WO2022158632A1 - 리버스 tdoa 기반의 측위 방법 및 시스템 - Google Patents

리버스 tdoa 기반의 측위 방법 및 시스템 Download PDF

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WO2022158632A1
WO2022158632A1 PCT/KR2021/001264 KR2021001264W WO2022158632A1 WO 2022158632 A1 WO2022158632 A1 WO 2022158632A1 KR 2021001264 W KR2021001264 W KR 2021001264W WO 2022158632 A1 WO2022158632 A1 WO 2022158632A1
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WO
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anchor
master
slave
anchors
clock
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/001264
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English (en)
French (fr)
Inventor
김지성
Original Assignee
주식회사 지오플랜
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a reverse TDoA-based positioning method and system.
  • RTLS Real-Time Locating System
  • RFID Radio Frequency Identification
  • wireless LAN wireless LAN
  • an RTLS transmitter eg, an RFID tag
  • the RTLS receiver eg, RFID reader
  • ID unique identifier
  • RTLS provides a location service for things by collecting, storing, processing, and tracking unique identifiers after being collected by the RTLS receiver.
  • the RTLS receiver recognizes the location of the RTLS transmitter by using location information including the signal strength and signal arrival time and signal reception direction according to the radio wave reception of the RTLS transmitter in order to determine the location of the RTLS transmitter.
  • the RTLS receiver In order to locate the RTLS transmitter, the RTLS receiver is required to be synchronized to a precise standard time, but there is a problem with the nanoscale error range so far.
  • each of a plurality of slave anchors communicating with a master anchor configured for each single cell locally clocks itself based on the master synchronization signal.
  • An object of the present invention is to provide a reverse TDoA-based positioning method and system that synchronizes information with a master anchor and calculates a position of a tag based on a time difference between synchronization signals received from a plurality of master anchors and slave anchors in the tag.
  • a master anchor for wirelessly broadcasting a clock synchronization signal (Clock Sync Signal) to the surrounding cell unit (Master Anchor); a slave anchor receiving the clock synchronization signal from the master anchor and locally synchronizing clock information with the master anchor based on the clock synchronization signal; Calculate a temporal difference value of the reception time of the clock synchronization signal received from the plurality of master anchors and the slave anchors, extract coordinate information included in the clock synchronization signal, and combine the difference value and the coordinate information a tag that calculates a location based on it; and a location engine that converts the difference value into an offset value and then synchronizes the difference value between master anchors of different cells based on the offset value.
  • a clock synchronization signal Lock Sync Signal
  • a tag calculates a temporal difference in reception time of the clock synchronization signals received from the plurality of master anchors and the slave anchors, extracts coordinate information included in the clock synchronization signal, and the difference value and calculating a location based on the coordinate information;
  • Reverse TDoA-based positioning method comprising: provides
  • local master synchronization It has the effect of synchronizing the clock information with the master anchor by itself based on the signal, and calculating the position of the tag based on the time difference between the synchronization signals received from the plurality of master anchors and the slave anchors in the tag.
  • UWB Ultra-Wideband
  • RTLS Real-Time Locating System
  • FIG. 1 is a diagram illustrating wireless synchronization between a master and a slave according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the calculation of coordinates of a tag by performing a TDoA operation according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the calculation of coordinates of a tag by performing a reverse TDoA operation according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a reverse TDoA-based positioning method according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a wireless synchronization system according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating operations of a master anchor, a slave anchor, and a multi-slave anchor according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a wireless synchronization method according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a wired synchronization concept according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a wired/wireless hybrid synchronization system according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating wireless synchronization between a master and a slave according to the present embodiment.
  • the master anchor 110 and the slave anchors 120 and 130 perform synchronization.
  • the master anchor 110 transmits a clock synchronization signal to the slave anchors 120 and 130 .
  • the slave anchors 120 and 130 are synchronized based on the clock synchronization signal received from the master anchor 110 , so that the slave anchors 120 and 130 have the same time information as the master anchor 110 .
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the calculation of coordinates of a tag by performing a TDoA operation according to the present embodiment.
  • the master anchor 110 and the slave anchors 120 and 130 perform synchronization.
  • the master anchor 110 transmits a clock synchronization signal to the slave anchors 120 and 130 .
  • the slave anchors 120 and 130 are synchronized based on the clock synchronization signal received from the master anchor 110 , so that the slave anchors 120 and 130 have the same time information as the master anchor 110 .
  • the master anchor 110 transmits a clock synchronization signal to the tag 210 .
  • the slave anchors 120 and 130 transmit the clock synchronization signal to the tag 210 after performing synchronization based on the clock synchronization signal received from the master anchor 110 .
  • the tag 210 calculates a difference in reception times of clock synchronization signals respectively received from the plurality of master anchors 110 and the slave anchors 120 and 130 using a Time Difference Of Arrival (TDOA) algorithm.
  • TDOA Time Difference Of Arrival
  • the master anchor 110 transmits the clock synchronization signal to the slave anchors 120 and 130 and the tag 210, a sequence is included in the packet.
  • the master anchor 110 transmits the clock synchronization signal including the sequence in the packet to the slave anchors 120 and 130 and the tag 210 every 100 ms.
  • the slave anchor A 120 receives the clock synchronization signal including the sequence from the master anchor 110, synchronizes its own time with the master anchor 110, and then synchronizes the clock including the TDoA packet with the plurality of tags 210. transmit a signal
  • the slave anchor B 130 After receiving the clock synchronization signal including the sequence from the master anchor 110, the slave anchor B 130 synchronizes its own time with the master anchor 110, and then synchronizes the clock including the TDoA packet with a plurality of tags 210. transmit a signal
  • the time information transmitted by each slave anchor is also included in the packet based on the time information received from the master anchor 110. make it When the slave anchor A 120 and the slave anchor B 130 transmit the clock synchronization signal to the tag 210, GPS information of the corresponding anchor is also included.
  • the tag 210 receives the TDoA packet included in the three or more clock synchronization signals received from the plurality of master anchors 110 and the slave anchors 120 and 130 .
  • the tag 210 calculates coordinates of the tag by applying an Offset value based on the master reference to time information of the same sequence in the TDoA packet, and performing TDoA operation using the arrival time difference in the tag 210 .
  • the tag 210 performs reverse TDoA by receiving signals received from the synchronized master anchor 110 and slave anchors 120 and 130 .
