WO2018117283A1 - 실내 위치 추정 시스템 - Google Patents

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WO2018117283A1
WO2018117283A1 PCT/KR2016/014904 KR2016014904W WO2018117283A1 WO 2018117283 A1 WO2018117283 A1 WO 2018117283A1 KR 2016014904 W KR2016014904 W KR 2016014904W WO 2018117283 A1 WO2018117283 A1 WO 2018117283A1
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WO
WIPO (PCT)
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user terminal
graph
signal strength
divided regions
wireless signal
Prior art date
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PCT/KR2016/014904
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English (en)
French (fr)
Inventor
전화숙
신중권
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SNU R&DB Foundation
Original Assignee
Seoul National University R&DB Foundation
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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
    • 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
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
    • G01S11/06—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves using intensity measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Definitions

  • the present invention relates to an indoor position estimation system, and more particularly, to an indoor position estimation system capable of accurately measuring the position of a user terminal.
  • indoor location estimation technology is essential to quickly evacuate and rescue people. Indoor position estimation techniques have been steadily studied for a long time.
  • the position of the terminals is estimated using an anchor disposed indoors.
  • the anchor includes a Wi-Fi router or a Bluetooth beacon for transmitting and receiving a wireless signal having an absolute position value.
  • a disaster situation such as fire, breakage, and power failure occurs in the indoor space, there is a problem in that the anchor cannot operate normally and the indoor position estimation is impossible.
  • the position of the terminals may be estimated by generating a graph with the peaks of the radio signal strength between the plurality of terminals and the ID of the terminal.
  • graphs have symmetry, rotationality, and the like. Therefore, the absolute position of the terminals cannot be measured, only the relative position can be measured. This is accurate in free space, but there is a problem that a large error such as strength attenuation of a signal occurs due to an obstacle in an indoor environment.
  • an object of the present invention is to provide an indoor position estimation system including a position estimator which is independent of the anchor, and accurately estimates the position of the user terminals in consideration of movement and non-movement of the user terminal. .
  • the indoor location estimation system relates to an indoor location estimation system including a plurality of user terminals and a central server located in the indoor space, And a moving speed calculating unit calculating a moving speed of the user terminal, and a wireless signal strength calculating unit calculating a wireless signal strength between the user terminals, wherein the central server includes a plurality of divided areas in a grid form. And a memory unit configured to manage predetermined average radio signal strength information according to the distance between the divided regions, and preset movable path information connecting the centers of the divided regions with the movable path of the user terminal, and the user terminal.
  • a position estimator for estimating a position of the position estimator;
  • An estimated position calculator configured to calculate at least one graph of the estimated positions of the user terminals as vertices based on average wireless signal strength information and the wireless signal strength, and the user terminal based on the movable path information and the moving speed;
  • a moving position calculator configured to calculate a movable partition area of the mobile station; and a filtering to remove the graph outside the movable partition area, and estimate the position of the user terminal based on a graph included in the movable partition area. Characterized in that it comprises a filtering unit.
  • the average wireless signal strength information may include a first graph in which the average wireless signal strengths S2 are used as the sides, and the number K of the divided regions is the number of vertices, and the estimated position is calculated.
  • the extracting unit extracts at least one second graph from the first graph, wherein the number M of the user terminals is the number of vertices according to the similarity determination between the average radio signal strength S2 and the radio signal strength S1. (Wherein M ⁇ K and the vertex is the center of the divided region).
  • the estimated position calculating unit may determine the similarity degree according to the following [Calculation Formula 1] to [Calculation Formula 4].
  • ⁇ 1 is the minimum threshold
  • ⁇ 2 is the maximum threshold
  • S1 ⁇
  • ⁇ 1 max (0, 10 * ⁇ * log (d1))-10 * ⁇ * log (d2)- ⁇
  • ⁇ is a path loss index
  • d1 is a minimum distance between any one of the plurality of divided regions and the other one
  • d2 is a distance between the center of one of the plurality of divided regions and the center of the other one
  • ⁇ is a compensation Value
  • d3 is a maximum distance between any one of the plurality of divided regions and the other one
  • the estimated position calculating unit may increase the additional compensation value ⁇ according to the following Equation 5 to determine the similarity.
  • ⁇ 2n, where n is a natural number containing 0
  • the position estimating unit repeatedly estimates the position of the user terminal according to a predetermined period ⁇ , and when one second graph is calculated according to the filtering, the filtering unit may include vertices of the second graph.
  • the two or more second graphs are calculated according to the filtering, the divided regions belonging to the user terminal are estimated, and the location estimator further estimates the location of the user terminal.
  • the moving position calculating unit calculates the movable partition area based on the number of partition area movements ha of the user terminal determined by the movement speed v and the movable path information, and moves the partition area.
  • the number ha is characterized by being calculated by the following [Equation 6].
  • ha minimum integer not less than x
  • the central server may provide the user terminal with the location of the user terminal according to the second graph calculated according to the filtering.
  • the grouping number Mg of the user terminals in which at least some of the user terminals are grouped is the number K of the divided regions. It further comprises a user terminal grouping unit to be smaller.
  • the indoor location estimation system it is possible to estimate the location of the user terminals independently of the anchor which may be unavailable in a disaster situation.
  • the position of the user terminal may be estimated quickly by using the preset average radio signal strength information and the preset movable path information.
  • the estimated position of the user terminal may be filtered using the movable partition of the user terminal, thereby quickly estimating the position of the user terminal.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an indoor position estimation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of an indoor position estimation system shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating average wireless signal strength information (first graph) according to an embodiment of the present invention.
  • 4 and 5 are diagrams for explaining a method of measuring the average wireless signal strength shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating movable path information according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an indoor location estimation method using the indoor location estimation system illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating wireless signal strength between user terminals calculated by the wireless signal strength calculator shown in FIG. 1.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a plurality of second graphs calculated by the estimated position calculator shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of calculating a second graph using the estimated position calculator shown in FIG. 1.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a maximum distance and a minimum distance between divided regions according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 12 to 14 are diagrams for describing a method of calculating a movable partition area according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a flowchart for describing filtering by the filtering unit illustrated in FIG. 1.
  • 16 to 18 are reference views comparing the indoor position estimation system and the prior art according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an indoor position estimation system 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of the indoor position estimation system 10 shown in FIG. 1.
  • the indoor location estimation system 10 includes a user terminal 100 and a central server 200.
  • the user terminal 100 may be disposed in the indoor space 11.
  • the user terminal 100 may be arranged in plurality.
  • the central server 200 includes a memory 210 and a location estimator 230.
  • the central server 200 may be disposed outside the indoor space 11.
  • the central server 200 and the indoor space 11 may each have a separate external power supply source. Therefore, the central server 200 may not be affected by the disaster situation occurring in the indoor space 11. That is, the anchor (not shown) which is affected by the disaster situation generated in the indoor space 11 is not included.
  • the user terminal 100 includes a moving speed calculator 110 and a wireless signal strength calculator 130.
  • the user terminal 100 further includes a cellular communication unit 150.
  • the movement speed calculator 110 may calculate the movement speed of the user terminal 100.
  • the movement speed calculator 110 may include an acceleration sensor (not shown).
