP index is information corresponding to partitions associated with each AP.
  • the AP index is also information for associating identification information of an access point (AP) transmitting a Wi-Fi signal with a partition in which a Wi-Fi signal is received from an access point (AP) transmitting the Wi-Fi signal.
  • the navigation service server 130 needs to search the entire Wi-Fi fingerprint to determine which Wi-Fi fingerprint it receives is associated with which partition.
  • the AP information of the Wi-Fi fingerprint can be checked and the information of the relevant partition can be easily obtained through the constructed AP index.
  • the segmentation method performed by the region segmentation module 1344, the classification method of the Wi-Fi fingerprint performed by the Wi-Fi fingerprint classification module 1346, and the AP index construction module ( The AP index construction method performed at 1348 will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5.
  • the location estimation module 136 determines a location of the mobile terminal 120 by using a Wi-Fi radio map and an AP index, which are built in advance, and a Wi-Fi fingerprint received from the mobile terminal 120. Perform. To this end, the location estimation module 136 includes a Wi-Fi radio map determination module 1362, a Wi-Fi fingerprint reception module 1264, a partition identification module 1366, and a location determination module 1368.
  • the Wi-Fi radio map determination module 1362 is responsible for selecting a Wi-Fi radio map to use for position estimation of the mobile terminal 120. That is, the Wi-Fi radio map determination module 1362 is a Wi-Fi radio map to use for estimating the location of the mobile terminal 120 among a plurality of Wi-Fi radio maps constructed by the Wi-Fi radio map construction module 1342. It plays a role of selecting. At this time, it is preferable that the Wi-Fi radio map determination module 1362 selects a Wi-Fi radio map by checking a moving direction and a moving speed of the mobile terminal 120.
  • the Wi-Fi fingerprint receiving module 1364 serves to receive and confirm the Wi-Fi fingerprint sent from the mobile terminal 120.
  • a preset update period for example, to receive the Wi-Fi fingerprint from the mobile terminal 120 every 2 to 3 seconds.
  • the partition identification module 1366 identifies a partition to which a received Wi-Fi fingerprint relates to the AP index.
  • the location determination module 1368 determines that the partition to which the Wi-Fi fingerprint received by the partition identification module 1366 belongs is determined, the Wi-Fi received among the plurality of Wi-Fi fingerprints of the partition previously collected. The Wi-Fi fingerprint closest to the Fi fingerprint is selected and a collection point of the selected Wi-Fi fingerprint is determined as the final position of the mobile terminal 120.
  • the database 140 is a space in which various data for indoor navigation service are stored.
  • the database 140 may include a Wi-Fi radio map information database 142 and an area partitioning module for storing a plurality of Wi-Fi radio maps variously constructed by the Wi-Fi radio map construction module 1342.
  • An area index information database 144 that stores partition area information of the indoor navigation service target area partitioned by 1344; and an AP index information database 146 that stores the AP index generated by the AP index building module 1348. It includes.
  • all or some of the functions performed by the learning module 134, the location estimation module 136, and the database 140 of the navigation service server 130 may be performed by the mobile terminal 120.
  • an indoor navigation service according to an embodiment of the present invention can be provided.
  • a process of providing an indoor navigation service may be classified into a learning step and a location estimation step.
  • the learning step is a step of building a Wi-Fi radio map and an AP index, dividing an indoor navigation service target area, and the location estimating step using a Wi-Fi fingerprint received from the mobile terminal 120. It is a step of estimating the position of 120.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a learning step of an indoor navigation service according to an embodiment of the present invention.
  • the learning step of the indoor navigation service comprises the steps of constructing a Wi-Fi radio map (S210), dividing a map area (S220), and classifying a Wi-Fi fingerprint for each partition area ( S230) and building a partition-based AP index (S240).
  • Wi-Fi fingerprints should be collected at a plurality of points in the area, and a plurality of Wi-Fi radio maps should be constructed using the collected Wi-Fi fingerprints (S210).
  • the Wi-Fi radio map includes fixed and mobile.
  • the Wi-Fi radio map thus constructed is stored in the Wi-Fi radio map information database 142 of the database 140.
  • the navigation service server 130 should divide the indoor navigation service target area into a plurality of areas for the indoor navigation service (S220).
  • the indoor navigation service target area it is two purposes to divide the indoor navigation service target area into a plurality of areas.
  • the first purpose is to reduce the time required for location recognition by building an AP index associated with the divided region and using the AP index
  • the second object is to estimate the position of the mobile terminal 120
  • the combination of the point estimates is used to increase the stability of the position estimates and to efficiently display the location by selectively using the segmentation display or the point display depending on the situation even when displaying the location of the mobile terminal.
  • the accuracy means the accuracy of the position estimated in the area unit
  • the precision means the average area size used when estimating the reference area size. Therefore, increasing the size of the divided region improves accuracy but decreases the precision, and decreasing the size of the divided region has a trade-off effect in which the accuracy is improved but the accuracy becomes worse.
  • 3 is a view for explaining a change in accuracy and precision as the size of the divided region increases.
  • the accuracy is improved but the accuracy is lowered.
  • the accuracy improves from 66.7% to 100% in the same situation where three position estimations are performed, while the accuracy drops from 75% to 60%.
  • the precision is a result obtained by dividing the reference area by the average of the estimated area areas. That is, it is calculated through the formula of 'standard area / estimated area area average'. In general, it is preferable to set the size of the smallest divided area as the reference area and calculate the calculated area by setting the size of the divided area A1 in FIG. 3.
  • the target value of accuracy and precision is set in advance, the size of the divided area is changed, and whether the accuracy and precision satisfies the preset target value is confirmed. It is desirable to.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for determining a partition size in consideration of accuracy and precision simultaneously according to an embodiment of the present invention.
  • the method will be described based on a method of determining the optimal area size by gradually increasing the size of the divided area after first making the size of the divided area small.
  • targets of accuracy and precision should be set.
  • the target value of accuracy is set to ' ⁇ ' and the target value of precision is set to ' ⁇ ' and described (S410).
  • the size of the divided area is initialized, and in this embodiment, the indoor navigation service target area is divided into a minimum size (S420).
  • the accuracy and precision of the position estimation are obtained from the size of the corresponding divided region (S430).
  • the accuracy is referred to as 'x' and the precision is referred to as 'y'.
  • the calculated precision y is compared with the previously set precision target value ⁇ (S440).
  • the accuracy x of the obtained divided region is compared with the previously set accuracy target value ⁇ (S450).
  • the size of the divided region is increased by a predetermined predetermined value (S452), and after S430 to obtain the accuracy (x) and precision, Repeat the steps.
  • step S440 is also repeatedly performed in which the precision y of the divided region having the increased size is compared with the previously set precision target value ⁇ . As a result of the comparison between the precision y of the divided region and the target precision value ⁇ , it is determined that the target values of accuracy and precision are relaxed and set when the obtained precision y of the divided region does not satisfy the target precision ⁇ . After (S442), the step after S420 is repeated.
  • the size of the divided region is determined as the size of the final divided region (S460).
  • the Wi-Fi fingerprint classification module 1346 when the indoor navigation service target area is divided into a plurality of areas, the Wi-Fi fingerprint classification module 1346 generates a plurality of Wi-Fi fingerprints for constructing a Wi-Fi radio map for each partition area. Classify (S230).
  • a field for displaying a partition is added to the Wi-Fi radio map information database 142 in which the information of the Wi-Fi fingerprint is stored. It is preferable to display the divided area where the print is obtained, that is, the divided area to which each Wi-Fi belongs.
  • a handle that easily accesses the Wi-Fi fingerprint collected in the partition is added to the data structure representing the partition so that the partition to which the Wi-Fi fingerprint belongs can be easily identified during the location estimation step.
  • the connection structure between the Wi-Fi fingerprint and the partition region may be formed by using an array structure in which each partition region is an element or a node, or a data structure such as a graph, a tree, or a directed graph (DAG). Can be represented.
  • an AP index to which the information of the partition to which the Wi-Fi fingerprint belongs and the identification information of the AP in charge of the partition is mapped.
  • the mobile device in order to confirm in which partition the received Wi-Fi fingerprint is obtained, the mobile device does not search the entire Wi-Fi fingerprint but immediately checks it from AP identification information included in the Wi-Fi fingerprint.
  • a partition-based AP index is constructed to allow this.
  • the AP index is information that associates identification information of an access point (AP) with a partition in which a Wi-Fi signal is received from the access point (AP) using a Wi-Fi radio map.
  • the AP index is association information between an AP media access control (MAC) address and a partition.
  • MAC media access control
  • the navigation service server 130 scans all learned Wi-Fi fingerprints and transmits a radio signal for generating a corresponding Wi-Fi fingerprint. Check the MAC address of each AP.
  • each AP For each AP, one or more Wi-Fi fingerprints containing the MAC address of the AP are selected. In addition, by examining the partition in which the Wi-Fi fingerprint is collected, the association information between the AP MAC address and the partition is secured.