  • the tag 210 is synchronized with the master anchor 110 and the slave anchors 120 and 130 using wired/wireless synchronization technology.
  • the master anchor 110 transmits the clock synchronization signal to the slave anchors 120 and 130 and the tag 210 by including a sequence in the clock synchronization signal.
  • the slave anchors 120 and 130 transmit (Tx) UWB signals in the same sequence received from the master anchor 110 .
  • Tx time UWB signals
  • the slave anchors 120 and 130 are included in the transmission packet as reference coordinates of the anchor based on GPS location information.
  • the tag 210 After receiving the clock synchronization signal from the slave anchors 120 and 130, the tag 210 receives the clock synchronization signals respectively from the plurality of master anchors 110 and the slave anchors 120 and 130 using a TDOA (Time Difference Of Arrival) algorithm. Calculate the difference in reception time.
  • the tag 210 positions the tag 210 by performing triangulation using the reference coordinates of each anchor mapped to the clock synchronization signal.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the calculation of coordinates of a tag by performing a reverse TDoA operation according to the present embodiment.
  • the master anchor 110 and the slave anchors 120 and 130 map clock synchronization information and GPS information to the tag 210 .
  • the tag 210 calculates the position of the tag 210 by inversely calculating the GPS after receiving the GPS information together with the corresponding protocol.
  • the tag 210 synchronizes with the master anchor 110 and the slave anchors 120 and 130, and uses a TDOA (Time Difference Of Arrival) algorithm to synchronize the clocks received from the plurality of master anchors 110 and the slave anchors 120 and 130, respectively. Calculate the difference between the signal reception times.
  • TDOA Time Difference Of Arrival
  • the tag 210 receives three or more TDoA packets of the same sequence. In other words, the tag 210 receives TDoA packets from three or more master anchors 110 and slave anchors 120 and 130 .
  • the tag 210 positions the tag 210 based on Equation 1 based on three or more clock synchronization signals received from the plurality of master anchors 110 and the slave anchors 120 and 130 .
  • c is the speed of light in vacuum (m/sec).
  • the tag 210 implements the TDoA method in the reverse direction to perform wireless synchronization with the master anchor 110 and the slave anchors 120 and 130 . After receiving clock synchronization information from the master anchor 110 and the slave anchors 120 and 130 , the tag 210 calculates the position of the tag 210 using the clock synchronization information.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a reverse TDoA-based positioning method according to the present embodiment.
  • the tag 210 performs synchronization with the master anchor 110 and the slave anchors 120 and 130 in order to perform the reverse TDoA (S410).
  • the tag 210 starts TDoA Blink transmission (Tx) (S420).
  • the tag 210 checks whether three or more TDoA signals are received (S430). As a result of checking in step S430 , when three or more TDoA signals are received, the tag 210 performs a TDoA operation. As a result of checking in step S430, if three or more TDoA signals are not received, the tag 210 waits for the TDoA signal.
  • steps S410 to S430 are sequentially executed in FIG. 4
  • the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 4 is not limited to a time-series order.
  • the reverse TDoA-based positioning method according to the present embodiment described in FIG. 4 may be implemented as a program and recorded in a computer-readable recording medium.
  • a program for implementing the reverse TDoA-based positioning method according to the present embodiment is recorded and a computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a wireless synchronization system according to the present embodiment.
  • the wireless synchronization system includes a clock generator 510 , a multi-cell synchronization setting device 520 , a location engine 530 , a master anchor, a slave anchor, and a multi-slave anchor.
  • Components included in the wireless synchronization system are not necessarily limited thereto.
  • Master anchor, slave anchor, and multi-slave anchor are receivers and precisely synchronize the clocks via wired or wireless.
  • the master anchor, the slave anchor, and the multi-slave anchor perform precise synchronization in pico units using the clock information and the synchronization signal received from the clock generator 510 .
  • n master anchors are required for each cell.
  • a master anchor is configured together with a multi-slave anchor.
  • the clock generator 510 generates clock information and a synchronization signal of a wireless ultra-wideband (UWB) band.
  • the clock generator 510 transmits clock information and a sync signal to the master anchor connected by a LAN cable.
  • UWB wireless ultra-wideband
  • the location engine 530 has a wireless synchronization method that accurately calculates the generated delay and reflects it to the offset.
  • the location engine 530 collects the time difference of the multi-slave anchors to generate an offset value to synchronize all the master anchors.
  • the location engine 530 converts the difference value received from the master anchors of different cells from the multi-slave anchors into an offset value form, and then synchronizes the deviation values between the master anchors of different cells to the same value.
  • the location engine 530 synchronizes the clocks of the other master anchors based on the reference master anchor among the master anchors of different cells by using the offset value. That is, the location engine 530 equally synchronizes the deviations of the master anchors of different cells based on the difference values received from the multi-slave anchors.
  • the location engine 530 synchronizes the clocks of the other master anchors based on the reference master anchor among the difference values received from the plurality of multi-slave anchors.
  • the location engine 530 When the location engine 530 receives the difference value between the master anchors of different cells from the multi-slave anchors and generates the offset value, the offset value is generated by cumulatively reflecting the difference value between the master anchors of different cells received thereafter. . In other words, the location engine 530 synchronizes the deviation values of the master anchors of different cells that are not adjacent to the reference master anchor to the same value. Since the location engine 530 accumulates and generates offset values, all master anchors have the same clock.
  • the location engine 530 creates a Time Sync Tree Map.
  • the location engine 530 may configure a separate tab next to the anchor list on the time synchronization tree map to express only the master in a tree form.
  • the location engine 530 may be set in the order of master anchor B ⁇ master anchor C ⁇ master anchor A in the time synchronization tree map, and calculates in the final pico unit by summing the differences at the final end.
  • the location engine 530 manages the cell time difference between the master anchor A and the master anchor B, calculates the time difference of the tag reception time, and calculates it as a single time zone.
  • the location engine 530 applies standard time information for positioning a tag in one same time zone in the case of a multi-cell (multi-master).
  • the location engine 530 calculates the standard time by adding up all the time differences from the upper-connected master anchors in the case of multi-cells of two or more stages, and managing the time difference. For example, the location engine 530 calculates a value obtained by adding the difference value between the master anchor A and the master anchor C and the difference value between the master anchor C and the master anchor B as the standard time of the area B.
  • the location engine 530 converts the difference value into an offset value, and then synchronizes the deviation value between the master anchors of different cells based on the offset value.