  • the moving speed of the user terminal 100 may be measured in a similar manner to the alarm.
  • the human stride length is 1 m and the acceleration sensor detects shaking 3 times per second, the moving speed of the user terminal 100 is 3 m / s.
  • the wireless signal strength calculator 130 may calculate the wireless signal strength between the user terminals 100 when ad-hoc communication is performed between the user terminals 100.
  • the user terminal 100 may include an ad-hoc communication unit (not shown) for ad-hoc communication.
  • the user terminal 100 may provide the central server 200 to describe the wireless signal strength and the moving speed.
  • the cellular communication unit 150 may perform communication between the user terminal 100 and the central server 200.
  • the central server 200 may include a memory 210 and a location estimator 230.
  • the memory unit 210 may store and manage preset average wireless signal strength information and preset movable path information.
  • the average radio signal strength information and the movable path information are data previously measured according to the indoor space 11.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating average wireless signal strength information (first graph) according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 4 and 5 illustrate a method of measuring average wireless signal strength S2 shown in FIG. 3. It is for the drawing.
  • the average wireless signal strength information may include a first graph 214.
  • the first graph 214 may be generated corresponding to the indoor space 11.
  • the indoor space 11 may be divided into a plurality of partitions 211.
  • the plurality of divided regions 211 may be arranged in a grid form.
  • the divided region 211 may have a square shape.
  • the average distance between two different divided regions 211 is equal to the distance between the centers 212 of the two divided regions 211. Therefore, the average wireless signal strength S2 between two different divided regions 211 may be measured at the center 212 of the two divided regions 211.
  • the average distance in one divided area 211 is generally 0.5214 * L (L is the length of the sides of the divided area 211). Therefore, the average wireless signal strength S2 between two points in one divided area 211 may be measured at two points spaced 0.2607 * L from the center 212 of the divided area 211.
  • the first graph 214 may have an average radio signal strength S2 between the divided regions 211 as a side, and have the number K of divided regions 211 as the number of vertices.
  • the vertices of the first graph 214 may be disposed at the center 212 of the divided area 211.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating movable path information according to an embodiment of the present invention.
  • the movable route information may be generated corresponding to the indoor space 11.
  • the movable route information may connect the centers 212 of the divided regions 211.
  • the movable route information may be generated based on the wall 12, the obstacle, etc. of the indoor space 11.
  • the partition area 211 surrounded by the wall 12 having one doorway may be connected to the neighboring partition area 211 only through the doorway. That is, the movable route information is information obtained by applying the movable copper wire of the people located in the indoor space 11 to the divided area 211.
  • the position estimator 230 may include an estimated position calculator 231, a movement position calculator 233, and a filter 235.
  • the estimated position calculator 231 may calculate at least one graph based on the estimated position of the user terminals based on the average wireless signal strength information of the memory unit 210 and the wireless signal strength provided from the user terminal 100. have. Detailed description thereof will be described later.
  • the movement position calculator 233 may calculate the movable partition area of the user terminal 100 based on the movement path information of the memory unit 210 and the movement speed provided by the user terminal 100.
  • the filtering unit 235 may perform filtering to remove the graph leaving the movable partition area and estimate the position of the user terminal 100 based on the graph included in the movable partition area. Detailed description thereof will be described later.
  • the central server 200 may further include a user terminal grouping unit 270.
  • the user terminal grouping unit 270 may group at least a portion of the user terminal 100 when the number M of the user terminals 100 is greater than the number K of the divided regions 211. That is, the user terminal grouping unit 270 may reduce the grouping number Mg of the user terminal in which a part of the user terminal 100 is grouped to be smaller than the number K of the divided regions.
  • the number K of partitions may be four, and the number M of user terminals 100 may be five.
  • the user terminal grouping unit 270 may group three of the user terminals 100 into one. Therefore, the grouping number Mg of the user terminal is three in total. Accordingly, the grouping number Mg of the user terminal is smaller than the number K of the divided regions.
  • the user terminal grouping unit 270 is essential to extract the second graph 232 from the first graph 214.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an indoor location estimation method using the indoor location estimation system 10 shown in FIG. 1.
  • the central server 200 may receive a moving speed and a wireless signal strength S1 from each user terminal 100 through the network communication module 250 (S100).
  • the user terminal grouping unit 270 may group some of the user terminals 100 (S110). As a result, the grouping number Mg of the user terminal may be adjusted to be smaller than the number K of the divided regions 211.
  • the estimated position calculator 231 extracts the second graph 232 from the first graph 214 (S120).
  • the second graph 232 has the number M of user terminals or the number Mg of user terminals as the number of vertices.
  • the estimated position calculator 231 may extract the second graph 232 from the first graph 214 according to the similarity determination between the average wireless signal strength S2 and the wireless signal strength S1.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a wireless signal strength S1 between user terminals calculated by the wireless signal strength calculator 130 shown in FIG. 1
  • FIG. 9 is an estimated position calculator shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a plurality of second graphs 232 calculated by 231
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of calculating the second graph 232 using the estimated position calculator 231 illustrated in FIG. 1. It is a chart.
  • the user terminals 100 may perform ad-hoc communication with each other.
  • the wireless signal strength calculator 130 may calculate the wireless signal strength S1 between the user terminals 100.
  • the wireless signal strengths S1 may be different from each other due to the distance between the divided regions 211, the wall 12 of the indoor space 11, and an obstacle.
  • the estimated position calculator 231 may extract a plurality of partial graphs having the number M of user terminals 100 as the number of vertices from the first graph 214 (S200). In addition, the estimated position calculator 231 may extract the second graph 232 of the partial graph according to the similarity determination (S210). The estimated position calculator 231 may calculate one or more second graphs 232 (S220). If the second graph 232 is not extracted, the second graph 232 may be extracted from the first graph 214 by increasing the additional compensation value ⁇ to be described later (S230).
  • ⁇ 1 is the minimum threshold value [dB]
  • ⁇ 2 is the maximum threshold value [dB]
  • S1 ⁇
  • ⁇ 1 max (0, 10 * ⁇ * log (d1))-10 * ⁇ * log (d2)- ⁇
  • ⁇ is a path loss index [no unit]
  • d1 is a minimum distance [m] between any one of the plurality of divided regions 211 and d2 is a value of any one of the plurality of divided regions 211.
  • ⁇ is the compensation value [dB].
  • max (a, b) means the maximum value of a and b.
  • d3 is the maximum distance [m] between any one of the plurality of divided regions 211 and the other one.
  • FIG. 11 is a diagram for describing a maximum distance d3 and a minimum distance d1 between divided regions 211, according to an exemplary embodiment.
  • the maximum distance d3 may be a distance between two farthest corners of the two divided regions 211. Also, the minimum distance d1 may be a distance between the closest edges of the two divided regions 211.
  • the additional compensation value ⁇ can compensate for the additional signal attenuation.
  • the additional compensation value ⁇ may have an initial value of "0".
  • the estimated position calculator 231 may extract the second graph 232 while increasing the additional compensation value ⁇ by 2 dB. That is, the estimated position calculator 231 may determine the similarity according to the following [Equation 5].