  • the learning step according to the embodiment of the present invention is performed through the above-described step S210 to S240, the overall procedure of such a learning step can be confirmed through FIG. FIG. 5 exemplifies information constructed in each learning step, and detailed descriptions thereof are omitted since they fall within the scope of the above-described matters.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a location estimation step of an indoor navigation service according to an embodiment of the present invention.
  • the step of determining a Wi-Fi radio map to be used for location estimation (S610) and a Wi-Fi fingerprint from the mobile terminal 120 that is the target of location recognition are performed.
  • a Wi-Fi radio map to be used for position estimation among a plurality of Wi-Fi radio maps a Wi-Fi radio map constructed in a situation similar to a moving direction and a moving speed of a mobile terminal provided with an indoor navigation service is used. It is preferable to select and use.
  • a method of acquiring information regarding a moving direction of a portable terminal can be naturally checked since the direction of the corresponding route is determined by searching for a route using the final destination selected by the user and the location of the current portable terminal.
  • various methods may be used as a method of obtaining information about the moving speed of the portable terminal.
  • the speed may be arbitrarily estimated.
  • the moving speed of the portable terminal may be periodically checked to determine the moving speed.
  • a combination of three-axis acceleration sensor, pedometer sensor, and gyro sensor can be used to calculate a user's real-time moving speed.
  • the navigation service server 130 receives the Wi-Fi fingerprint collected from the mobile terminal 120 using the mobile terminal interface 132 (S620).
  • the Wi-Fi fingerprint in receiving the Wi-Fi fingerprint from the mobile terminal 120, it is preferable to receive the Wi-Fi fingerprint for each preset update period, such an update period is characterized in that the characteristics of the mobile terminal 120, Various settings may be made according to characteristics of the indoor navigation service target area.
  • the partition area to which the received Wi-Fi fingerprint belongs is determined through the AP index established in the learning step (S630).
  • any Wi-Fi fingerprint is implemented in a format such as ⁇ x 1 ,->, ⁇ x 4 ,->, ... ⁇ . That is, since the Wi-Fi fingerprint includes a plurality of AP MAC addresses (x 1 , x 4, etc.), the belonging region of the Wi-Fi fingerprint can be determined through the AP index.
  • the empty set or the intersection may include a plurality of divided regions.
  • the intersection is an empty set, it is preferable to select a partition region associated with as many AP addresses as the region to which the Wi-Fi fingerprint belongs.
  • one or more partitions may be selected from among the plurality of partitions by using them as is or by additionally using information on the Wi-Fi signal strength. For example, by selecting only APs having a specific intensity or more as targets, the number of target divided regions can be reduced.
  • the Wi-Fi fingerprint among the plurality of Wi-Fi fingerprints belonging to the partition area collected in the learning step is close to the Wi-Fi fingerprint received.
  • the Fi fingerprint is selected and a collection point of the selected Wi-Fi fingerprint is determined as the final position of the mobile terminal 120.
  • the distance between two Wi-Fi fingerprints can be calculated using Equation 1.
  • L p is a generalized weighted distance
  • N is the number of APs
  • W is the weighting factor
  • P is the norm parameter
  • S i and P i are the received fingerprint and The reception strength value in the fingerprint to be compared.
  • the Wi-Fi fingerprint closest to the received Wi-Fi fingerprint can be found.
  • the above mathematical formula 1 is just one example, and various methods can be used.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of improving position estimation reliability according to an embodiment of the present invention.
  • the divided region (hereinafter referred to as 'own region') to which the Wi-Fi fingerprint received from the mobile terminal 120 belongs is determined ( S710).
  • the method of determining the belonging region is the same as described through the step S630.
  • the 'search region' is an area including the 'own area' and an enlargement thereof.
  • the Wi-Fi fingerprint is searched for the most similar Wi-Fi fingerprints compared to the Wi-Fi fingerprint received from the mobile terminal 120 for all Wi-Fi fingerprints belonging to the search area.
  • the collection point of the print is determined as an estimated position (S730).
  • the above processes are repeated every cycle of position estimation, and in the case of multiple position estimation, when the disparity between the partition including the estimated position and the belonging region is repeated several times, the Wi-Fi finger received from the mobile terminal 120 is received. It is preferable to search only the Wi-Fi fingerprint belonging to the area to which the print belongs ('owned area') and determine the location of the found Wi-Fi fingerprint as the final location of the mobile terminal 120.
  • FIG. 8 is an exemplary view of a shopping mall collecting a Wi-Fi fingerprint for validation according to an embodiment of the present invention.
  • Wi-Fi fingerprints were collected in a 600-meter section of a shopping mall, and location estimation accuracy was measured.
  • a total of 2120 Wi-Fi fingerprints were collected per 10 points for a total of 212 points, and 2120 Wi-Fi fingerprints were collected while maintaining walking speed in both directions. That is, about 2120 Wi-Fi fingerprints were collected for the fixed Wi-Fi radio map, and about 4240 Wi-Fi fingerprints were collected for the mobile Wi-Fi radio map.
  • a location estimation was performed by receiving a Wi-Fi fingerprint at a predetermined position every 30 meters.
  • a position estimation error of about 8 meters is generated in the position estimation using a fixed Wi-Fi fingerprint, whereas according to the position estimation method considering the user's mobility according to an embodiment of the present invention, an error of about 5 meters is generated. Occurred. Accordingly, it can be seen that there is an accuracy improvement effect of 30% or more through the method of the present invention in consideration of the mobility of the user. In addition, as a result of implementing the indoor navigation system according to an embodiment of the present invention, it was confirmed that the accuracy and response speed of the location recognition of the user based on Wi-Fi can be actually used.
  • FIG 9 is an exemplary screen of a portable terminal providing movement path information according to an embodiment of the present invention.
  • the user can move along a path that is displayed similarly to the vehicle navigation, and by displaying the changed user's location on the map displayed on the mobile terminal 120 through periodic estimation, the user can easily reach the destination in a complicated indoor space. We confirmed that we could visit.
  • the method for recognizing a user's location through area division can be efficiently used even in a wide space where an AP is not sufficiently installed. For example, in a wide environment such as a parking lot, it is sufficient to guide the approximate location with the accuracy of the divided area rather than the exact location, and thus can be efficiently applied.
  • the parking location may be designated in units of areas, and may be provided in the form of a service that guides the designated parking location later.
  • the user drives the parking location checking program installed in his mobile terminal.
  • the parking location program collects the Wi-Fi fingerprint of the corresponding point, recognizes the area to which the collected Wi-Fi fingerprint belongs, and stores the result.
  • the stored parking location information may be used in connection with indoor navigation, or may be used to determine a parking location for the user to return to his vehicle location.
  • the parking location checking program installed in the mobile terminal connected to the server is saved after storing the parking information of many buildings in which the area is divided and the Wi-Fi radio map has been completed so that the server can be collectively managed. It is effective to service through.

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Abstract

본 발명은 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 Wi-Fi 핑거프린트를 수집하여 하나 이상의 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하고, 실내 공간을 다수의 영역으로 분할하여, 분할된 영역별로 Wi-Fi 핑거프린트를 분류한 뒤, 액세스 포인트 인덱스를 구축하는 학습 단계; 및 휴대 단말기를 이용하여 Wi-Fi 핑거프린트를 획득한 뒤, 액세스 포인트 인덱스를 이용하여 획득된 Wi-Fi 핑거프린트가 포함된 분할 영역을 확인하여, 휴대 단말기의 최종 위치를 결정하는 위치 추정 단계를 포함하는 실내 네비게이션 방법을 제공한다.

Description

위치 추정에 사용자 이동성을 활용하는 와이파이 라디오 맵 기반 실내 네비게이션 시스템 및 방법
본 발명은 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 Wi-Fi 라디오 맵(Wi-Fi Radio Map)을 이용하여 건물 내부의 가입자 위치를 확인하여 이동 경로 정보를 제공하는 네비게이션 시스템 및 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 AP(Access Point)로부터 Wi-Fi 신호가 수신되는 공간을 이동하는 휴대 단말기의 위치를 추정하는 위치 추정 방법에 관한 것이다.
위치 기반 서비스(LBS: Location Based Service)는 GPS 등을 이용하여 휴대 단말기의 현재 위치 정보를 확인하고, 확인된 위치 정보를 이용하여 길 안내, 주위 정보 안내, 교통 정보, 물류 관제, 구조 요청, 범죄 신고 대응, 위치 기반 CRM(Customer Relationship Management) 등 다양한 부가 서비스를 제공하는 서비스이다.
이와 같은 위치 기반 서비스를 이용하기 위해서는 휴대 단말기의 위치를 파악하는 것이 필수적이다. 그러나, GPS 위성을 이용하는 위치 기반 서비스는 실내, 터널, 지하 주차장이나 도심 지역 등 위성 신호가 미약한 지역에서는 위치 정보를 제공하지 못하는 문제점을 갖고 있다.
이와 같은 문제점 해결을 위하여, 실내와 같이 위성 신호가 미약한 지역에서 위치 기반 서비스를 제공하기 위한 실내 측위 기술들이 다양하게 연구되고 있다. 특히, 무선랜(WLAN), 초광대역 무선통신(UWB), 첩 스펙트럼 확산(CSS), 지그비(Zigbee), 블루투스 등의 무선 통신 장치를 이용한 무선 측위 방법이 많이 연구 및 개발되고 있다.