  • the location engine 530 synchronizes the clocks of the other master anchors with respect to a master source anchor serving as a reference among master anchors of different cells by using the offset value.
  • the location engine 530 generates an offset value based on the difference value received from the multi-slave anchors, and then updates the offset value by cumulatively reflecting the difference value newly received from the multi-slave anchors of other cells.
  • the location engine 530 synchronizes the deviation values of the master anchors of different cells that are not adjacent to the same value based on the accumulated offset values.
  • the location engine 530 generates a time synchronization tree map including a master anchor, a slave anchor, and a multi-slave anchor, and configures a separate tab next to the anchor list on the time synchronization tree map to tree only the master anchor. expressed in the form
  • the multi-cell synchronization setting apparatus 520 configures any one of a plurality of slave anchors as a multi-slave anchor on a cell-by-cell basis.
  • the multi-cell synchronization setting device 520 sets the master anchor to at least two or more communicating with the multi-slave anchor.
  • the multi-cell synchronization setting device 520 determines a master source anchor as a reference among at least two or more master anchors communicating with the multi-slave anchors.
  • the multi-cell synchronization setting device 520 determines the communication order of the master anchor for each single cell. Thereafter, the multi-cell synchronization setting device 520 may automatically set according to the communication order of the master anchors at the moment when the multi-slave anchors set at least two or more master anchors to communicate with. The multi-cell synchronization setting device 520 sets at least two or more master anchors that communicate with the multi-slave anchors, and when determining a master source anchor as a reference, reverse the master according to the order of the master source anchors. After calculating the communication order of the anchor, it is confirmed to the user.
  • the master anchor includes a master anchor A 610 , a master anchor B 620 , and a master anchor C 630 .
  • the master anchor wirelessly broadcasts a clock sync signal to the surroundings on a cell-by-cell basis.
  • the master anchor transmits clock information and synchronization signals to a plurality of slave anchors existing in a single cell.
  • a plurality of master anchors in a single cell establish a communication multi-slave anchor.
  • the slave anchor is output by synchronizing the time stamp with the clock of the master anchor.
  • the slave anchors are: Slave Anchor A1 (612), Slave Anchor A2 (614), Slave Anchor A3 (616), Slave Anchor B1 (622), Slave Anchor B2 (624), Slave Anchor B3 (626), Slave Anchor C1 (632) ), including a slave anchor C2 (634), a slave anchor C3 (636), and a slave anchor C4 (638).
  • a specific slave anchor When a specific slave anchor has a synchronization error, it can be transmitted to the corresponding master anchor and server.
  • the slave anchors time-series receive synchronization signals from the master anchors in a preset time period (eg, 200ms). may cause an error notification.
  • the slave anchor calculates the time difference in hardware using the time it receives clock information from the master anchor for each single cell, and calculates the arrival time for the TDOA operation received from the transmitter (tag) to the location engine 530 based on the master anchor. send.
  • the multi-slave anchors receive clock information from at least two or more master anchors, and transmit a time difference between clock information received from the two master anchors to the location engine 530 .
  • the slave anchor receives the clock synchronization signal from the master anchor and synchronizes the clock information with the master anchor locally based on the clock synchronization signal.
  • the slave anchor generates local time sync data based on the clock sync signal and then applies the local time sync data to match the clock to the master anchor's clock.
  • the slave anchor When the slave anchor receives the tag event from the tag, it applies the local time synchronization data to match the clock to the master anchor clock, and then transmits the tag event received from the tag to the location engine 530 .
  • the slave anchor receives a clock synchronization signal from the master anchor at a preset time period, and when the time period is more than a preset threshold, it recognizes that an error has occurred and generates an error alarm to the location engine.
  • the multi-slave anchor includes a multi-slave anchor A (618) and a multi-slave anchor B (628).
  • Multi-slave anchors may receive synchronization signals from master anchors of different cells. That is, the multi-slave anchors process synchronization by receiving signals from two or more master anchors.
  • the multi-slave anchor transmits the difference between the synchronization signals received from the master anchors of different cells to the server.
  • the multi-slave anchors calculate a temporal difference between clock synchronization signals received from the master anchors of different cells and transmit them to the location engine 530 .
  • a multi-slave anchor does not necessarily exist between a single cell and different single cells, and may not exist when seamless operation is required.
  • the multi-slave anchor calculates a temporal difference in reception time of each clock synchronization signal received from a plurality of master anchors on a cell-by-cell basis and transmits it.
  • the multi-slave anchor calculates a difference in reception times of clock synchronization signals respectively received from a plurality of master anchors by using a Time Difference Of Arrival (TDOA) algorithm.
  • TDOA Time Difference Of Arrival
  • a multi-slave anchor communicates with at least two or more master anchors, and registers a master anchor MAC address for the communicating master anchor.
  • the multi-slave anchor automatically determines the communication order with a plurality of communicating master anchors according to the communication order of the master anchor for each single cell.
  • the multi-slave anchor determines the communication order of the master anchor inversely according to the communication order with a master source anchor serving as a reference among a plurality of master anchors that communicate.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating operations of a master anchor, a slave anchor, and a multi-slave anchor according to the present embodiment.
  • the master anchor A 610 transmits the clock synchronization signal to the slave anchor A1 (612), the slave anchor A2 (614), the slave anchor A3 (616), and the multi-slave anchor A (618).
  • the slave anchor A1 (612), the slave anchor A2 (614), the slave anchor A3 (616), and the multi-slave anchor A (618) receive the clock synchronization signal from the master anchor A (610) to the location engine 530. It is not transmitted directly, but is synchronized with the clock of the master anchor A 610 based on its own clock synchronization information.
  • the slave anchor A1 (612), the slave anchor A2 (614), the slave anchor A3 (616), and the multi-slave anchor A (618) are the master anchor A based on the clock synchronization information received from the master anchor A (610). Synchronize the clock with 610.
  • the slave anchor A1 (612), the slave anchor A2 (614), and the slave anchor A3 (616) each apply their own synchronized clocks.
  • the slave anchor A1 (612), the slave anchor A2 (614), and the slave anchor A3 (616) do not need to send the time difference received from the master anchor A (610) to the location engine 530, so the location engine 530 ) can be reduced, and even if the network is cut off, synchronization can be performed stably locally.
  • Multi-slave anchor A (618) calculates a temporal difference between the clock synchronization signals received from the master anchor A (610) and the master anchor C (630), respectively, and transmits it to the location engine (530).