  • ⁇ 2n, where n is a natural number containing 0
  • FIGS. 12 to 14 are diagrams for describing a method of calculating a movable partition area according to an embodiment of the present invention.
  • the user terminal 100 may be disposed in any one of the divided regions 211 partitioned to correspond to the indoor space 11.
  • the user terminal 100 may be moved in the indoor space 11 when a disaster situation occurs.
  • the memory unit 210 may store and manage preset moveable route information 213.
  • the moveable route information 213 connects the centers 212 of the divided area 211.
  • the movable route information 213 may be generated in consideration of the wall 12 and the door of the interior space 11. That is, the movable route information 213 connects the center 212 of the divided area 211 along the route in which people can move.
  • the user terminal 100 may continuously and repeatedly provide the moving speed and the wireless signal strength S1 to the central server 200.
  • the moving position calculator 233 of the central server 200 may calculate the movable partition area based on the number of partition area movements ha and the movable path information of the user terminal determined according to the movement speed v. FIG. (S130).
  • the number of divided area movements ha of the user terminal 100 refers to the number of divided areas in which the user terminal 100 may move according to the moving speed v.
  • the number of partition movements ha may be calculated by Equation 6 below.
  • ha minimum integer not less than x
  • L is the distance [m] between the centers 212 of the divided regions 211 or the length [m] of the sides of the divided regions 211
  • ⁇ is the position weight A cycle of repeatedly estimating the position of the user terminal 100 by the government 230 (a detailed description thereof will be described later).
  • the user terminal 100 may be disposed in one partition area 211.
  • the divided area movement count ha is 2
  • the user terminal 100 may move twice from the one partitioned area 211 along the movable path information 213 to the other partitioned area 211.
  • the movement position calculator 233 may calculate the movable partition area 234 for each of the plurality of user terminals 100. In this way, the movement position calculator 233 may calculate the movable partition area 234.
  • FIG. 15 is a flowchart for describing filtering by the filtering unit 235 illustrated in FIG. 1.
  • the filtering unit 235 may perform filtering (S140 of FIG. 7). To this end, the filtering unit 235 may receive the second graph 232 and the movable partition area 234 from the estimated position calculator 231 and the moving position calculator 233, respectively (S300). The filtering unit 235 determines whether the second graph 232 is included in the movable partition area 234 (S310). As an example, the filtering unit 235 may compare each vertex of the second graph 232 with the movable partition 234 corresponding thereto.
  • the filtering unit 235 may delete the second graph 232 leaving the movable partition 234 (S320). As an example, if any one of the vertices of the second graph 232 leaves the movable partition area 234, the filtering unit 235 may delete the corresponding second graph 232. On the other hand, the second graph 232 satisfying the movable partition area 234 may be stored in the memory unit 210 (S330).
  • the filtering unit 235 may determine whether there are two or more stored second graphs 232 (S340). If there is only one second graph 232, the filtering unit 235 may terminate filtering. In this case, the central server 200 may provide the user terminal 100 with the location of the user terminal 100 according to the second graph 232. That is, the filtering unit 235 may calculate the divided region 211 to which the vertex of the second graph 235 belongs to the position of the user terminal 100.
  • the position estimator 230 may estimate the position of the user terminal 100 based on the signal provided from the user terminal 100 (S350). On the other hand, after storing the second graph 232, it has been described as determining whether there are two or more second graph 232 (S340), but is not limited thereto. The determination may be made without storing the second graph 232.
  • the position estimator 230 estimates the position of the user terminal 100 again (S150 of FIG. 7). That is, the position estimator 230 may repeatedly estimate the position of the user terminal 100 at a predetermined period ⁇ . The position estimator 230 may repeatedly estimate the position of the user terminal 100 until one second graph 232 is calculated.
  • the filtering unit 235 filters the divided regions 211 to which the vertices of the second graph 232 belong. It can be estimated by the position of.
  • the position estimator 230 may receive a signal from the user terminal 100 to estimate the position of the user terminal 100. In this case, the position estimator 230 may estimate the position of the user terminal 100 in consideration of the movement of the user terminal 100 based on the second graph 232 calculated in the previous period. As a result, the position estimation time and the accuracy of the user terminal 100 may be improved.
  • 16 to 18 are reference views comparing the indoor position estimation system 10 according to an embodiment of the present invention with the prior art.
  • the S10 to S50 curves are performance curves according to the indoor position estimation system 10 according to an exemplary embodiment.
  • the S60 curve and the S70 curve are performance curves according to the prior art. This experiment was performed when the number K of divided regions was 30.
  • the S10 curve and the S30 to S50 curves are experimental results when the number M of user terminals is smaller than the number K of divided regions. Looking at this, it can be seen that as the number of user terminals increases, the position of the user terminals is estimated faster.
  • the experimental results are performed by grouping 100 terminals into 20 terminals. It shows performance similar to the curve of S20 performed with 20 terminals.
  • Indoor location estimation system 10 according to an embodiment of the present invention can exhibit the position estimation performance of the user terminal very fast compared to the prior art.
  • the number of nodes represents the number M of user terminals.
  • “Mean” represents an average of time taken to estimate the position of the user terminal.
  • Std Represents the standard deviation of the time taken to estimate the position of the user terminal.
  • “Failure ratio” represents the rate of not finding the position of the user terminal within 60 seconds.
  • AFAL and “Trajectory matching” refer to anchor-independent indoor position estimation techniques according to the prior art.
  • AFAL and “Trajectory matching” refer to anchor-independent indoor position estimation techniques according to the prior art.
  • FIG. 17 shows statistics on time taken for estimating the positions of all user terminals.
  • the number of nodes represents the number M of user terminals.
  • “Mean” represents an average of time taken to estimate the position of the user terminal.
  • Std Represents the standard deviation of the time taken to estimate the position of the user terminal.
  • “Failure ratio” represents the rate of not finding the position of the user terminal within 60 seconds.
  • AFAL
  • Total error indicates a ratio of incorrectly estimated positions among the position estimates of the user terminal.
  • Crohn error indicates a ratio of a position that is very inaccurate among positions of a user terminal that is incorrectly estimated. According to an embodiment of the present disclosure, the ratio of the error may be lower than that of the conventional technologies AFAL and TM.

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Abstract

본 발명에 따른 일 실시 예는, 사용자 단말의 무선 신호 세기를 이용하여 상기 사용자 단말들의 위치에 따른 그래프를 생성하고, 사용자 단말의 이동 속도를 측정하여 사용자 단말의 예상 가능 경로를 산출하여 사용자 단말의 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.

Description

실내 위치 추정 시스템
본 발명은 실내 위치 추정 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정밀하게 사용자 단말의 위치를 측정할 수 있는 실내 위치 추정 시스템에 관한 것이다.
실내에서 화재, 가스 유출 등의 재난 상황이 발생할 경우, 사람들을 빠르게 대피시키고, 구조하기 위해서 실내 위치 추정 기술이 반드시 필요하다. 실내 위치 추정 기술은 오랜 동안 꾸준히 연구되고 있다.