최근에는 Wi-Fi를 이용한 무선 통신망 보급이 확산되면서, 도심 곳곳에 수백만 기의 액세스 포인트(AP: Access Point, 이하 'AP'라 칭함)가 설치되고 있다. 그 결과, 상가나 오피스가 밀집한 도심의 한 장소에서는 평균 7개 내지 8개의 서로 다른 AP 신호를 수신하는 것이 가능한 상황이 되었다. 이와 같이 AP가 설치되는 밀도가 증가함에 따라, 실내에 위치한 휴대 단말기가 Wi-Fi 신호에 기반하여 위치를 추정하는 것이 가능하게 되었다.
그런데, 일반적으로 기지국 혹은 중계기로부터 휴대 단말기로 신호를 전송하는 과정에서, 기지국 혹은 중계기에서의 전송 지연 현상과 휴대 단말기에서의 수신 지연 현상이 발생한다. 특히, 위치를 이동하는 휴대 단말기의 경우, 전방의 신호가 다소 지체되어 수신되고, 후방의 신호는 전방의 신호가 수신될 때까지 휴대용 기기에 남게 되는 잔상 현상이 발생된다. 이러한 현상을 신호 끌림(Signal Dragging) 현상이라고 한다.
Wi-Fi 신호의 수신에 있어서도, Wi-Fi 신호 끌림(Wi-Fi Signal Dragging) 현상이 존재한다. 일반적인 Wi-Fi 신호 기반 위치 인식 기법을 사용하여 휴대 단말기의 위치를 추정하는 경우, Wi-Fi 신호 끌림 현상으로 인하여 위치 인식 정확도가 떨어지게 되며, 이에 따라 Wi-Fi 신호 기반의 위치 인식 기법을 이용하여 네비게이션 등의 위치 기반 서비스를 제공할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 신호 끌림 현상을 완화하거나 제거한 실내 네비게이션 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 위치 인식의 정확도가 향상된 실내 네비게이션 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 방법은 Wi-Fi 라디오 맵을 이용하여 실내 공간의 휴대 단말기로 이동 경로 정보를 제공하는 네비게이션 방법으로서, Wi-Fi 핑거프린트를 수집하여 하나 이상의 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하고, 실내 공간을 다수의 영역으로 분할하여, 분할된 영역별로 Wi-Fi 핑거프린트를 분류한 뒤, 액세스 포인트 인덱스를 구축하는 학습 단계; 및 휴대 단말기를 이용하여 Wi-Fi 핑거프린트를 획득한 뒤, 액세스 포인트 인덱스를 이용하여 획득된 Wi-Fi 핑거프린트가 포함된 분할 영역을 확인하여, 휴대 단말기의 최종 위치를 결정하는 위치 추정 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 시스템은 Wi-Fi 라디오 맵을 이용하여 실내 공간의 휴대 단말기로 이동 경로 정보를 제공하는 네비게이션 시스템으로서, Wi-Fi 핑거프린트를 수집하여 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하고, 실내 공간을 다수의 영역으로 분할하여, 분할된 영역별로 Wi-Fi 핑거프린트를 분류한 뒤, 액세스 포인트 인덱스를 구축하는 Wi-Fi 라디오 맵 구축 모듈; 및 휴대 단말기로부터 수신되는 Wi-Fi 핑거프린트를 획득한 뒤, 액세스 포인트 인덱스를 이용하여 획득된 Wi-Fi 핑거프린트가 포함된 분할 영역을 확인하여, 휴대 단말기의 최종 위치를 결정하는 위치 추정 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 건물 내부에서 휴대 단말기의 위치를 정확히 확인하고 경로 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 양상에 따르면, Wi-Fi 신호의 수신 과정에서 발생되는 Wi-Fi 신호 끌림 현상을 완화하거나 제거할 수 있어 위치 추정의 정확도를 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 양상에 따르면, 실내 네비게이션 대상 영역의 크기에 관계없이 응답 속도를 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 양상에 따르면, 사용자의 위치를 영역과 지점으로 나누어서 표시함으로써 실내 네비게이션 서비스의 안정성과 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내 네비게이션 시스템을 간략하게 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실내 네비게이션 서비스의 학습 단계를 설명하기 위한 순서도,
도 3은 분할 영역 크기 증가에 따른 정확도 및 정밀도의 변화를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따라, 정확도와 정밀도를 동시에 고려한 분할 영역 크기 결정 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 학습 단계를 설명하기 위한 흐름도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실내 네비게이션 서비스의 위치 추정 단계를 설명하기 위한 순서도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 위치 추정 신뢰도 향상 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 유효성 검증을 위한 Wi-Fi 핑거프린트를 수집한 쇼핑몰의 예시도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따라, 이동 경로 정보를 제공하는 휴대 단말기의 예시 화면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내 네비게이션 시스템을 간략하게 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 실내 네비게이션 시스템은 다수의 유무선 액세스 포인트(AP: Access Point, 이하 'AP'라 칭함)(110 내지 114), 휴대 단말기(120), 네비게이션 서비스 서버(130) 및 데이터베이스(140)를 포함한다.
제1 AP(110) 내지 제n AP(114)는 실내 네비게이션 서비스의 대상이 되는 영역에 설치되는 AP로서, 휴대 단말기(120)로 Wi-Fi 신호를 송출하는 역할을 수행한다.
휴대 단말기(120)는 제1 AP(110) 내지 제n AP(114)로부터 수신되는 Wi-Fi 신호를 이용하여 Wi-Fi 핑거프린트를 생성하고, 네비게이션 서비스 서버(130)로부터 수신되는 위치 정보를 이용하여 지도상에 이동 경로 정보를 표시해주는 역할을 수행한다. 이를 위하여 휴대 단말기(120)는 Wi-Fi 수신 모듈(122)과 네비게이션 실행 모듈(124)을 포함한다.
Wi-Fi 수신 모듈(122)은 제1 AP(110) 내지 제n AP(114)로부터 수신되는 Wi-Fi 신호를 이용하여 Wi-Fi 핑거프린트를 생성하는 역할을 수행한다. 여기서, Wi-Fi 핑거프린트는 휴대 단말기(120)가 적어도 하나 이상의 AP(110 내지 114)로부터 측정되는 Wi-Fi 신호의 수신강도(RSSI: Received Signal Strength Indicator)와, 해당 무선 신호를 송출한 AP(110 내지 114)의 식별 정보를 포함하여 생성되는 정보 데이터이다.
네비게이션 실행 모듈(124)은 네비게이션 서비스 서버(130)와의 데이터 송수신을 통해 이동 경로 정보를 표시하는 역할을 수행한다. 즉, 네비게이션 실행 모듈(124)은 Wi-Fi 수신 모듈(122)을 통해 생성된 Wi-Fi 핑거프린트를 네비게이션 서비스 서버(130)로 전송하고, 네비게이션 서비스 서버(130)로부터 위치 정보 및 경로 정보 등을 수신하여, 사전에 탑재되어 있는 지도 또는 수신된 지도 상에 위치 정보 및 경로 정보 등을 표시하는 역할을 수행한다. 이를 위하여 휴대 단말기(120)는 사전에 네비게이션 프로그램을 탑재하고 있어야 한다.
네비게이션 서비스 서버(130)는 Wi-Fi 핑거프린트를 수집하여 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하고, 구축된 Wi-Fi 라디오 맵과 휴대 단말기(120)로부터 수신되는 Wi-Fi 핑거프린트를 이용하여 해당 휴대 단말기(120)의 위치를 결정하는 역할 등을 수행한다. 이를 위하여, 네비게이션 서비스 서버(130)는 휴대 단말 인터페이스(132), 학습 모듈(134) 및 위치 추정 모듈(136)을 포함한다.
Wi-Fi 라디오 맵은 Wi-Fi 핑거프린트와 이를 획득한 지점의 위치 정보를 포함하며, 후술할 것이나 이동 방향별 및 이동 속도별로 복수개 구축된다.
휴대 단말 인터페이스(132)는 휴대 단말기(120)과의 데이터 송수신을 수행하는 모듈이다. 즉, 휴대 단말 인터페이스(132)는 휴대 단말기(120)에서 생성된 Wi-Fi 핑거프린트를 수신하여 학습 모듈(134)이나 위치 추정 모듈(136)로 전달하고, 위치 추정 모듈(136)에 의하여 휴대 단말기(120)의 최종 위치가 결정되면, 휴대 단말기(120)로 결정된 위치 정보를 송출하는 역할을 수행한다. 휴대 단말 인터페이스(132)와 휴대 단말기는 Wi-Fi 통신을 이용하여 위치 정보, 경로 정보, 지도 정보 등을 송수신할 수 있으나, 꼭 Wi-Fi 통신에 한정되는 것은 아니다.
학습 모듈(134)은 Wi-Fi 핑거프린트를 수집하여 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하고, 네비게이션 서비스 영역을 세부 영역으로 분할하며, Wi-Fi 핑거프린트를 분류하고, AP 인덱스를 구축하는 등의 역할을 수행한다. 이를 위하여 학습 모듈(134)은 Wi-Fi 라디오 맵 구축 모듈(1342), 영역 분할 모듈(1344), Wi-Fi 핑거프린트 분류 모듈(1346) 및 AP 인덱스 구축 모듈(1348)을 포함한다.