  • the multi-slave anchor A 618 calculates a reception time difference between the clock synchronization signals respectively received from the master anchor A 610 and the master anchor C 630 using a Time Difference Of Arrival (TDOA) algorithm.
  • TDOA Time Difference Of Arrival
  • the master anchor B 620 transmits the clock synchronization signal to the slave anchor B1 622 , the slave anchor B2 624 , the slave anchor B3 626 , and the multi-slave anchor B 628 .
  • Slave anchor B1 (622), slave anchor B2 (624), slave anchor B3 (626), multi-slave anchor B (628) receives the clock synchronization signal from the master anchor B (620) to the location engine (530). It is not transmitted directly, but is synchronized with the clock of the master anchor B 620 based on its own clock synchronization information.
  • the slave anchor B1 (622), the slave anchor B2 (624), the slave anchor B3 (626), and the multi-slave anchor B (628) are the master anchor B based on the clock synchronization information received from the master anchor B (620). Synchronize the clock with 620.
  • the slave anchor B1 (622), the slave anchor B2 (624), and the slave anchor B3 (626) each apply their own synchronized clocks.
  • the slave anchor B1 (622), the slave anchor B2 (624), and the slave anchor B3 (626) do not need to send the time difference received from the master anchor B 620 to the location engine 530, so the location engine 530 ) can be reduced, and even if the network is cut off, synchronization can be performed stably locally.
  • the multi-slave anchor B 628 calculates a temporal difference between the clock synchronization signals received from the master anchor A 610 and the master anchor C 630 , respectively, and transmits it to the location engine 530 .
  • the multi-slave anchor B 628 calculates a reception time difference of the clock synchronization signals respectively received from the master anchor B 620 and the master anchor C 630 using a Time Difference Of Arrival (TDOA) algorithm.
  • TDOA Time Difference Of Arrival
  • the master anchor C (630) transmits the clock synchronization signal to the slave anchors C1 (632), the slave anchors C2 (634), the slave anchors C3 (636), and the slave anchors C4 (638).
  • the slave anchor C1 (632), the slave anchor C2 (634), the slave anchor C3 (636), and the slave anchor C4 (638) receive the clock synchronization signal from the master anchor C (630) directly to the location engine 530. Without transmission, it synchronizes with the clock of the master anchor C 630 based on its own clock synchronization information.
  • the slave anchor C1 (632), the slave anchor C2 (634), the slave anchor C3 (636), and the slave anchor C4 (638) are based on the clock synchronization information received from the master anchor C (630), the master anchor B ( 620) and the clock.
  • Each of the slave anchor C1 ( 632 ), the slave anchor C2 ( 634 ), the slave anchor C3 ( 636 ), and the slave anchor C4 ( 638 ) applies its own synchronized clock to itself.
  • the slave anchor C1 (632), the slave anchor C2 (634), the slave anchor C3 (636), and the slave anchor C4 (638) need to send the time difference received from the master anchor C (630) to the location engine (530). Since there is no , the load on the location engine 530 can be reduced, and even if the network is cut off, synchronization can be stably performed locally.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a wireless synchronization method according to the present embodiment.
  • the multi-cell synchronization setting device 520 checks whether the anchor is set as the master anchor (S710). As a result of checking in step S710, if the anchor is set as the master anchor, the multi-cell synchronization setting apparatus 520 sets the master anchor to generate a clock synchronization signal (S712). The master anchor broadcasts the clock synchronization signal to the slave anchors existing in the vicinity (S714).
  • the multi-cell synchronization setting apparatus 520 checks whether the anchor is set as the multi-slave anchor (S720). As a result of checking in step S720, if the anchor is set as a multi-slave anchor, the multi-cell synchronization setting device 520 registers master anchor MAC addresses for a plurality of master anchors with which the multi-slave anchors communicate (S722) (S722). ). The multi-slave anchors wait for reception of clock synchronization signals from a plurality of master anchors (S724). The multi-slave anchor calculates the time difference of the clock synchronization signal from the plurality of master anchors and transmits it to the location engine 530 (S726).
  • step S720 if the anchor is not set as a multi-slave anchor, the slave anchor waits for reception of a clock synchronization signal from the master anchor (S730).
  • the slave anchor receives a clock synchronization signal from the master anchor (S732).
  • the slave anchor calculates local time synchronization data based on the clock synchronization signal received from the master anchor (S734).
  • the slave anchor applies the local time synchronization data by itself to match the clock with the clock of the master anchor (S736).
  • the slave anchor receives the tag event from the tag (S742).
  • the slave anchor applies the local time synchronization data by itself to match the clock with the clock of the master anchor, and then transmits the tag event received from the tag to the location engine 530 (S744).
  • steps S710 to S744 are sequentially executed in FIG. 7
  • the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 7 is not limited to a time-series order.
  • the wireless synchronization method according to the present embodiment illustrated in FIG. 7 may be implemented as a program and recorded in a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium in which the program for implementing the wireless synchronization method according to the present embodiment is recorded includes all kinds of recording devices in which data readable by the computer system is stored.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a wired synchronization concept according to the present embodiment.
  • the clock generator 510 generates a clock at a preset period and transmits it to the master anchor B 620 .
  • the master anchor B 620 periodically transmits a clock signal for synchronization to the master anchor C 630 .
  • the master anchor C 630 sets the offset value to 0 while resetting the timer while receiving the clock signal.
  • the multi-cell synchronization setting device 520 provides a synchronization function with one cable rather than a separate cable for wired synchronization by mounting a communication function and a starter function on one CAT5E cable.
  • the multi-cell synchronization setting device 520 uses the CAT5E international standard standard 1, 2, 3, and 6 preferred lines for communication.
  • the multi-cell synchronization setting device 520 synchronizes the anchors in pico units accurately by providing synchronization signals to No. 4, 5, and clock information to No. 7 and 8, which are spare signal lines in the CAT5E cable.
  • the master anchor and slave anchor are also equipped with a clock generator function to provide clock information and synchronization signals to other slave anchors to enable self-wired synchronization.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a wired/wireless hybrid synchronization system according to the present embodiment.
  • the multi-cell synchronization setting device 520 provides hybrid synchronization in which wired and wireless synchronization functions are integrated.
  • wired synchronization In the case of wireless synchronization, Line of Sight (LOS) must be guaranteed.