제 1 종래 기술에 따르면, 실내에 배치된 앵커(anchor)를 이용하여 단말기들의 위치가 추정된다. 여기서, 앵커는 절대적인 위치 값을 가지는 무선 신호를 송수신하는 와이파이 공유기나 블루투스 비콘 등을 포함한다. 그러나, 앵커를 이용하는 제 1 종래 기술에 따르면 실내 공간에 화재, 파손 및 정전 등의 재난 상황이 발생하는 경우, 앵커들이 정상적으로 작동하지 못하여 실내 위치 추정이 불가능한 문제점이 있다.
또한, 제 2 종래 기술에 따르면, 앵커를 이용하지 않는 앵커 독립적 기술이 있다. 제 2 종래 기술의 경우, 복수의 단말기들 사이의 무선 신호 세기와 단말기의 ID를 꼭짓점으로 하는 그래프를 생성하여 단말기들의 위치가 추정될 수 있다. 그러나, 그래프는 대칭성, 회전성 등을 가진다. 따라서, 단말기들의 절대적인 위치를 측정할 수는 없고, 상대적인 위치만을 측정할 수 있다. 이는, 자유 공간에서는 정확하지만, 실내 환경에서는 장애물로 인해 신호의 세기 감쇠 등의 큰 오차가 발생되는 문제점이 있다.
한편, 실내 공간에서 재난 상황이 발생되는 경우, 사람들은 빠른 속도로 대피할 수 있다. 이와 달리, 일부 사람들은 부상이나 고립으로 이동하지 못할 수 있다. 즉, 재난 상황에서 사람들의 위치를 정확하게 추정하기 위해서는, 사람들의 움직임을 고려하여야 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 앵커 독립적이고, 사용자 단말의 이동 및 비이동을 고려하여 정밀하게 사용자 단말들의 위치를 추정할 수 있는 위치 추정부를 포함하는 실내 위치 추정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내 위치 추정 시스템는, 실내 공간에 위치하는 복수의 사용자 단말과 중앙 서버를 포함하는 실내 위치 추정 시스템에 관한 것으로서, 상기 사용자 단말은, 상기 사용자 단말의 이동 속도를 산출하는 이동 속도 산출부, 및 상기 사용자 단말들간 무선 신호 세기를 산출하는 무선 신호 세기 산출부를 포함하며, 상기 중앙 서버는, 상기 실내 공간을 격자 형태의 다수의 분할 영역으로 분할하고, 상기 분할 영역간 거리에 따른 기 설정된 평균 무선 신호 세기 정보와, 상기 사용자 단말의 이동 가능한 경로로 상기 분할 영역들의 중심을 잇는 기 설정된 이동 가능 경로 정보를 관리하는 메모리부, 및 상기 사용자 단말의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하며, 상기 위치 추정부는, 상기 평균 무선 신호 세기 정보와 상기 무선 신호 세기를 기초로 상기 사용자 단말들의 추정 위치를 꼭짓점으로 하는 적어도 하나의 그래프를 산출하는 추정 위치 산출부, 상기 이동 가능 경로 정보와 상기 이동 속도를 기초로 상기 사용자 단말의 이동 가능 분할 영역을 산출하는 이동 위치 산출부, 및 상기 이동 가능 분할 영역을 벗어나는 상기 그래프를 제거하는 필터링을 수행하고, 상기 이동 가능 분할 영역에 포함되는 그래프를 기준으로 상기 사용자 단말의 위치를 추정하는 필터링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 평균 무선 신호 세기 정보는 상기 평균 무선 신호 세기(S2)들을 변들로 하고, 상기 분할 영역의 개수(K)를 꼭짓점(vertex)의 개수로 하는 제 1 그래프를 포함하며, 상기 추정 위치 산출부는, 상기 평균 무선 신호 세기(S2)와 상기 무선 신호 세기(S1)의 유사도 판단에 따라 상기 사용자 단말의 개수(M)를 꼭짓점의 개수로 하는 적어도 하나의 제 2 그래프를 상기 제 1 그래프로부터 추출하는 것을 특징으로 한다(여기서, M < K 이고, 상기 꼭짓점은 상기 분할 영역의 중심임).
또한, 상기 추정 위치 산출부는, 하기 [계산식 1] 내지 [계산식 4] 에 의해 상기 유사도를 판단하는 것을 특징으로 한다.
[계산식 1]
S1 = S2, {if δ1 < (S2 - S1) < δ2 and S1 ≠ -∞}
여기서, δ1는 최소 임계값, δ2는 최대 임계값이며, S1 = -∞ 일 때 상기 사용자 단말간 무선 통신이 불가능함을 의미
[계산식 2]
δ1 = max(0, 10*γ*log(d1)) - 10*γ*log(d2) - ε
여기서, γ는 경로 손실 지수, d1은 상기 다수의 분할 영역 중 어느 하나와다른 하나 사이의 최소 거리, d2는 상기 다수의 분할 영역 중 어느 하나의 중심과 다른 하나의 중심 사이의 거리, ε은 보상값임
[계산식 3]
δ2 = 10*γ*log(d3) - 10*γ*log(d2) + ε
여기서, d3는 상기 다수의 분할 영역 중 어느 하나와 다른 하나 사이의 최대 거리임
[계산식 4]
ε = σ+ α
여기서, σ는 로그-노말 쉐도우잉(Log-normal shadowing) 편차, α는 추가적 보상값임
또한, 상기 추정 위치 산출부는, 하기 [계산식 5]에 따라 상기 추가적 보상값(α)을 증가시켜 상기 유사도를 판단하는 것을 특징으로 한다.
[계산식 5]
α = 2n (여기서, n은 0을 포함하는 자연수)
또한, 상기 위치 추정부는 소정의 주기(τ)에 따라 반복적으로 상기 사용자 단말의 위치를 추정하되, 상기 필터링에 따라 하나의 상기 제 2 그래프가 산출되는 경우, 상기 필터링부는 상기 제 2 그래프의 꼭짓점들이 속한 상기 분할 영역들을 상기 사용자 단말의 위치로 추정하며, 상기 필터링에 따라 2 이상의 상기 제 2 그래프가 산출되는 경우, 상기 위치 추정부는 다시 상기 사용자 단말의 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이동 위치 산출부는 상기 이동 속도(v)에 따라 결정되는 상기 사용자 단말의 분할 영역 이동 개수(ha)와 상기 이동 가능 경로 정보를 기초로 상기 이동 가능 분할 영역을 산출하며, 상기 분할 영역 이동 개수(ha)는 하기 [계산식 6]에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.
[계산식 6]
ha = x 보다 작지 않은 최소 정수,
여기서, x = ((τ*v)/L)), L은 상기 분할 영역의 중심간 거리
또한, 상기 중앙 서버는 상기 필터링에 따라 산출되는 하나의 상기 제 2 그래프에 따른 상기 사용자 단말의 위치를 상기 사용자 단말에 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사용자 단말의 개수(M)가 상기 분할 영역의 개수(K) 보다 클 경우, 상기 사용자 단말 중 적어도 일부가 그룹화된 상기 사용자 단말의 그룹핑 개수(Mg)를 상기 분할 영역의 개수(K) 보다 작게 하는 사용자 단말 그룹핑부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실내 위치 추정 시스템에 의하면, 재난 상황 시 사용 불가능 할 수 있는 앵커 독립적으로 사용자 단말들의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 재난 상황 시 사용자 단말의 이동 또는 비이동을 고려하여 정밀한 사용자 단말의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 기 설정된 평균 무선 신호 세기 정보와 기 설정된 이동 가능 경로 정보를 이용하여 신속하게 사용자 단말의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 사용자 단말의 추정 위치를 사용자 단말의 이동 가능 분할 영역을 이용하여 필터링하여, 신속하게 사용자 단말의 위치를 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내 위치 추정 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실내 위치 추정 시스템에 대한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 평균 무선 신호 세기 정보(제 1 그래프)를 도시한 도면이다.