Wi-Fi 라디오 맵 구축 모듈(1342)은 Wi-Fi 핑거프린트를 수집하여 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하는 역할을 수행한다.
이때, Wi-Fi 라디오 맵을 구축함에 있어서, 여러 개의 Wi-Fi 라디오 맵을 구축한다. 이러한 Wi-Fi 라디오 맵에는 고정형 Wi-Fi 라디오 맵과 이동형 Wi-Fi 라디오 맵이 포함된다.
고정형 Wi-Fi 라디오 맵은, 측정용 휴대 단말기가 고정된 상태에서 Wi-Fi 핑거프린트를 수집한 Wi-Fi 라디오 맵이다. 즉, Wi-Fi 신호 끌림(Signal Dragging) 현상을 제거한 상태에서 Wi-Fi 핑거프린트를 수집한다.
반면, 이동형 Wi-Fi 라디오 맵은, 측정용 휴대 단말기가 정해진 방향 및 속도로 이동하면서 Wi-Fi 핑거프린트를 수집한 Wi-Fi 라디오 맵이다. 따라서 휴대 단말기의 이동에 의해서 발생되는 Wi-Fi 신호 끌림 현상을 미리 반영한 Wi-Fi 라디오 맵이 된다. 따라서 실내 네비게이션 서비스시 Wi-Fi 신호 끌림 현상이 반영된 Wi-Fi 라디오 맵을 이용하여 사용자의 위치를 추정하도록 함으로써, Wi-Fi 신호 끌림 현상으로 유발되는 오차를 줄이도록 한다.
이동형 Wi-Fi 라디오 맵을 구축할 때는, 이동 가능한 각 통로에 대하여 이동 방향별, 이동 속도별로 다양한 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하여야 한다. 즉, 한 지역에 대하여 여러 개의 Wi-Fi 라디오 맵이 구축되어야 한다.
여기서, 실제로 이동형 Wi-Fi 라디오 맵을 구축함에 있어서, 보행자의 이동 속도 결정 방법, Wi-Fi 라디오 맵의 준비 개수 등은 다양하게 구현될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
영역 분할 모듈(1344)은 실내 네비게이션 서비스 대상 영역을 다수의 분할 영역으로 분할하는 역할을 수행한다. 도 1의 우측에서 제1 영역 내지 제3 영역은 휴대 단말기(120)가 위치하고 있는 영역이며, 제1 AP(110) 내지 제n AP(114)가 설치되는 공간으로 가정한다.
Wi-Fi 핑거프린트 분류 모듈(1346)은 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하고 있는 다수의 Wi-Fi 핑거프린트를 영역 분할 모듈(1344)에 의하여 분할된 분할 영역별로 분류하는 역할을 수행한다.
AP 인덱스 구축 모듈(1348)은 분할 영역과 이 분할 영역에서 신호가 수신되는 AP 사이의 연계 정보를 생성하는 역할을 수행한다. AP 인덱스는 각 AP 별로 관계되는 분할 영역을 대응시킨 정보이다. AP 인덱스는 Wi-Fi신호를 송출하는 AP(Access Point)의 식별 정보와 상기 Wi-Fi신호를 송출하는 AP(Access Point)로부터 Wi-Fi 신호가 수신되는 분할 영역을 연계시키는 정보이기도 하다.
AP 인덱스를 이용하면, 네비게이션 서비스 서버(130)에서는 수신되는 임의의 Wi-Fi 핑거프린트가 어느 분할 영역에 관계되는 Wi-Fi 핑거프린트인지 확인하기 위하여, 전체 Wi-Fi 핑거프린트를 탐색할 필요가 없으며, Wi-Fi 핑거프린트의 AP 정보를 확인하고 구축된 AP 인덱스를 통해 관계되는 분할 영역의 정보를 손쉽게 획득할 수 있다.
이와 같은 학습 모듈(134)에 있어서, 영역 분할 모듈(1344)에서 수행되는 영역 분할 방법, Wi-Fi 핑거프린트 분류 모듈(1346)에서 수행되는 Wi-Fi 핑거프린트의 분류 방법 및 AP 인덱스 구축 모듈(1348)에서 수행되는 AP 인덱스 구축 방법에 대해서는 도 2 내지 도 5를 통하여 상세하게 설명하기로 한다.
위치 추정 모듈(136)은 사전에 구축된 Wi-Fi 라디오 맵 및 AP 인덱스와, 휴대 단말기(120)로부터 수신되는 Wi-Fi 핑거프린트를 이용하여, 휴대 단말기(120)의 위치를 결정하는 역할을 수행한다. 이를 위하여 위치 추정 모듈(136)은 Wi-Fi 라디오 맵 결정 모듈(1362), Wi-Fi 핑거프린트 수신 모듈(1364), 분할 영역 확인 모듈(1366) 및 위치 결정 모듈(1368)을 포함한다.
Wi-Fi 라디오 맵 결정 모듈(1362)은 휴대 단말기(120)의 위치 추정에 사용할 Wi-Fi 라디오 맵을 선정하는 역할을 수행한다. 즉, Wi-Fi 라디오 맵 결정 모듈(1362)은 Wi-Fi 라디오 맵 구축 모듈(1342)에 의하여 구축된 여러 개의 Wi-Fi 라디오 맵 중 휴대 단말기(120)의 위치 추정에 사용할 Wi-Fi 라디오 맵을 선정하는 역할을 수행한다. 이 때, Wi-Fi 라디오 맵 결정 모듈(1362)은 휴대 단말기(120)의 이동 방향과 이동 속도를 확인하여 Wi-Fi 라디오 맵을 선정하는 것이 바람직하다.
Wi-Fi 핑거프린트 수신 모듈(1364)은 휴대 단말기(120)로부터 송출된 Wi-Fi 핑거프린트를 수신하여 확인하는 역할을 수행한다. 이 때, Wi-Fi 핑거프린트를 수신함에 있어서, 사전에 설정된 업데이트 주기, 예로써 2초 내지 3초마다 휴대 단말기(120)로부터 Wi-Fi 핑거프린트를 수신할 수 있도록 설정하는 것이 바람직하다.
분할 영역 확인 모듈(1366)은 AP 인덱스를 참조하여 수신된 Wi-Fi 핑거프린트가 관계되는 분할 영역을 확인하는 기능을 수행한다.
위치 결정 모듈(1368)은 분할 영역 확인 모듈(1366)에 의하여 수신된 Wi-Fi 핑거프린트가 속하는 분할 영역이 결정되면, 사전에 수집된 해당 분할 영역의 다수 Wi-Fi 핑거프린트 중 수신된 Wi-Fi 핑거프린트와 거리가 가장 가까운 Wi-Fi 핑거프린트를 선별하고, 선별된 Wi-Fi 핑거프린트의 수집 지점을 휴대 단말기(120)의 최종 위치로 결정하는 기능을 수행한다.
데이터베이스(140)는 실내 네비게이션 서비스를 위한 각종 데이터가 저장되는 공간이다. 이를 위하여, 데이터베이스(140)는, Wi-Fi 라디오 맵 구축 모듈(1342)에 의하여 다양하게 구축된 다수의 Wi-Fi 라디오 맵을 저장하는 Wi-Fi 라디오 맵 정보 데이터베이스(142), 영역 분할 모듈(1344)에 의하여 분할된 실내 네비게이션 서비스 대상 영역의 분할 영역 정보를 저장하는 영역 분할 정보 데이터베이스(144), 및 AP 인덱스 구축 모듈(1348)에 의하여 생성된 AP 인덱스를 저장하는 AP 인덱스 정보 데이터베이스(146)를 포함한다.
한편, 상기에서 네비게이션 서비스 서버(130)의 학습 모듈(134), 위치 추정 모듈(136) 및 데이터베이스(140)가 수행하는 기능의 전부 또는 일부는 휴대 단말기(120)가 수행하여도 상관없다.
이와 같이 구성되는 시스템을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 실내 네비게이션 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 실내 네비게이션 서비스를 제공하는 과정은 학습 단계와 위치 추정 단계로 분류할 수 있다. 여기서, 학습 단계는 Wi-Fi 라디오 맵 및 AP 인덱스를 구축하고, 실내 네비게이션 서비스 대상 영역을 분할하는 단계이며, 위치 추정 단계는 휴대 단말기(120)로부터 수신되는 Wi-Fi 핑거프린트를 이용하여 휴대 단말기(120)의 위치를 추정하는 단계이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실내 네비게이션 서비스의 학습 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 실시예에 따른 실내 네비게이션 서비스의 학습 단계는 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하는 단계(S210), 맵 영역을 분할하는 단계(S220), 분할 영역별 Wi-Fi 핑거프린트를 분류하는 단계(S230) 및 분할 영역 기반의 AP 인덱스를 구축하는 단계(S240)로 나눌 수 있다.