  • radio capacity There is a limitation in radio capacity as much as the corresponding UWB channel for radio synchronization is used.
  • wired synchronization there is no need to calculate the time difference in the location engine 530, so the precision is high and the operation load of the engine is reduced.
  • each of the plurality of single cells wirelessly synchronizes the clocks of the slave anchors locally.
  • the master anchor A 610 transmits the clock synchronization signal to the slave anchor A1 (612), the slave anchor A2 (614), the slave anchor A3 (616), and the multi-slave anchor A (618).
  • the slave anchor A1 (612), the slave anchor A2 (614), the slave anchor A3 (616), and the multi-slave anchor A (618) receive the clock synchronization signal from the master anchor A (610) to the location engine 530. It is not transmitted directly, but is synchronized with the clock of the master anchor A 610 based on its own clock synchronization information.
  • the slave anchor A1 (612), the slave anchor A2 (614), the slave anchor A3 (616), and the multi-slave anchor A (618) are the master anchor A based on the clock synchronization information received from the master anchor A (610). Synchronize the clock with 610.
  • the slave anchor A1 (612), the slave anchor A2 (614), and the slave anchor A3 (616) each apply their own synchronized clocks.
  • the slave anchor A1 (612), the slave anchor A2 (614), and the slave anchor A3 (616) do not need to send the time difference received from the master anchor A (610) to the location engine 530, so the location engine 530 ) can be reduced, and even if the network is cut off, synchronization can be performed stably locally.
  • Multi-slave anchor A (618) calculates a temporal difference between the clock synchronization signals received from the master anchor A (610) and the master anchor C (630), respectively, and transmits it to the location engine (530).
  • the multi-slave anchor A 618 calculates a reception time difference between the clock synchronization signals respectively received from the master anchor A 610 and the master anchor C 630 using a Time Difference Of Arrival (TDOA) algorithm.
  • TDOA Time Difference Of Arrival
  • the master anchor B 620 transmits the clock synchronization signal to the slave anchor B1 622 , the slave anchor B2 624 , the slave anchor B3 626 , and the multi-slave anchor B 628 .
  • Slave anchor B1 (622), slave anchor B2 (624), slave anchor B3 (626), multi-slave anchor B (628) receives the clock synchronization signal from the master anchor B (620) to the location engine (530). It is not transmitted directly, but is synchronized with the clock of the master anchor B 620 based on its own clock synchronization information.
  • the slave anchor B1 (622), the slave anchor B2 (624), the slave anchor B3 (626), and the multi-slave anchor B (628) are the master anchor B based on the clock synchronization information received from the master anchor B (620). Synchronize the clock with 620.
  • the slave anchor B1 (622), the slave anchor B2 (624), and the slave anchor B3 (626) each apply their own synchronized clocks.
  • the slave anchor B1 (622), the slave anchor B2 (624), and the slave anchor B3 (626) do not need to send the time difference received from the master anchor B 620 to the location engine 530, so the location engine 530 ) can be reduced, and even if the network is cut off, synchronization can be performed stably locally.
  • the multi-slave anchor B 628 calculates a temporal difference between the clock synchronization signals received from the master anchor A 610 and the master anchor C 630 , respectively, and transmits it to the location engine 530 .
  • the multi-slave anchor B 628 calculates a reception time difference of the clock synchronization signals respectively received from the master anchor B 620 and the master anchor C 630 using a Time Difference Of Arrival (TDOA) algorithm.
  • TDOA Time Difference Of Arrival
  • the master anchor C (630) transmits the clock synchronization signal to the slave anchors C1 (632), the slave anchors C2 (634), the slave anchors C3 (636), and the slave anchors C4 (638).
  • the slave anchor C1 (632), the slave anchor C2 (634), the slave anchor C3 (636), and the slave anchor C4 (638) receive the clock synchronization signal from the master anchor C (630) directly to the location engine 530. Without transmission, it synchronizes with the clock of the master anchor C 630 based on its own clock synchronization information.
  • the slave anchor C1 (632), the slave anchor C2 (634), the slave anchor C3 (636), and the slave anchor C4 (638) are based on the clock synchronization information received from the master anchor C (630), the master anchor B ( 620) and the clock.
  • Each of the slave anchor C1 ( 632 ), the slave anchor C2 ( 634 ), the slave anchor C3 ( 636 ), and the slave anchor C4 ( 638 ) applies its own synchronized clock to itself.
  • the slave anchor C1 (632), the slave anchor C2 (634), the slave anchor C3 (636), and the slave anchor C4 (638) need to send the time difference received from the master anchor C (630) to the location engine (530). Since there is no , the load on the location engine 530 can be reduced, and even if the network is cut off, synchronization can be stably performed locally.
  • the clock generator 510 generates a clock synchronization signal at a preset period.
  • the master anchor B 620 is connected to the clock generator 510 by wire to receive a clock synchronization signal.
  • the master anchor B 620 synchronizes clock information based on the clock synchronization signal.
  • the master anchor B 620 wirelessly broadcasts a clock synchronization signal to the periphery on a cell-by-cell basis.
  • the slave anchor B1 (622), the slave anchor B2 (624), and the slave anchor B3 (626) receive a clock synchronization signal from the master anchor B (620).
  • the slave anchor B1 622 , the slave anchor B2 624 , and the slave anchor B3 626 locally synchronize clock information with the master anchor B 620 based on the clock synchronization signal.
  • Multi-slave anchor B (628) calculates a first temporal difference value of the reception time of each clock synchronization signal received from the master anchor B (620) and the master anchor C (630) and transmits.
  • the master anchor D (610) is connected to the master anchor A (610) by wire to receive the clock synchronization signal, then synchronizes clock information based on the clock synchronization signal, and wirelessly broadcasts the clock synchronization signal to the surrounding area in units of cells. do.
  • the master anchor E (620) is connected to the master anchor D (610) by wire to receive the clock synchronization signal, then synchronizes clock information based on the clock synchronization signal, and wirelessly broadcasts the clock synchronization signal around the cell unit. do.
  • the slave anchor E1 , the slave anchor E2 , and the slave anchor E3 receive a clock synchronization signal from the master anchor E 620 .
  • the slave anchor E1, the slave anchor E2, and the slave anchor E3 locally synchronize clock information with the master anchor E 620 based on the clock synchronization signal.