도 4 및 5는 도 3에 도시된 평균 무선 신호 세기의 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 가능 경로 정보를 도시한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 실내 위치 추정 시스템을 이용한 실내 위치 추정 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 8은 도 1에 도시된 무선 신호 세기 산출부에 의해 산출된 사용자 단말들 사이의 무선 신호 세기를 도시한 도면이다.
도 9는 도 1에 도시된 추정 위치 산출부에 의해 산출된 다수의 제 2 그래프를 도시한 도면이다.
도 10은 도 1에 도시된 추정 위치 산출부를 이용한 제 2 그래프의 산출 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분할 영역간 최대 거리 및 최소 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 가능 분할 영역을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 1에 도시된 필터링부에 의한 필터링을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 16 내지 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내 위치 추정 시스템과 종래 기술을 비교한 참조 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 실내 위치 추정 시스템(10)을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내 위치 추정 시스템(10)을 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실내 위치 추정 시스템(10)에 대한 개념도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내 위치 추정 시스템(10)은 사용자 단말(100) 및 중앙 서버(200)를 포함한다. 사용자 단말(100)은 실내 공간(11)에 배치될 수 있다. 사용자 단말(100)은 다수 개로 배치될 수 있다. 중앙 서버(200)는 메모리부(210)와 위치 추정부(230)를 포함한다. 중앙 서버(200)는 실내 공간(11)의 외부에 배치될 수 있다. 중앙 서버(200)와 실내 공간(11)은 각각 별도의 외부 전력 공급원을 가질 수 있다. 따라서, 중앙 서버(200)는 실내 공간(11)에서 발생되는 재난 상황에 영향을 받지 않을 수 있다. 즉, 실내 공간(11)에서 발생된 재난 상황에 영향을 받는 앵커(미도시)가 포함되지 않는다.
사용자 단말(100)은 이동 속도 산출부(110)와 무선 신호 세기 산출부(130)를 포함한다. 또한, 사용자 단말(100)은 셀룰러 통신부(150)를 더 포함한다.
이동 속도 산출부(110)는 사용자 단말(100)의 이동 속도를 산출할 수 있다. 이를 위해, 이동 속도 산출부(110)는 가속도 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 일 실시 예로, 사용자 단말(100)의 이동 속도는 경보기와 유사한 방법으로 측정될 수 있다. 사람의 보폭이 1m 이고, 가속도 센서가 1초에 3번 흔들림을 감지하는 경우, 사용자 단말(100)의 이동 속도는 3 m/s 이다.
무선 신호 세기 산출부(130)는 사용자 단말(100)들간 애드-혹 통신 시, 사용자 단말(100)들 간 무선 신호 세기를 산출할 수 있다. 이를 위해, 사용자 단말(100)은 애드-혹 통신을 위한 애드-혹 통신부(미도시)를 포함할 수 있다. 사용자 단말(100)은 무선 신호 세기와 이동 속도를 후술하는 중앙 서버(200)에 제공할 수 있다. 셀룰러 통신부(150)는 사용자 단말(100)과 중앙 서버(200) 사이의 통신을 수행할 수 있다.
중앙 서버(200)는 메모리부(210)와 위치 추정부(230)를 포함할 수 있다.
메모리부(210)는 기 설정된 평균 무선 신호 세기 정보와 기 설정된 이동 가능 경로 정보를 저장하고 관리할 수 있다. 평균 무선 신호 세기 정보와 이동 가능 경로 정보는 실내 공간(11)에 따라 사전에 측정된 데이터이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 평균 무선 신호 세기 정보(제 1 그래프)를 도시한 도면이고, 도 4 및 5는 도 3에 도시된 평균 무선 신호 세기(S2)의 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1, 도 3 내지 5를 참조하면, 평균 무선 신호 세기 정보는 제 1 그래프(214)를 포함할 수 있다. 제 1 그래프(214)는 실내 공간(11)에 대응하여 생성될 수 있다. 일 실시 예로, 실내 공간(11)은 다수의 분할 영역(211)으로 구분될 수 있다. 다수의 분할 영역(211)들은 격자 형태로 배열될 수 있다. 또한, 분할 영역(211)은 정사각형 형상을 가질 수 있다.
서로 다른 두 분할 영역(211)간 평균 거리는 두 분할 영역(211)의 중심(212)간 거리와 같다. 따라서, 서로 다른 두 분할 영역(211)간 평균 무선 신호 세기(S2)는 두 분할 영역(211)의 중심(212)에서 측정될 수 있다. 한편, 하나의 분할 영역(211) 내의 평균 거리는 일반적으로 0.5214*L(L은 분할 영역(211)의 변의 길이)이다. 따라서, 하나의 분할 영역(211) 내에서 두 지점간 평균 무선 신호 세기(S2)는 분할 영역(211)의 중심(212)으로부터 0.2607*L 만큼 이격된 두 지점에서 측정될 수 있다.
제 1 그래프(214)는 분할 영역(211)들간 평균 무선 신호 세기(S2)를 변으로 가지고, 분할 영역(211)의 개수(K)를 꼭짓점의 개수로 가질 수 있다. 여기서, 제 1 그래프(214)의 꼭짓점은 분할 영역(211)의 중심(212)에 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 가능 경로 정보를 도시한 도면이다.
도 3 및 6을 참조하면, 이동 가능 경로 정보는 실내 공간(11)에 대응하여 생성될 수 있다. 이동 가능 경로 정보는 분할 영역(211)들의 중심(212)을 연결할 수 있다. 또한, 이동 가능 경로 정보는 실내 공간(11)의 벽(12), 장애물 등을 기준으로 생성될 수 있다. 일 실시 예로, 하나의 출입구를 가지는 벽(12)으로 둘러싸인 분할 영역(211)은 출입구를 통해서만 이웃하는 분할 영역(211)에 연결될 수 있다. 즉, 이동 가능 경로 정보는 실내 공간(11)에 위치한 사람들의 이동 가능한 동선을 분할 영역(211)에 적용한 정보이다.