실내 네비게이션 서비스를 위하여 영역내 다수의 지점에서 Wi-Fi 핑거프린트를 수집하고, 수집된 Wi-Fi 핑거프린트를 이용하여 다수의 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하여야 한다(S210).
앞에서 기술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 Wi-Fi 라디오 맵을 구축함에 있어서, Wi-Fi 라디오 맵은 고정형 및 이동형을 포함한다. 그리고 이동형 Wi-Fi 라디오 맵을 구축함에 있어서, 이동 방향별, 이동 속도별로 다양한 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구축된 Wi-Fi 라디오 맵은 데이터베이스(140)의 Wi-Fi 라디오 맵 정보 데이터베이스(142)에 저장된다.
또한, 실내 네비게이션 서비스를 위하여 네비게이션 서비스 서버(130)는 실내 네비게이션 서비스 대상 영역을 다수의 영역으로 분할하여야 한다(S220).
본 발명을 실시함에 있어서, 실내 네비게이션 서비스 대상 영역을 다수의 영역으로 분할하는 것은 두 가지 목적이 있다.
첫번째 목적은 분할된 영역과 연계되는 AP 인덱스를 구축하고 AP 인덱스를 이용함으로써, 위치 인식에 소요되는 시간을 줄이기 위함이며, 두번째 목적은 휴대 단말기(120)의 위치를 추정함에 있어서, 분할 영역 추정과 지점 추정을 조합하여 판단함으로써, 위치 추정의 안정성을 높이며 휴대 단말기의 위치를 표시함에 있어서도 상황에 따라 분할 영역 표시 또는 지점 표시를 선택적으로 사용함으로써 효율적인 위치 표시를 하기 위함이다.
여기서, 실내 네비게이션 서비스 대상 영역을 분할함에 있어서, 분할 영역의 크기 설정에 따라 정확도(Accuracy)와 정밀도(Precision)가 변화한다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 분할 영역의 크기를 설정함에 있어서, 분할 영역의 크기를 작은 크기에서 시작하여 점차 분할 영역의 크기를 크게 늘리거나, 반대로 분할 영역의 크기를 충분히 크게 설정한 후 점차 크기를 줄여가며, 정확도와 정밀도의 변화를 확인하면서 최적의 영역 크기를 결정하는 것이 바람직하다.
여기서, 정확도는 영역 단위로 추정한 위치의 정확도를 의미하며, 정밀도는 기준 영역 크기 대비 추정시 사용한 평균적인 영역 크기를 의미한다. 따라서, 분할 영역의 크기를 크게 하면 정확도는 개선되지만 정밀도는 떨어지고, 분할 영역의 크기를 작게 하여 추정하면 정밀도는 개선되지만 정확도는 나빠지는 상반관계(Trade-off) 효과가 있다.
도 3은 분할 영역 크기 증가에 따른 정확도 및 정밀도의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 통해 분할 영역의 크기를 크게 한 경우, 정확도는 개선되지만 정밀도가 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 도 3에서 영역 A2와 A3를 합쳐 영역을 크게 하면, 세 번의 위치 추정이 수행되는 동일한 상황에서 정확도는 66.7%에서 100%로 개선되는 반면, 정밀도는 75%에서 60%로 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 정밀도는 기준 면적을 추정 영역 면적의 평균으로 나누어 계산한 결과이다. 즉 '기준 면적/추정 영역 면적 평균'의 공식을 통해 산출한 것이다. 일반적으로 가장 작은 분할 영역의 크기를 기준 면적으로 설정하여 계산하는 것이 바람직하므로, 도 3에서 기준 면적은 분할 영역 A1의 크기로 설정하여 산출하였다.
본 발명의 실시예에 따라 분할 영역의 크기를 설정함에 있어서, 정확도 및 정밀도의 목표치를 사전에 설정하고, 분할 영역의 크기를 변화시켜 가며, 정확도 및 정밀도가 사전에 설정된 목표치를 만족하는지 여부를 확인하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라, 정확도와 정밀도를 동시에 고려한 분할 영역 크기 결정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4에 있어서 분할 영역의 크기를 결정함에 있어서, 최초에 분할 영역의 크기를 최소 크기로 한 뒤, 점차 분할 영역의 크기를 늘려가며 최적의 영역 크기를 결정하는 방법을 기준으로 설명하기로 한다.
분할 영역의 크기 결정 작업을 수행하기에 앞서, 정확도 및 정밀도의 목표치를 설정하여야 한다. 이하의 설명에 있어서는, 정확도의 목표치를 'α'라고 설정하고, 정밀도의 목표치를 'β'로 설정하여 설명하기로 한다(S410).
분할 영역의 크기를 초기화하며, 이 때 본 실시예에서는 최소 크기로 실내 네비게이션 서비스 대상 영역을 분할한다(S420).
다음 단계로서, 해당 분할 영역의 크기에서 위치 추정의 정확도와 정밀도를 얻는다(S430). 이하의 설명에 있어서는, 정확도를 'x'라 하고, 정밀도를 'y'라 칭하여 설명하기로 한다.
먼저, 산출된 정밀도(y)와 사전에 설정된 정밀도 목표치(β)를 비교한다(S440).
산출된 정밀도(y)가 사전에 설정된 정밀도 목표치(β)를 만족함이 확인되면, 얻어진 분할 영역의 정확도(x)를 사전에 설정된 정확도 목표치(α)와 비교한다(S450).
비교 결과 정확도(x)가 정확도 목표치(α)를 만족하지 못하는 것으로 확인되는 경우, 분할 영역의 크기를 사전에 설정된 일정치만큼 증대시킨 뒤(S452), 정확도(x)와 정밀도를 얻는 S430 이후의 단계를 반복하여 수행한다.
이에 따라, 크기가 증대된 분할 영역의 정밀도(y)를 사전에 설정된 정밀도 목표치(β)를 비교하는 S440 단계도 반복 수행된다. 분할 영역의 정밀도(y)와 정밀도 목표치(β)의 비교 결과, 얻어진 분할 영역의 정밀도(y)가 정밀도 목표치(β)를 만족하지 못하는 것으로 확인되는 경우, 정확도와 정밀도의 목표치를 완화시켜 설정한 후(S442), S420 이후의 단계를 반복하여 수행한다.
한편, S450 단계에서는 분할 영역의 정확도(x)가 사전에 설정된 정밀도 목표치(α)를 만족함이 확인되면, 설정된 분할 영역의 크기를 최종 분할 영역의 크기로 결정한다(S460).
이와 같은 방법에 따라 실내 네비게이션 서비스 대상 영역을 다수의 영역으로 분할되면, Wi-Fi 핑거프린트 분류 모듈(1346)에서는 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하고 있는 다수의 Wi-Fi 핑거프린트를 각 분할 영역별로 분류한다(S230).
다수의 Wi-Fi 핑거프린트가 분할 영역별로 분류되면, Wi-Fi 핑거프린트의 정보가 저장되는 Wi-Fi 라디오 맵 정보 데이터베이스(142)에 분할 영역 표시를 위한 필드를 추가하여, 각 Wi-Fi 핑거프린트가 얻어진 분할 영역, 즉 각 Wi-Fi가 속하는 분할 영역을 표시하는 것이 바람직하다.
또는, 분할 영역을 표현하는 데이터 구조에 해당 분할 영역에서 수집된 Wi-Fi 핑거프린트를 쉽게 접근할 수 있는 핸들을 추가하여, 위치 추정 단계에서 Wi-Fi 핑거프린트가 속한 분할 영역을 쉽게 확인할 수 있도록 한다. 이 때, Wi-Fi 핑거프린트와 분할 영역 사이의 연결 구조는 각각의 분할 영역을 요소 또는 노드로 하는 배열 구조나, 그래프, 트리, 비순환 그래프(DAG: Directed Acyclic Graph) 등의 데이터 구조를 사용하여 나타낼 수 있다.
다수의 Wi-Fi 핑거프린트가 분할 영역별로 분류되었다고 해도, 위치 추정을 위해 신규로 수신되는 Wi-Fi 핑거프린트가 어느 분할 영역에 속하는지 즉각적으로 결정하는 것은 불가능하다.
이에 따라, Wi-Fi 핑거프린트가 속해있는 분할 영역의 정보와, 분할 영역을 담당하는 AP의 식별 정보가 매핑되어 있는 AP 인덱스를 구축한다.
즉, 수신되는 임의의 Wi-Fi 핑거프린트가 어느 분할 영역에서 획득된 것인지 확인하기 위하여, 전체 Wi-Fi 핑거프린트를 탐색하지 않고, 해당 Wi-Fi 핑거프린트에 포함된 AP 식별 정보로부터 즉각적으로 확인할 수 있도록 분할 영역 기반의 AP 인덱스를 구축한다.
AP 인덱스는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용하여 AP(Access Point)의 식별 정보와, 상기 AP(Access Point)로부터 Wi-Fi 신호가 수신되는 분할 영역을 연계시키는 정보이다.
좀 더 상세하게 AP 인덱스는 AP MAC(Media Access Control) 주소와 분할 영역 사이의 연계 정보이다.