  • the multi-slave anchor E 622 calculates and transmits a second temporal difference value of the reception time of the clock synchronization signals respectively received from the master anchor E 620 and the master anchor F 630 .
  • the location engine 530 converts the first difference value and the second difference value into an offset value, and then synchronizes the deviation values between the master anchors of different cells based on the offset value.
  • the clock generator 510 transmits a communication signal using some (No. 1, 2, 3, 6) of the signal lines in the LAN cable connected to the master anchor B 620 .
  • the clock generator 510 transmits a synchronization pulse using some of the remaining spare signal lines (No. 4 and 5) except for the signal lines for transmitting communication signals among the signal lines in the LAN cable.
  • the clock generator 510 transmits clock information using spare signal lines other than a signal line transmitting a communication signal and a signal line transmitting a synchronization pulse among signal lines in the LAN cable.
  • the clock generator 510 transmits all communication signals, synchronization pulses, and clock information through a single LAN cable.
  • the master anchor B 620 and the master anchor D 610 are connected by wire to a section bent at a right angle or a curve between cells.
  • the master anchor D 610 and the master anchor E 620 are connected by wire to a section bent at a right angle or a curve between cells.
  • the master anchor D 610 is connected to the master anchor B 620 by wire to receive a clock synchronization signal, reset a timer, and initialize an offset value to synchronize clock information.
  • the master anchor D 610 is connected to the master anchor B 620 by wire to receive a clock synchronization signal, and then synchronizes clock information based on the clock synchronization signal.
  • the master anchor E 620 is connected to the master anchor D 610 by wire to receive a clock synchronization signal, and then synchronizes clock information based on the clock synchronization signal.
  • the master anchor E 620 wirelessly broadcasts a clock synchronization signal to the periphery on a cell-by-cell basis.
  • the multi-slave anchor E 622 calculates a temporal difference between the clock synchronization signals received from the master anchor E 620 and the master anchor F 630, respectively, and transmits it to the location engine 530.
  • the multi-slave anchor G 642 calculates a temporal difference between the clock synchronization signals received from the master anchor E 620 and the master anchor G 640, respectively, and transmits it to the location engine 530 .

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Abstract

리버스 TDoA 기반의 측위 방법 및 시스템을 개시한다. 본 실시예는 UWB(Ultra-Wideband) 기반 RTLS(Real-Time Locating System)를 위한 유무선 동기를 위해 단일 셀별로 구성된 마스터 앵커와 통신하는 복수의 슬레이브 앵커마다 로컬에서 마스터 동기 신호를 기준으로 자체적으로 클락 정보를 마스터 앵커와 동기화시키며, 태그에서 복수의 마스터 앵커 및 슬레이브 앵커로부터 수신한 동기 신호의 시간차를 기반으로 태그의 위치를 계산하도록 하는 리버스 TDoA 기반의 측위 방법 및 시스템을 제공한다.

Description

리버스 TDOA 기반의 측위 방법 및 시스템
본 발명의 일 실시예는 리버스 TDoA 기반의 측위 방법 및 시스템에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
RTLS(Real-Time Locating System)은 실시간 위치추적 시스템으로서 사람이나 사물의 위치를 특정 기술을 기반으로 실시간으로 확인하는 시스템을 의미한다. RTLS는 RFID(Radio Frequency Identification) 기술이나 무선랜 기술을 이용하여 적용되고 있으며, 사용되는 목적이나 방법에 따라 다양한 분야에 적용 가능하다.
RTLS를 적용하기 위해서는 각 사물에 RTLS 송신기(예컨대, RFID 태그)가 부착된다. RTLS 수신기(예컨대, RFID 리더)는 RTLS 송신기가 부착된 사물의 고유 식별자(ID)를 무선으로 인식한다. RTLS는 RTLS 수신기에서 수집한 이후 고유 식별자를 수집, 저장, 가공, 추적하여 사물에 대한 측위 서비스를 제공한다. 여기서, RTLS 수신기는 RTLS 송신기의 위치를 파악하기 위해, RTLS 송신기의 전파 수신에 따른 신호의 세기와 신호 도착시간 및 신호 수신 방향을 포함하는 위치 정보를 이용하여 RTLS 송신기의 위치를 인식한다.
RTLS 송신기의 위치를 파악하기 위해, RTLS 수신기는 정밀한 표준 시간으로 동기화되도록 요구받지만, 현재까지는 나노 단위 오차 범위를 갖는 문제가 있다.