위치 추정부(230)는 추정 위치 산출부(231), 이동 위치 산출부(233) 및 필터링부(235)를 포함할 수 있다. 추정 위치 산출부(231)는 메모리부(210)의 평균 무선 신호 세기 정보와 사용자 단말(100)에서 제공된 무선 신호 세기를 기초로 사용자 단말들의 추정 위치를 꼭짓점으로 하는 적어도 하나의 그래프를 산출할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
이동 위치 산출부(233)는 메모리부(210)의 이동 가능 경로 정보와 사용자 단말(100)에서 제공된 이동 속도를 기초로 사용자 단말(100)의 이동 가능 분할 영역을 산출할 수 있다. 필터링부(235)는 이동 가능 분할 영역을 벗어나는 그래프를 제거하는 필터링을 수행하고, 이동 가능 분할 영역에 포함되는 그래프를 기준으로 사용자 단말(100)의 위치를 추정할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 중앙 서버(200)는 사용자 단말 그룹핑부(270)를 더 포함할 수 있다. 사용자 단말 그룹핑부(270)는 사용자 단말(100)의 개수(M)가 분할 영역(211)의 개수(K) 보다 큰 경우, 사용자 단말(100)의 적어도 일부를 그룹화할 수 있다. 즉, 사용자 단말 그룹핑부(270)는 사용자 단말(100)의 일부가 그룹화된 사용자 단말의 그룹핑 개수(Mg)를 분할 영역의 개수(K) 보다 작게 할 수 있다.
예컨대, 분할 영역의 개수(K)가 4개 이고, 사용자 단말(100)의 개수(M)가 5개 일 수 있다. 이 경우, 사용자 단말 그룹핑부(270)는 사용자 단말(100) 중 3개를 1개로 그룹화할 수 있다. 따라서, 사용자 단말의 그룹핑 개수(Mg)는 총 3개이다. 이에 따라, 사용자 단말의 그룹핑 개수(Mg)는 분할 영역의 개수(K) 보다 작게된다. 사용자 단말의 개수(M)가 분할 영역(211)의 개수(K) 보다 큰 경우, 사용자 단말 그룹핑부(270)는 제 1 그래프(214)로부터 제 2 그래프(232)를 추출하기 위해 필수적이다.
도 7은 도 1에 도시된 실내 위치 추정 시스템(10)을 이용한 실내 위치 추정 방법을 도시한 플로우 차트이다.
중앙 서버(200)는 네트워크 통신 모듈(250)을 통해 각 사용자 단말(100)로부터 이동 속도와 무선 신호 세기(S1)를 수신할 수 있다(S100).
사용자 단말(100)의 개수(M)가 분할 영역(211)의 개수(K) 보다 큰 경우, 사용자 단말 그룹핑부(270)는 사용자 단말(100)들의 일부를 그룹화할 수 있다(S110). 이에 의해, 사용자 단말의 그룹핑 개수(Mg)가 분할 영역(211)의 개수(K) 보다 작게 조정될 수 있다.
추정 위치 산출부(231)는 제 1 그래프(214)로부터 제 2 그래프(232)를 추출한다(S120). 여기서, 제 2 그래프(232)는 사용자 단말의 개수(M) 또는 사용자 단말의 그룹핑 개수(Mg)를 꼭짓점의 개수로 가진다. 추정 위치 산출부(231)는 평균 무선 신호 세기(S2)와 무선 신호 세기(S1)의 유사도 판단에 따라 제 1 그래프(214)로부터 제 2 그래프(232)를 추출할 수 있다.
추정 위치 산출부(231)의 일 실시 예를 하기 도 8 내지 10을 참조하여 설명한다.
도 8은 도 1에 도시된 무선 신호 세기 산출부(130)에 의해 산출된 사용자 단말들 사이의 무선 신호 세기(S1)를 도시한 도면이고, 도 9는 도 1에 도시된 추정 위치 산출부(231)에 의해 산출된 다수의 제 2 그래프(232)를 도시한 도면이며, 도 10은 도 1에 도시된 추정 위치 산출부(231)를 이용한 제 2 그래프(232)의 산출 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 8을 참조하면, 사용자 단말(100)들은 서로 애드-혹 통신을 할 수 있다. 이 때, 무선 신호 세기 산출부(130)는 사용자 단말(100)들 사이의 무선 신호 세기(S1)를 산출할 수 있다. 무선 신호 세기(S1)들은 분할 영역(211)간 거리, 실내 공간(11)의 벽(12), 장애물 등에 의해 서로 상이할 수 있다.
도 10을 참조하면, 추정 위치 산출부(231)는 제 1 그래프(214)로부터 사용자 단말(100)의 개수(M)를 꼭짓점의 개수로 가지는 다수의 부분 그래프를 추출할 수 있다(S200). 또한, 추정 위치 산출부(231)는 유사도 판단에 따라 부분 그래프 중 제 2 그래프(232)를 추출할 수 있다(S210). 추정 위치 산출부(231)는 1개 이상의 제 2 그래프(232)를 산출할 수 있다(S220). 만약, 제 2 그래프(232)가 추출되지 않으면, 후술하는 추가적 보상값(α)을 증가시켜 다시 제 1 그래프(214)로부터 제 2 그래프(232)를 추출할 수 있다(S230).
여기서, 유사도는 하기 [계산식 1] 내지 [계산식 4] 에 의해 계산될 수 있다.
[계산식 1]
S1 [dB] = S2 [dB], {if δ1 < (S2 - S1) < δ2 and S1 ≠ -∞}
여기서, δ1은 최소 임계값[dB], δ2는 최대 임계값[dB]이며, S1 = -∞ 일 때 상기 사용자 단말(100)들간 무선 통신이 불가능함을 의미
[계산식 2]
δ1 = max(0, 10*γ*log(d1)) - 10*γ*log(d2) - ε
여기서, γ는 경로 손실 지수[단위 없음], d1은 상기 다수의 분할 영역(211) 중 어느 하나와 다른 하나 사이의 최소 거리[m], d2는 상기 다수의 분할 영역(211) 중 어느 하나의 중심과 다른 하나의 중심 사이의 거리[m], ε은 보상값임[dB]. 또한, max(a, b)는 a와 b 중 최댓값을 의미함.
[계산식 3]
δ2 = 10*γ*log(d3) - 10*γ*log(d2) + ε
여기서, d3는 상기 다수의 분할 영역(211) 중 어느 하나와 다른 하나 사이의 최대 거리[m]임
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분할 영역(211)간 최대 거리(d3) 및 최소 거리(d1)를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 최대 거리(d3)는 두 분할 영역(211)의 가장 멀리 이격된두 모서리 사이의 거리일 수 있다. 또한, 최소 거리(d1)는 두 분할 영역(211)의 가장 가까운 가장자리의 사이의 거리일 수 있다.
[계산식 4]
ε = σ+ α
여기서, σ는 로그-노말 쉐도우잉(Log-normal shadowing) 편차[dB], α는 추가적 보상값[dB]임
추가적 보상값(α)은 추가적인 신호 감쇠를 보상할 수 있다. 추가적 보상값(α)은 "0"의 초기값을 가질 수 있다. 제 2 그래프(232)가 추출되지 않을 때, 추정 위치 산출부(231)는 추가적 보상값(α)을 2 dB씩 증가시키면서 제 2 그래프(232)를 추출할 수 있다. 즉, 추정 위치 산출부(231)는 하기 [계산식 5]에 따라 유사도를 판단할 수 있다.
[계산식 5]
α = 2n (여기서, n은 0을 포함하는 자연수)
도 12 내지 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 가능 분할 영역을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 14를 참조하면, 사용자 단말(100)은 실내 공간(11)에 대응하여 구획된 분할 영역(211) 중 어느 하나에 배치될 수 있다. 사용자 단말(100)은 재난 상황 발생 시, 실내 공간(11) 내에서 이동될 수 있다.