본 발명의 실시예에 따른 AP 인덱스를 구축하기 위하여, 먼저, 네비게이션 서비스 서버(130)는 학습된 모든 Wi-Fi 핑거프린트를 스캔하여, 해당 Wi-Fi 핑거프린트의 생성을 위한 무선 신호를 송출한 AP의 MAC 주소를 각각 확인한다.
각각의 AP에 대하여 해당 AP의 MAC 주소를 포함하고 있는 하나 이상의 Wi-Fi 핑거프린트를 선별한다. 그리고, 해당 Wi-Fi 핑거프린트가 수집된 분할 영역을 조사함으로써, AP MAC 주소와 분할 영역 사이의 연계 정보를 확보한다.
이상에서 언급된 S210 내지 S240 단계를 통해 본 발명의 실시예에 따른 학습 단계가 수행되며, 이와 같은 학습 단계의 전반적인 절차는 도 5를 통하여 확인할 수 있다. 도 5는 각 학습 단계에 구축되는 정보를 예시하고 있으며, 위에 설명한 사항의 범주 내에 있는 것으로서 구체적인 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실내 네비게이션 서비스의 위치 추정 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 실시예에 따른 실내 네비게이션 서비스의 위치 추정 단계는 위치 추정에 사용할 Wi-Fi 라디오 맵을 결정하는 단계(S610), 위치 인식의 대상이 되는 휴대 단말기(120)로부터 Wi-Fi 핑거프린트를 수신하는 단계(S620), 학습 단계에서 구축된 AP 인덱스를 참조하여 수신된 Wi-Fi 핑거프린트가 속하는 영역을 결정하는 단계(S630) 및 학습 단계를 통해 획득된 다수의 Wi-Fi 핑거프린트 중에서 수신된 Wi-Fi 핑거프린트와 가장 가까운 Wi-Fi 핑거프린트를 찾아 최종 위치를 결정하는 단계(S640)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 학습 단계를 통해 여러 개의 Wi-Fi 라디오 맵이 구축되므로, 위치 추정에 앞서 어떤 Wi-Fi 라디오 맵을 위치 추정에 사용할 것인지 결정하여야 한다(S610).
여기서, 다수의 Wi-Fi 라디오 맵 중 위치 추정에 사용할 Wi-Fi 라디오 맵을 결정함에 있어서, 실내 네비게이션 서비스를 제공받는 휴대 단말기의 이동 방향과 이동 속도와 유사한 상황에서 구축된 Wi-Fi 라디오 맵을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 휴대 단말기의 이동 방향과 이동 속도에 대한 정보를 획득하여야 한다.
먼저, 휴대 단말기의 이동 방향에 관한 정보를 획득하는 방법은 사용자가 선택한 최종 목적지와 현재 휴대 단말기의 위치를 이용하여 경로를 검색함으로써, 해당 경로의 방향이 결정되므로 자연스럽게 확인할 수 있다.
한편, 휴대 단말기의 이동 속도에 관한 정보를 획득하는 방법으로써 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예로써, 처음에는 임의로 추정된 속도를 사용할 수 있으나, 실내 네비게이션 서비스를 시작하여 일정 시간 이상 제공된 경우에는 휴대 단말기의 이동 거리를 주기적으로 검사하여 이동 속도를 판단하는 방법을 사용할 수 있다. 이 외에도 3축 가속 센서, 만보기 센서, 자이로 센서 등을 복합적으로 사용하여, 사용자의 실시간 이동 속도를 계산하는 등 다양한 방법을 사용할 수 있다.
네비게이션 서비스 서버(130)는 휴대 단말 인터페이스(132)를 이용하여, 휴대 단말기(120)로부터 수집된 Wi-Fi 핑거프린트를 수신한다(S620).
이 때, 휴대 단말기(120)로부터 Wi-Fi 핑거프린트를 수신함에 있어서, Wi-Fi 핑거프린트를 사전에 설정된 업데이트 주기마다 수신하는 것이 바람직하며, 이와 같은 업데이트 주기는 휴대 단말기(120)의 특성, 실내 네비게이션 서비스 대상 영역의 특성 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
휴대 단말기(120)로부터 Wi-Fi 핑거프린트가 수신되면, 학습 단계에서 구축된 AP 인덱스를 통하여, 수신된 Wi-Fi 핑거프린트가 속하는 분할 영역을 결정해야 한다(S630).
AP 인덱스에는 각 AP의 MAC 주소에 연계된 하나 이상의 분할 영역의 정보가 매핑되어 있다. 이 때, 임의의 Wi-Fi 핑거프린트는 {<x1, ->, <x4, ->, ...}와 같은 형식으로 구현된다. 즉, Wi-Fi 핑거프린트에는 복수 개의 AP MAC 주소(x1, x4 등)가 포함되어 있으므로, AP 인덱스를 통해 Wi-Fi 핑거프린트의 소속 영역을 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 Wi-Fi 핑거프린트가 포함하고 있는 각 AP MAC 주소와 연계된 분할 영역 사이의 교집합을 구함으로써, 해당 Wi-Fi 핑거프린트가 속한 분할 영역을 결정할 수 있다.
이 때, 교집합을 구하는 과정에서 공집합이 되거나, 교집합이 여러 분할 영역을 포함하는 경우가 발생될 수 있다. 여기서, 교집합이 공집합이 되는 경우에는 가능한 많은 AP 주소와 연계되는 분할 영역을 해당 Wi-Fi 핑거프린트가 속한 영역으로 선택하는 것이 바람직하다. 반대로, 교집합이 여러 분할 영역을 포함하는 경우에는 그대로 사용하거나, 또는 Wi-Fi 신호 강도의 정보를 추가적으로 이용하여 다수의 분할 영역 중에서 하나 이상의 분할 영역을 선택할 수 있다. 예를 들면, 특정 세기 이상을 갖는 AP 만을 대상으로 선정함으로써, 대상이 되는 분할 영역의 수를 줄일 수 있다.
휴대 단말기(120)로부터 수신된 Wi-Fi 핑거프린트가 속한 분할 영역이 결정되면, 학습 단계에서 수집된 해당 분할 영역에 속하는 다수 Wi-Fi 핑거프린트 중 수신된 Wi-Fi 핑거프린트와 거리가 가까운 Wi-Fi 핑거프린트를 선별하고, 선별된 Wi-Fi 핑거프린트의 수집 지점을 휴대 단말기(120)의 최종 위치로 결정하는 기능을 수행한다(S640).
여기서, 수학식 1을 이용하여 두 개의 Wi-Fi 핑거프린트 사이의 거리를 계산할 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2010005165-appb-M000001
여기서, Lp는 가중 거리(a generalized weighted distance), N은 AP의 개수, W는 가중치(weighting factor), P는 규준치 파라미터(norm parameter)이며, Si 및 Pi는 수신된 핑거프린트 및 비교대상 핑거프린트에서 수신 강도 값이다.
이와 같은 방법을 통해 수신된 Wi-Fi 핑거프린트와 가장 가까운 Wi-Fi 핑거프린트를 찾을 수 있으며, 위의 수학시1은 단지 하나의 예에 불과하며 다양한 방법을 사용할 수 있다.
이와 같이 학습 단계와 위치 추정 단계를 통하여 실내 네비게이션 서비스를 제공함에 있어서, 이동중인 사용자의 위치를 주기적, 지속적으로 추정하다 보면, Wi-Fi 신호의 변동이나 학습 데이터의 오류 등으로 인하여, 일정한 속도, 일정한 방향으로 이동하는 사용자의 위치가 정확하게 추정되지 못하고 앞 또는 뒤로 몇십 미터씩 추정 위치가 튀는 현상이 발생한다. 따라서, 추정 위치가 튀는 현상을 보정하는 과정이 요구된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 위치 추정 신뢰도 향상 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
추정 위치가 튀는 현상을 보정하는 방법으로서 다양한 방법이 사용될 수 있으나, 여기서는 분할 영역에 대한 위치 추정과, 지점에 대한 위치 추정을 독립적으로 수행한 후, 독립적으로 수행된 두 위치 추정 결과를 비교하여 최종 위치를 판단함으로써, 위치 추정의 신뢰도와 안정성을 도모하는 방법을 기준으로 설명하기로 한다.
분할 영역에 대한 위치 추정과 지점에 대한 위치 추정을 혼합하여 사용하기 위하여, 휴대 단말기(120)로부터 수신된 Wi-Fi 핑거프린트가 소속된 분할 영역(이하 '소속 영역'이라 한다)을 결정한다(S710). 이 때 소속 영역을 결정하는 방법은 S630 단계를 통하여 설명한 것과 동일하다.
휴대 단말기(120)로부터 수신된 Wi-Fi 핑거프린트가 소속되는 분할 영역이 결정되면, 해당 분할 영역뿐만 아니라 일정 범위의 인접한 모든 분할 영역을 '탐색 영역'으로 결정한다(720). '탐색 영역'은 '소속 영역'을 포함하여 이를 확대한 영역이다.
그리고, 탐색 영역에 속하는 모든 Wi-Fi 핑거프린트를 대상으로 하여, 휴대 단말기(120)로부터 수신된 Wi-Fi 핑거프린트와 비교하여 가장 유사한 Wi-Fi 핑거프린트를 탐색하며, 가장 유사한 Wi-Fi 핑거프린트의 수집 지점을 추정 위치로 결정한다(S730).