본 실시예는 UWB(Ultra-Wideband) 기반 RTLS(Real-Time Locating System)를 위한 유무선 동기를 위해 단일 셀별로 구성된 마스터 앵커와 통신하는 복수의 슬레이브 앵커마다 로컬에서 마스터 동기 신호를 기준으로 자체적으로 클락 정보를 마스터 앵커와 동기화시키며, 태그에서 복수의 마스터 앵커 및 슬레이브 앵커로부터 수신한 동기 신호의 시간차를 기반으로 태그의 위치를 계산하도록 하는 리버스 TDoA 기반의 측위 방법 및 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 셀 단위로 주변으로 클락 동기 신호(Clock Sync Signal)를 무선으로 브로드캐스팅하는 마스터 앵커(Master Anchor); 상기 마스터 앵커로부터 상기 클락 동기 신호를 수신하며, 상기 클락 동기 신호를 기준으로 로컬에서 자체적으로 클락 정보를 상기 마스터 앵커와 동기화시키는 슬레이브 앵커(Slave Anchor); 복수의 상기 마스터 앵커 및 상기 슬레이브 앵커로부터 각각 수신된 상기 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 차이값을 계산하고, 상기 클락 동기 신호에 포함된 좌표 정보를 추출하고, 상기 차이값과 상기 좌표 정보를 기반으로 위치를 계산하는 태그(Tag); 및 상기 차이값을 오프셋값으로 변환한 후 상기 오프셋 값을 기반으로 서로 다른 셀의 마스터 앵커 간의 편차값을 동기화시키는 로케이션 엔진(Location Engine);을 포함하는 것을 특징으로 하는 리버스 TDOA 시스템을 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 마스터 앵커(Master Anchor)에서 셀 단위로 주변으로 클락 동기 신호(Clock Sync Signal)를 무선으로 브로드캐스팅하는 과정; 슬레이브 앵커(Slave Anchor)에서 상기 마스터 앵커로부터 상기 클락 동기 신호를 수신하며, 상기 클락 동기 신호를 기준으로 로컬에서 자체적으로 클락 정보를 상기 마스터 앵커와 동기화시키는 과정; 태그(Tag)에서 복수의 상기 마스터 앵커 및 상기 슬레이브 앵커로부터 각각 수신된 상기 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 차이값을 계산하고, 상기 클락 동기 신호에 포함된 좌표 정보를 추출하고, 상기 차이값과 상기 좌표 정보를 기반으로 위치를 계산하는 과정; 로케이션 엔진(Location Engine)에서 상기 차이값을 오프셋값으로 변환한 후 상기 오프셋 값을 기반으로 서로 다른 셀의 마스터 앵커 간의 편차값을 동기화시키는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리버스 TDoA 기반의 측위 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, UWB(Ultra-Wideband) 기반 RTLS(Real-Time Locating System)를 위한 유무선 동기를 위해 단일 셀별로 구성된 마스터 앵커와 통신하는 복수의 슬레이브 앵커마다 로컬에서 마스터 동기 신호를 기준으로 자체적으로 클락 정보를 마스터 앵커와 동기화시키며, 태그에서 복수의 마스터 앵커 및 슬레이브 앵커로부터 수신한 동기 신호의 시간차를 기반으로 태그의 위치를 계산하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 마스터와 슬레이브의 무선 동기를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 TDoA 연산을 수행하여 태그의 좌표를 계산을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 리버스 TDoA 연산을 수행하여 태그의 좌표를 계산을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 리버스 TDoA 기반의 측위 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 무선 동기 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 마스터 앵커, 슬레이브 앵커, 멀티 슬레이브 앵커의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 실시예에 따른 무선 동기 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 실시예에 따른 유선 동기 개념을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 실시예에 따른 유무선 하이브리드 동기화 시스템을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 마스터 앵커
120, 130: 슬레이브 앵커
140: 태그
510: 클락 생성기
520: 멀티셀 동기화 설정장치
530: 로케이션 엔진
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 마스터와 슬레이브의 무선 동기를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 마스터 앵커(110)와 슬레이브 앵커(120,130)는 동기화를 수행한다. 마스터 앵커(110)는 클락 동기 신호를 슬레이브 앵커(120,130)로 전송한다. 슬레이브 앵커(120,130)는 마스터 앵커(110)로부터 수신된 클락 동기 신호를 기반으로 동기화하여 슬레이브 앵커(120,130)들은 마스터 앵커(110)와 동일한 시간정보를 갖는다.
도 2는 본 실시예에 따른 TDoA 연산을 수행하여 태그의 좌표를 계산을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 마스터 앵커(110)와 슬레이브 앵커(120,130)는 동기화를 수행한다. 마스터 앵커(110)는 클락 동기 신호를 슬레이브 앵커(120,130)로 전송한다. 슬레이브 앵커(120,130)는 마스터 앵커(110)로부터 수신된 클락 동기 신호를 기반으로 동기화하여 슬레이브 앵커(120,130)들은 마스터 앵커(110)와 동일한 시간정보를 갖는다.
마스터 앵커(110)는 클락 동기 신호를 태그(210)로 전송한다. 슬레이브 앵커(120,130)는 마스터 앵커(110)로부터 수신된 클락 동기 신호를 기반으로 동기화를 수행한 후 태그(210)로 클락 동기 신호를 전송한다. 태그(210)는 TDOA(Time Difference Of Arrival) 알고리즘을 이용하여 복수의 마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 수신 시간의 차이값을 계산한다.
마스터 앵커(110)는 클락 동기 신호를 슬레이브 앵커(120,130) 및 태그(210)로 전송할 때, 패킷 내에 시퀀스(Sequence)를 포함시킨다. 마스터 앵커(110)는 패킷 내 스퀀스를 포함한 클락 동기 신호를 매 100ms 마다 슬레이브 앵커(120,130) 및 태그(210)로 발신한다.
슬레이브 앵커 A(120)는 마스터 앵커(110)로부터 스퀀스를 포함한 클락 동기 신호를 수신한 후 본인의 시간을 마스터 앵커(110)와 동기한 후 다수의 태그(210)로 TDoA 패킷을 포함한 클락 동기 신호를 전송한다.
슬레이브 앵커 B(130)는 마스터 앵커(110)로부터 스퀀스를 포함한 클락 동기 신호를 수신한 후 본인의 시간을 마스터 앵커(110)와 동기한 후 다수의 태그(210)로 TDoA 패킷을 포함한 클락 동기 신호를 전송한다.
슬레이브 앵커 A(120), 슬레이브 앵커 B(130)는 태그(210)로 클락 동기 신호를 전송할 때 마스터 앵커(110)로부터 수신된 시간 정보를 기준으로 각 슬레이브 앵커가 전송하는 시간 정보도 패킷 내에 포함시킨다. 슬레이브 앵커 A(120), 슬레이브 앵커 B(130)는 태그(210)로 클락 동기 신호를 전송할 때 해당 앵커의 GPS 정보도 포함시킨다.
태그(210)는 복수의 마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)로부터 수신된 3개 이상의 클락 동기 신호에 포함된 TDoA 패킷을 수신한다. 태그(210)는 TDoA 패킷 내의 동일 시퀀스의 시간정보를 마스터 기준으로 오프셋(Offset) 값을 적용하여 태그(210)에서 도달시간차를 이용하여 TDoA 연산을 수행하여 태그의 좌표를 계산한다.
태그(210)는 동기화된 마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)로부터 수신하는 신호를 수신하여 리버스(Reverse) TDoA를 수행한다. 태그(210)는 유무선 동기기술을 이용하여 마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)와 동기화한다. 마스터 앵커(110)는 클락 동기 신호에 시퀀스(Sequence)를 포함시켜서 슬레이브 앵커(120,130) 및 태그(210)로 클락 동기 신호를 전송한다. 슬레이브 앵커(120,130)는 마스터 앵커(110)로부터 수신된 동일한 시퀀스로 UWB 신호를 송신(Tx)한다. 슬레이브 앵커(120,130)는 동기화된 시간을 기준의 클락 동기 신호를 전송할 때 송신 패킷(Packet)에 포함시켜서 전송한다.