도 13을 참조하면, 메모리부(210)는 기 설정된 이동 가능 경로 정보(213)를 저장하여 관리할 수 있다. 이동 가능 경로 정보(213)는 분할 영역(211)의 중심(212)들을 잇는다. 또한, 이동 가능 경로 정보(213)는 실내 공간(11) 내부의 벽(12)과 출입문 등을 고려하여 생성될 수 있다. 즉, 이동 가능 경로 정보(213)는 사람들이 이동 가능한 경로를 따라 분할 영역(211)의 중심(212)을 잇는다.
도 7, 도 12 내지 14를 참조하면, 사용자 단말(100)은 계속적 반복적으로 이동 속도 및 무선 신호 세기(S1)를 중앙 서버(200)에 제공할 수 있다. 중앙 서버(200)의 이동 위치 산출부(233)는 이동 속도(v)에 따라 결정되는 사용자 단말의 분할 영역 이동 개수(ha)와 이동 가능 경로 정보를 기초로 이동 가능 분할 영역을 산출할 수 있다(S130).
여기서, 사용자 단말(100)의 분할 영역 이동 개수(ha)는 이동 속도(v)에 따라 사용자 단말(100)이 이동 가능한 분할 영역의 개수를 의미한다. 분할 영역 이동 개수(ha)는 하기 [계산식 6]에 의해 계산될 수 있다.
[계산식 6]
ha = x 보다 작지 않은 최소 정수,
여기서, x = ((τ*v)/L)), L은 상기 분할 영역(211)의 중심(212)간 거리[m] 또는 분할 영역(211)의 변의 길이[m], τ는 위치 추정부(230)에 의해 사용자 단말(100)의 위치를 반복적으로 추정하는 주기(이에 대한 자세한 설명은 후술함).
예컨대, 사용자 단말(100)은 일 분할 영역(211)에 배치될 수 있다. 분할 영역 이동 개수(ha)가 2인 경우, 사용자 단말(100)은 일 분할 영역(211)으로부터 이동 가능 경로 정보(213)를 따라 2번 이동하여 타 분할 영역(211)으로 이동할 수 있다. 이동 위치 산출부(233)는 다수의 사용자 단말(100)들 마다 이동 가능 분할 영역(234)을 산출할 수 있다. 이와 같은 방법으로 이동 위치 산출부(233)는 이동 가능 분할 영역(234)을 산출할 수 있다.
도 15는 도 1에 도시된 필터링부(235)에 의한 필터링을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 7 및 15를 참조하면, 필터링부(235)는 필터링을 수행할 수 있다(도 7의 S140). 이를 위해, 필터링부(235)는 추정 위치 산출부(231)와 이동 위치 산출부(233)로부터 각각 제 2 그래프(232)와 이동 가능 분할 영역(234)을 제공 받을 수 있다(S300). 필터링부(235)는 제 2 그래프(232)가 이동 가능 분할 영역(234)에 포함되는지 판단한다(S310). 일 실시 예로, 필터링부(235)는 제 2 그래프(232)의 각 꼭짓점과 이에 대응하는 이동 가능 분할 영역(234)을 비교할 수 있다.
필터링부(235)는 이동 가능 분할 영역(234)을 벗어나는 제 2 그래프(232)를 삭제할 수 있다(S320). 일 실시 예로, 제 2 그래프(232)의 꼭짓점 중 어느 하나라도 이동 가능 분할 영역(234)을 벗어나면, 필터링부(235)는 해당 제 2 그래프(232)를 삭제할 수 있다. 반면, 이동 가능 분할 영역(234)을 만족하는 제 2 그래프(232)는 메모리부(210)에 저장할 수 있다(S330).
또한, 필터링부(235)는 저장된 제 2 그래프(232)가 2개 이상인지 판단할 수 있다(S340). 제 2 그래프(232)가 1개인 경우, 필터링부(235)는 필터링을 종료할 수 있다. 이 경우, 중앙 서버(200)는 제 2 그래프(232)에 따른 사용자 단말(100)의 위치를 사용자 단말(100)에 제공할 수 있다. 즉, 필터링부(235)는 제 2 그래프(235)의 꼭짓점이 속하는 분할 영역(211)을 사용자 단말(100)의 위치로 산출할 수 있다.
만약 제 2 그래프(232)가 2개 이상인 경우, 위치 추정부(230)는 사용자 단말(100)로부터 제공된 신호를 기초로 다시 사용자 단말(100)의 위치를 추정할 수 있다(S350). 한편, 제 2 그래프(232)를 저장한 후, 제 2 그래프(232)가 2개 이상인지 판단(S340)하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 제 2 그래프(232)의 저장 없이 판단할 수 있다.
도 7 및 15를 참조하면, 필터링에 따라 1개 이상의 제 2 그래프(232)가 산출되는 경우, 위치 추정부(230)는 다시 사용자 단말(100)의 위치를 추정한다(도 7의 S150). 즉, 위치 추정부(230)는 소정의 주기(τ)에 따라 반복적으로 사용자 단말(100)의 위치를 추정할 수 있다. 위치 추정부(230)는 하나의 제 2 그래프(232)가 산출될 때까지 반복적으로 사용자 단말(100)의 위치를 추정할 수 있다.
위치 추정부(230)는 필터링에 따라 하나의 제 2 그래프(232)가 산출되는 경우, 필터링부(235)는 제 2 그래프(232)의 꼭짓점들이 속한 분할 영역(211)들을 사용자 단말(100)의 위치로 추정할 수 있다.
또한, 위치 추정부(230)는 필터링에 따라 2 이상의 제 2 그래프(232)가 산출되는 경우, 다시 사용자 단말(100)로부터 신호를 제공받아 사용자 단말(100)의 위치를 추정할 수 있다. 이 경우, 위치 추정부(230)는 이전 주기에 산출된 제 2 그래프(232)를 기준으로 사용자 단말(100)의 이동을 고려하여 사용자 단말(100)의 위치를 추정할 수 있다. 이에 의해, 사용자 단말(100)의 위치 추정 시간 및 정확도가 향상될 수 있다.
도 16 내지 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내 위치 추정 시스템(10)과 종래 기술을 비교한 참조 도면이다.
도 16을 참조하면, S10 내지 S50 곡선은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내 위치 추정 시스템(10)에 따른 성능 곡선이다. S60 곡선과 S70 곡선은 종래 기술에 따른 성능 곡선이다. 본 실험은 분할 영역의 개수(K)가 30일 때에 수행되었다. S10 곡선, S30 내지 S50 곡선은 사용자 단말의 개수(M)가 분할 영역의 개수(K) 보다 작을 때의 실험 결과이다. 이를 살펴보면, 사용자 단말의 개수가 증가할수록, 사용자 단말의 위치가 더 빠르게 추정됨을 알 수 있다. S 20 곡선의 경우, 100 개의 단말기를 20개의 단말기로 그룹핑하여 수행된 실험 결과이다. 20개의 단말기로 수행한 S20의 곡선과 유사한 성능을 보여준다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내 위치 추정 시스템(10)는 종래 기술에 비해 매우 빠른 사용자 단말의 위치 추정 성능을 발휘할 수 있다.