그리고, S710 단계에서의 '소속 영역'과, S730 단계를 통해 결정된 추정 위치가 포함된 분할 영역이 일치하는지 여부를 확인한다(S740). 확인 결과 일치하지 않는 경우, 해당 위치 추정 결과는 무시한다(S750).
위와 같은 과정들은 매 위치 추정의 주기마다 반복되며, 여러 번의 위치 추정에서, 추정 위치가 포함된 분할 영역과 소속 영역의 불일치가 수차례 반복되는 경우, 휴대 단말기(120)로부터 수신된 Wi-Fi 핑거프린트가 소속된 영역('소속 영역') 내에 속하는 Wi-Fi 핑거프린트만을 대상으로 탐색하고, 탐색된 Wi-Fi 핑거프린트의 위치를 휴대 단말기(120)의 최종 위치로 결정하는 것이 바람직하다.
이상에서 언급된 S710 내지 S750 단계를 수행하여 위치를 추정하면, 갑자기 수십 미터를 벗어나 위치가 표시되는 현상을 자연스럽게 예방할 수 있으며, 위치 추정의 신뢰도와 안정도를 높이는 효과를 기대할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 유효성 검증을 위한 Wi-Fi 핑거프린트를 수집한 쇼핑몰의 예시도이다.
본 발명의 실시예에 따라, 쇼핑몰의 600미터 구간에서 Wi-Fi 핑거프린트를 수집하여, 위치 추정 정확도를 측정하였다.
해당 쇼핑몰에는 약 340개의 AP가 존재하며, 실시 구간에는 약 200개의 AP가 존재하였다. 총 212개의 지점에 대하여 지점당 10개씩 총 2120개의 Wi-Fi 핑거프린트를 수집하였으며, 양 방향으로 보행 속도를 유지하면서 각각 2120개씩의 Wi-Fi 핑거프린트를 수집하였다. 즉, 고정식 Wi-Fi 라디오 맵을 위해 약 2120개의 Wi-Fi 핑거프린트를 수집하였으며, 이동식 Wi-Fi 라디오 맵을 위해 약 4240개의 Wi-Fi 핑거프린트를 수집하였다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 실내 네비게이션 시스템 및 방법의 효과를 살펴보기 위하여 30미터당 한 지점씩 선정된 위치에서 Wi-Fi 핑거프린트를 수신하여 위치 추정을 수행하였다.
위치 추정 결과 고정식 Wi-Fi 핑거프린트를 이용한 위치 추정에서는 약 8미터의 위치 추정 오차가 발생되는 데 반하여, 본 발명의 실시예에 따라 사용자의 이동성을 고려한 위치 추정 방법에 따르면 약 5미터의 오차가 발생되었다. 이에 따라, 사용자의 이동성을 고려한 본 발명의 방식을 통해 30% 이상의 정확도 개선 효과가 있음을 확인할 수 있다. 아울러, 본 발명의 실시예에 따른 실내 네비게이션 시스템을 구현한 결과, Wi-Fi에 기반한 사용자의 위치 인식의 정확도와 응답 속도가 실제로 사용 가능한 것으로 확인되었다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라, 이동 경로 정보를 제공하는 휴대 단말기의 예시 화면이다.
사용자는 차량용 네비게이션과 유사하게 표시되는 경로를 따라 이동할 수 있으며, 주기적인 위치 추정을 통해 변경된 사용자의 위치를 휴대 단말기(120)에 디스플레이되는 지도상에 표시함으로써, 복잡한 실내 공간에서 사용자가 목적지까지 손쉽게 찾아갈 수 있음을 확인하였다.
본 발명의 실시예에 따른 영역 분할을 통한 사용자 위치 인식 방법은 AP가 충분하게 설치되지 않은 넓은 공간에서도 효율적으로 활용될 수 있다. 예로써, 주차장과 같은 넓은 환경에서는 정확한 위치보다 대략적인 위치를 분할된 영역 정도의 정밀도로 안내하면 충분하므로, 효율적으로 적용될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 주차 위치 확인 서비스를 제공함에 있어서, Wi-Fi 라디오 맵이 구축되어 있으며 주차 영역이 분할되어 있는 대규모의 주차 공간에서, 사용자가 자신의 휴대 단말기를 이용하여 분할된 영역 단위로 주차 위치를 지정하고, 추후 지정된 주차 위치를 안내받는 서비스 형태로 제공될 수 있다.
즉, 주차 위치 확인 서비스를 제공받기 위하여, 사용자는 자신의 휴대 단말기에 설치된 주차 위치 확인 프로그램을 구동시킨다. 주차 위치 확인 프로그램은 해당 지점의 Wi-Fi 핑거프린트를 수집하고, 수집된 Wi-Fi 핑거프린트가 속하는 영역을 인식한 뒤 결과를 저장한다. 저장된 주차 위치 정보는 실내 네비게이션에 연결되어 사용되거나, 사용자가 자신의 차량 위치로의 복귀를 위한 주차 위치 확인에 활용될 수 있다.
주차 위치 확인 서비스가 일반화되면, 영역 분할이 이루어지고, Wi-Fi 라디오 맵 구축이 완료된 많은 빌딩의 주차장 정보를 서버에서 일괄 관리할 수 있도록 저장한 뒤, 서버와 연결된 휴대 단말기에 설치된 주차 위치 확인 프로그램을 통해서 서비스하는 것이 효과적이다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (17)

  1. AP(Access Point)로부터 Wi-Fi 신호가 수신되는 공간을 이동하는 휴대 단말기의 위치를 추정하는 위치 추정 방법에 있어서,
    이동 경로 정보를 제공하고자 하는 영역 내, 복수의 지점에서 획득된 Wi-Fi 핑거프린트 - 여기서 Wi-Fi 핑거프린트는 상기 복수의 지점에서 수신되는 Wi-Fi 신호의 수신 강도와 상기 수신되는 Wi-Fi 신호를 송출한 AP(Access Point)의 식별 정보를 포함한다 - 와, 상기 Wi-Fi 핑거프린트를 획득한 지점의 위치 정보를 포함하는 Wi-Fi 라디오 맵을 사전 구축하되, 상기 Wi-Fi 라디오 맵은 이동 방향 및 이동 속도별로 복수 개 사전 구축하는 단계;
    상기 공간을 이동하는 휴대 단말기에서 획득된 Wi-Fi 핑거프린트를 수신하는 단계;
    상기 공간을 이동하는 휴대 단말기의 이동 방향 및 이동 속도를 획득하는 단계;
    상기 획득된 이동 방향 및 이동 속도에 따라 위치 추정에 사용할 Wi-Fi 라디오 맵을 결정하는 단계;
    상기 결정된 Wi-Fi 라디오 맵과 상기 수신된 Wi-Fi 핑거프린트를 이용하여 상기 공간을 이동하는 휴대 단말기의 위치를 추정하는 단계;
    를 포함하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 위치 추정 방법.
  2. AP(Access Point)로부터 Wi-Fi 신호가 수신되는 공간을 이동하는 휴대 단말기의 위치를 추정하는 위치 추정 방법에 이용되는 데이터 베이스 구축 방법에 있어서,
    이동 경로 정보를 제공하고자 하는 영역 내, 복수의 지점에서 획득된 Wi-Fi 핑거프린트 - 여기서 Wi-Fi 핑거프린트는 상기 복수의 지점에서 수신되는 Wi-Fi 신호의 수신 강도와 상기 수신되는 Wi-Fi 신호를 송출한 AP(Access Point)의 식별 정보를 포함한다 - 와, 상기 Wi-Fi 핑거프린트를 획득한 지점의 위치 정보를 포함하는 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하는 단계;
    상기 공간을 복수의 분할 영역으로 분할하는 단계;
    상기 Wi-Fi 라디오 맵을 이용하여 AP(Access Point)의 식별 정보와, 이 AP(Access Point)로부터 Wi-Fi 신호가 수신되는 분할 영역을 연계시키는 액세스 포인트 인덱스를 구축하는 단계;
    를 포함하는 위치 추정 방법에 이용되는 데이터 베이스 구축 방법.
  3. AP(Access Point)로부터 Wi-Fi 신호가 수신되는 공간을 이동하는 휴대 단말기의 위치를 추정하는 위치 추정 방법에 있어서,
    상기 공간을 이동하는 휴대 단말기로부터 Wi-Fi 핑거프린트 - 여기서 Wi-Fi 핑거프린트는 수신되는 Wi-Fi 신호의 수신 강도와 상기 수신되는 Wi-Fi 신호를 송출한 AP(Access Point)의 식별 정보를 포함한다 - 를 수신하는 단계;
    상기 수신된 Wi-Fi 핑거프린트에 포함된 AP(Access Point)의 식별 정보로부터 상기 수신된 Wi-Fi 핑거프린트가 속하는 분할 영역 - 여기서 분할 영역은 상기 공간을 복수개로 분할한 영역이다 - 을 추정하되, 액세스 포인트 인덱스 - 여기서 액세스 포인트 인덱스는 Wi-Fi신호를 송출하는 AP(Access Point)의 식별 정보와 이 AP(Access Point)로부터 Wi-Fi 신호가 수신되는 분할 영역을 연계시키는 정보이다 - 를 이용하여 추정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
  4. 실내 공간을 이동하는 휴대 단말기로 이동 경로 정보를 제공하는 실내 네비게이션 방법에 있어서,
    상기 실내 공간의 각 지점에 대하여 Wi-Fi 핑거프린트 -여기서 Wi-Fi 핑거프린트는 수신되는 Wi-Fi 신호의 수신 강도와 상기 수신되는 Wi-Fi 신호를 송출한 AP(Access Point)의 식별 정보를 구비한다-와, 상기 Wi-Fi 핑거프린트를 획득한 지점의 위치 정보를 포함하는 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하는 Wi-Fi 라디오 맵 구축 단계를 포함하는 학습 단계;
    상기 실내 공간을 이동하는 휴대 단말기로부터 Wi-Fi 핑거프린트를 수신하고 상기 구축한 Wi-Fi 라디오 맵을 이용하여 상기 수신된 Wi-Fi 핑거프린트로부터 상기 실내 공간을 이동하는 휴대 단말기의 위치를 결정하는 과정을 포함하는 위치 추정 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 학습 단계는,
    상기 실내 공간을 다수의 분할 영역으로 분할하는 맵 영역 분할 단계;
    상기 Wi-Fi 라디오 맵에 포함되는 Wi-Fi 핑거프린트를 상기 분할 영역에 따라 분류하는 Wi-Fi 핑거프린트 분류 단계;
    상기 Wi-Fi 핑거프린트가 소속된 분할 영역과, 상기 분할 영역에서 Wi-Fi 신호가 수신되는 AP(Access Point) 사이의 연계 정보인 액세스 포인트 인덱스를 구축하는 액세스 포인트 인덱스 구축 단계;
    를 더 포함하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 Wi-Fi 라디오 맵 구축 단계에서 구축되는 Wi-Fi 라디오 맵은,
    상기 휴대 단말기의 이동에 의해 발생되는 신호 끌림 현상을 반영한 이동형 Wi-Fi 라디오 맵을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 Wi-Fi 라디오 맵 구축 단계에서 상기 Wi-Fi 라디오 맵을 구축함에 있어서, 휴대 단말기의 이동 방향 또는 이동 속도 별로 복수의 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하는 것을 특징으로 하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 맵 영역 분할 단계는,
    (a) 위치 추정에 대한 정확도의 목표치와 정밀도의 목표치를 설정하는 단계;
    (b) 상기 실내 공간을 최소 크기의 영역으로 분할하는 단계;
    (c) 위치 추정의 정확도 및 정밀도를 산출하는 단계;
    (d) 상기 산출된 정밀도를 상기 정밀도의 목표치와 비교하는 단계;
    (e) 상기 (d) 단계의 비교 결과 산출된 정밀도가 상기 정밀도의 목표치보다 클 경우 상기 산출된 정확도를 상기 정확도의 목표치와 비교하는 단계;
    (f) 상기 (e) 단계의 비교 결과, 상기 산출된 정확도가 상기 정확도의 목표치보다 낮으면, 상기 분할 영역의 크기를 사전에 설정된 일정치만큼 증대시킨 후 상기 (c) 단계 이후를 반복하고, 상기 산출된 정확도가 상기 정확도의 목표치보다 높으면, 현재의 크기를 분할 영역의 크기로 결정하는 단계;
    를 포함하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (d) 단계의 비교 결과, 상기 산출된 정밀도가 상기 정밀도의 목표치보다 낮으면, 상기 정확도의 목표치와 상기 정밀도의 목표치를 완화하여 설정한 이후, 상기 (b) 단계 이후를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 액세스 포인트 인덱스 구축 단계는,
    상기 Wi-Fi 라디오 맵에 포함된 모든 Wi-Fi 핑거프린트에 대하여,
    동일한 AP(Access Point)의 MAC 주소를 포함하는 Wi-Fi 핑거프린트를 선별하는 단계; 및
    상기 선별된 Wi-Fi 핑거프린트가 수집된 분할 영역을 조사하여, 상기 액세스 포인트의 MAC 주소와 상기 조사된 분할 영역 사이의 연계 정보를 구축하는 단계;
    를 포함하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 방법.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 위치 추정 단계는,
    상기 휴대 단말기로부터 획득된 Wi-Fi 핑거프린트를 수신하는 Wi-Fi 핑거프린트 수신 단계;
    상기 액세스 포인트 인덱스를 이용하여 Wi-Fi 핑거프린트 수신 단계에서 수신한 상기 Wi-Fi 핑거프린트가 소속된 분할 영역을 확인하는 분할 영역 확인 단계;
    상기 확인된 분할 영역에 포함된 하나 이상의 Wi-Fi 핑거프린트 중에서 가장 가까운 거리의 Wi-Fi 핑거프린트를 이용하여 최종 위치를 결정하는 위치 결정 단계;
    를 포함하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 위치 추정 단계는,
    상기 휴대 단말기의 이동 방향과 이동 속도를 확인하여, 사용할 Wi-Fi 라디오 맵을 결정하는 Wi-Fi 라디오 맵 결정 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 Wi-Fi 라디오 맵 결정 단계는,
    상기 휴대 단말기의 이동 방향 및 이동 속도에 대한 정보를 획득하는 단계;
    상기 복수의 Wi-Fi 라디오 맵 중에서, 상기 휴대 단말기의 이동 방향과 이동 속도와 유사한 상황에서 구축된 Wi-Fi 라디오 맵을 선별하는 단계;
    상기 선별된 Wi-Fi 라디오 맵을 사용할 Wi-Fi 라디오 맵으로 결정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 위치 결정 단계는,
    상기 분할 영역 확인 단계를 통해 확인된 분할 영역 및 상기 확인된 분할 영역과 인접하는 영역을 탐색 영역으로 결정하는 단계;
    상기 탐색 영역의 Wi-Fi 핑거프린트 중에서, 수신된 Wi-Fi 핑거프린트와 가장 근접한 Wi-Fi 핑거프린트의 수집 지점을 추정 위치로 결정하는 단계;
    상기 추정 위치가 포함된 분할 영역과 상기 확인된 분할 영역이 일치하는지 판단하며 일치하지 않는 경우 상기 추정 위치를 무시하는 단계;
    를 포함하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 방법.
  15. 실내 공간을 이동하는 휴대 단말기로 이동 경로 정보를 제공하는 실내 네비게이션 시스템에 있어서,
    상기 실내 공간의 각 지점에 대하여 Wi-Fi 핑거프린트 -여기서 Wi-Fi 핑거프린트는 수신되는 Wi-Fi 신호의 수신 강도와 상기 수신되는 Wi-Fi 신호를 송출한 AP(Access Point)의 식별 정보를 구비한다-와, 상기 Wi-Fi 핑거프린트를 획득한 지점의 위치 정보를 포함하는 Wi-Fi 라디오 맵을 구축하는 Wi-Fi 라디오 맵구축 모듈을 적어도 구비하는 학습 모듈;
    상기 실내 공간을 이동하는 휴대 단말기로부터 Wi-Fi 핑거프린트를 수신하고 상기 구축한 Wi-Fi 라디오 맵을 이용하여 상기 수신된 Wi-Fi 핑거프린트로부터 상기 실내 공간을 이동하는 휴대 단말기의 위치를 결정하는 기능을 적어도 구비하는 위치 추정 모듈;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 학습 모듈은,
    상기 실내 공간을 다수의 분할 영역으로 분할하는 영역 분할 모듈;
    상기 Wi-Fi 라디오 맵에 포함되는 Wi-Fi 핑거프린트를 상기 분할 영역에 따라 분류하는 Wi-Fi 핑거프린트 분류 모듈;
    상기 Wi-Fi 핑거프린트가 소속된 분할 영역과, 상기 분할 영역에서 Wi-Fi 신호가 수신되는 AP(Access Point) 사이의 연계 정보인 액세스 포인트 인덱스를 구축하는 액세스 포인트 인덱스 구축 모듈;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 위치 추정 모듈은,
    상기 휴대 단말기로부터 획득된 Wi-Fi 핑거프린트를 수신하는 Wi-Fi 핑거프린트 수신 모듈;
    상기 액세스 포인트 인덱스를 이용하여 상기 Wi-Fi 핑거프린트 수신 모듈이 수신한 Wi-Fi 핑거프린트가 소속된 분할 영역을 확인하는 분할 영역 확인 모듈;
    상기 확인된 분할 영역에 포함된 하나 이상의 Wi-Fi 핑거프린트 중에서 가장 가까운 거리의 Wi-Fi 핑거프린트를 이용하여 최종 위치를 결정하는 위치 결정 모듈;
    을 포함하는 Wi-Fi 라디오 맵을 이용한 실내 네비게이션 시스템.
PCT/KR2010/005165 2010-07-21 2010-08-06 위치 추정에 사용자 이동성을 활용하는 와이파이 라디오 맵 기반 실내 네비게이션 시스템 및 방법 Ceased WO2012011624A1 (ko)

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