도 17은 모든 사용자 단말의 위치를 추정하는데 소요된 시간에 대한 통계를 나타낸다. 여기서, 노드(nodes)의 개수는 사용자 단말의 개수(M)를 나타낸다. "Mean"은 사용자 단말의 위치를 추정하는데 소요된 시간의 평균을 나타낸다. "Std."은 사용자 단말의 위치를 추정하는데 소요된 시간의 표준 편차를 나타낸다. "Failure ratio"는 60초 이내에 사용자 단말의 위치를 찾지 못하는 비율을 나타낸다. "AFAL" 및 "TM(Trajectory matching)"은 종래에 기술에 따른 앵커 독립적 실내 위치 추정 기술을 나타낸다. 도 17과 같이, 본 발명(Proposed scheme)의 일 실시 예는 종래 기술(AFAL, TM) 보다 빠르게 모든 사용자 단말의 위치를 추정할 수 있음을 알 수 있다. 또한, "Failure ratio"의 경우, 본 발명(Proposed scheme)의 일 실시 예는 99% 이상의 확률로 1분 이내에 모든 사용자 단말의 위치를 추정할 수 있다.
도 18은 사용자 단말의 위치 추정에 대한 정확도를 통계적으로 나타낸다.
"Total error"는 사용자 단말의 위치 추정 중 잘 못 추정된 위치의 비율을 나타낸다. "Critical error"는 잘 못 추정된 사용자 단말의 위치 중 정확도 매우 떨어지는 위치의 비율을 나타낸다. 본 발명(Proposed scheme)의 일 실시 예는 종래 기술(AFAL, TM) 보다 오차의 비율이 낮음을 확인할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (8)

  1. 실내 공간에 위치하는 복수의 사용자 단말과 중앙 서버를 포함하는 실내 위치 추정 시스템에 있어서,
    상기 사용자 단말은,
    상기 사용자 단말의 이동 속도를 산출하는 이동 속도 산출부; 및
    상기 사용자 단말들간 무선 신호 세기를 산출하는 무선 신호 세기 산출부를 포함하며,
    상기 중앙 서버는,
    상기 실내 공간을 격자 형태의 다수의 분할 영역으로 분할하고, 상기 분할 영역간 거리에 따른 기 설정된 평균 무선 신호 세기 정보와, 상기 사용자 단말의 이동 가능한 경로로 상기 분할 영역들의 중심을 잇는 기 설정된 이동 가능 경로 정보를 관리하는 메모리부; 및
    상기 사용자 단말의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하며,
    상기 위치 추정부는,
    상기 평균 무선 신호 세기 정보와 상기 무선 신호 세기를 기초로 상기 사용자 단말들의 추정 위치를 꼭짓점으로 하는 적어도 하나의 그래프를 산출하는 추정 위치 산출부;
    상기 이동 가능 경로 정보와 상기 이동 속도를 기초로 상기 사용자 단말의 이동 가능 분할 영역을 산출하는 이동 위치 산출부; 및
    상기 이동 가능 분할 영역을 벗어나는 상기 그래프를 제거하는 필터링을 수행하고, 상기 이동 가능 분할 영역에 포함되는 그래프를 기준으로 상기 사용자 단말의 위치를 추정하는 필터링부를 포함하는 실내 위치 추정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 평균 무선 신호 세기 정보는 상기 평균 무선 신호 세기(S2)들을 변들로 하고, 상기 분할 영역의 개수(K)를 꼭짓점(vertex)의 개수로 하는 제 1 그래프를 포함하며,
    상기 추정 위치 산출부는,
    상기 평균 무선 신호 세기(S2)와 상기 무선 신호 세기(S1)의 유사도 판단에 따라 상기 사용자 단말의 개수(M)를 꼭짓점의 개수로 하는 적어도 하나의 제 2 그래프를 상기 제 1 그래프로부터 추출하는 실내 위치 추정 시스템(여기서, M < K 이고, 상기 꼭짓점은 상기 분할 영역의 중심임).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 추정 위치 산출부는,
    하기 [계산식 1] 내지 [계산식 4] 에 의해 상기 유사도를 판단하는 실내 위치 추정 시스템.
    [계산식 1]
    S1 = S2, {if δ1 < (S2 - S1) < δ2 and S1 ≠ -∞}
    여기서, δ1는 최소 임계값, δ2는 최대 임계값이며, S1 = -∞ 일 때 상기 사용자 단말간 무선 통신이 불가능함을 의미
    [계산식 2]
    δ1 = max(0, 10*γ*log(d1)) - 10*γ*log(d2) - ε
    여기서, γ는 경로 손실 지수, d1은 상기 다수의 분할 영역 중 어느 하나와다른 하나 사이의 최소 거리, d2는 상기 다수의 분할 영역 중 어느 하나의 중심과 다른 하나의 중심 사이의 거리, ε은 보상값임
    [계산식 3]
    δ2 = 10*γ*log(d3) - 10*γ*log(d2) + ε
    여기서, d3는 상기 다수의 분할 영역 중 어느 하나와 다른 하나 사이의 최대 거리임
    [계산식 4]
    ε = σ+ α
    여기서, σ는 로그-노말 쉐도우잉(Log-normal shadowing) 편차, α는 추가적 보상값임
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 추정 위치 산출부는,
    하기 [계산식 5]에 따라 상기 추가적 보상값(α)을 증가시켜 상기 유사도를 판단하는 실내 위치 추정 시스템.
    [계산식 5]
    α = 2n (여기서, n은 0을 포함하는 자연수)
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 위치 추정부는 소정의 주기(τ)에 따라 반복적으로 상기 사용자 단말의 위치를 추정하되,
    상기 필터링에 따라 하나의 상기 제 2 그래프가 산출되는 경우, 상기 필터링부는 상기 제 2 그래프의 꼭짓점들이 속한 상기 분할 영역들을 상기 사용자 단말의 위치로 추정하며,
    상기 필터링에 따라 2 이상의 상기 제 2 그래프가 산출되는 경우, 상기 위치 추정부는 다시 상기 사용자 단말의 위치를 추정하는 실내 위치 추정 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이동 위치 산출부는 상기 이동 속도(v)에 따라 결정되는 상기 사용자 단말의 분할 영역 이동 개수(ha)와 상기 이동 가능 경로 정보를 기초로 상기 이동 가능 분할 영역을 산출하며,
    상기 분할 영역 이동 개수(ha)는 하기 [계산식 6]에 의해 계산되는 실내 위치 추정 시스템.
    [계산식 6]
    ha = x 보다 작지 않은 최소 정수,
    여기서, x = ((τ*v)/L)), L은 상기 분할 영역의 중심간 거리
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 중앙 서버는 상기 필터링에 따라 산출되는 하나의 상기 제 2 그래프에따른 상기 사용자 단말의 위치를 상기 사용자 단말에 제공하는 실내 위치 추정 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자 단말의 개수(M)가 상기 분할 영역의 개수(K) 보다 클 경우, 상기 사용자 단말 중 적어도 일부가 그룹화된 상기 사용자 단말의 그룹핑 개수(Mg)를 상기 분할 영역의 개수(K) 보다 작게 하는 사용자 단말 그룹핑부를 더 포함하는 실내 위치 추정 시스템.
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