슬레이브 앵커(120,130)는 송신 패킷 상에는 GPS 위치 정보를 기반으로 앵커의 기준 좌표로서 포함시킨다. 태그(210)는 슬레이브 앵커(120,130)로부터 클락 동기 신호를 수신한 후 TDOA(Time Difference Of Arrival) 알고리즘을 이용하여 복수의 마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 수신 시간의 차이값을 계산한다. 태그(210)는 클락 동기 신호에 매핑된 각 앵커의 기준 좌표를 이용하여 삼각측량을 수행하여 태그(210)의 위치를 측위한다.
도 3은 본 실시예에 따른 리버스 TDoA 연산을 수행하여 태그의 좌표를 계산을 나타낸 도면이다.
마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)는 클락 동기 정보와 GPS 정보를 매핑하여 태그(210)로 전송한다. 태그(210)는 GPS 정보를 해당 프로토콜에 함께 수신한 후 GPS를 역산하여 태그(210)의 위치를 계산한다.
태그(210)는 마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)와 동기화하고, TDOA(Time Difference Of Arrival) 알고리즘을 이용하여 복수의 마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 수신 시간의 차이값을 계산한다.
태그(210)는 동일 스퀀스의 3개 이상의 TDoA 패킷을 수신한다. 다시 말해, 태그(210)는 3개 이상의 마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)로부터 TDoA 패킷을 수신한다.
태그(210)는 복수의 마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)로부터 수신된 3개 이상의 클락 동기 신호를 기반으로 [수학식 1]을 기반으로 태그(210)의 위치를 측위한다.
Figure PCTKR2021001264-appb-M000001
Figure PCTKR2021001264-appb-I000001
는 앵커 i로부터 태그 A까지의 의사거리(m)를 의미한다.
Figure PCTKR2021001264-appb-I000002
는 진공속에서 빛의 속도 × (GPS 신호의 수신시간 - GPS 신호의 송신 시간)을 의미한다.
c는 진공 속에서 빛의 속도(m/sec)를 의미한다.
Δδ는 GPS 표준시로부터 앵커의 시간편차(δi)=GPS 표준시로부터 수신기의 시간을 의미한다.
태그(210)는 TDoA 방식을 역방향으로 구현하여 마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)와 무선동기화를 수행한다. 태그(210)는 마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)로부터 클락 동기 정보를 수신한 후 클락 동기 정보를 이용하여 태그(210)의 위치를 계산한다.
도 4는 본 실시예에 따른 리버스 TDoA 기반의 측위 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
태그(210)는 리버스 TDoA를 수행하기 위해 마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)와 동기화를 수행한다(S410). 태그(210)는 마스터 앵커(110) 및 슬레이브 앵커(120,130)와 동기화가 완료되면, TDoA 블링크(Blink) 송신(Tx)을 시작한다(S420).
태그(210)는 TDoA 신호가 3개 이상 수신되는지의 여부를 확인한다(S430). 단계 S430의 확인 결과, TDoA 신호가 3개 이상 수신되는 경우, 태그(210)는 TDoA 연산을 수행한다. 단계 S430의 확인 결과, TDoA 신호가 3개 이상 수신되지 않는 경우, 태그(210)는 TDoA 신호를 대기한다.
도 4에서는 단계 S410 내지 단계 S430을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 4에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 4는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이 도 4에 기재된 본 실시예에 따른 리버스 TDoA 기반의 측위 방법은 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 실시예에 따른 리버스 TDoA 기반의 측위 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
도 5는 본 실시예에 따른 무선 동기 시스템을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 무선 동기 시스템은 클락 발생기(Clock Generator)(510), 멀티셀 동기화 설정장치(520), 로케이션 엔진(530), 마스터 앵커, 슬레이브 앵커, 멀티 슬레이브 앵커를 포함한다. 무선 동기 시스템에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
마스터 앵커, 슬레이브 앵커, 멀티 슬레이브 앵커는 수신기로서 유무선으로 정밀하게 클락을 동기화한다. 마스터 앵커, 슬레이브 앵커, 멀티 슬레이브 앵커는 클락 발생기(510)로부터 수신한 클락 정보와 동기 신호를 이용하여 피코(pico) 단위로 정밀하게 동기화를 수행한다.
단일 셀인 경우, 셀 단위로 n개의 마스터 앵커를 필요로 한다. 셀 단위로 마스터 앵커는 멀티 슬레이브 앵커와 함께 구성된다.
클락 발생기(510)는 무선 UWB(Ultra-Wideband) 대역의 클락 정보와 동기 신호를 생성한다. 클락 발생기(510)는 랜 케이블로 연결된 마스터 앵커로 클락(Clock) 정보 및 동기(Sync) 신호를 전송한다.
로케이션 엔진(530)은 발생하는 딜레이를 정확하게 계산하여 오프셋에 반영하여 할 수 있도록 하는 무선 동기화 방식을 갖는다. 로케이션 엔진(530)에서 멀티 슬레이브 앵커의 시간차를 수집하여 오프셋값을 생성하여 전체 마스터 앵커를 동기화시킨다.
로케이션 엔진(530)은 멀티 슬레이브 앵커로부터 서로 다른 셀의 마스터 앵커로부터 수신된 차이값을 오프셋값 형태로 변환한 후 서로 다른 셀의 마스터 앵커 간의 편차값을 동일한 값으로 동기화시킨다. 로케이션 엔진(530)은 오프셋값을 이용하여 서로 다른 셀의 마스터 앵커 중 기준 마스터 앵커를 기준으로 나머지 다른 마스터 앵커의 클락을 동기화시킨다. 즉, 로케이션 엔진(530)은 멀티 슬레이브 앵커로부터 수신된 차이값을 기반으로 서로 다른 셀의 마스터 앵커의 편차를 동일하게 동기화시킨다.
로케이션 엔진(530)은 복수의 멀티 슬레이브 앵커로부터 수신된 차이값을 중 기준 마스터 앵커를 기준으로 나머지 다른 마스터 앵커의 클락을 동기화시킨다.
로케이션 엔진(530)은 멀티 슬레이브 앵커로부터 서로 다른 셀의 마스터 앵커 간의 차이값을 수신하여 오프셋값으로 생성할 때, 이후 수신되는 서로 다른 셀의 마스터 앵커 간의 차이값을 누적 반영하여 오프셋값을 생성한다. 다시 말해, 로케이션 엔진(530)은 기준 마스터 앵커를 기준으로 인접하지 않은 서로 다른 셀의 마스터 앵커의 편차값을 동일한 값으로 동기화시킨다. 로케이션 엔진(530)은 오프셋값을 누적하여 생성하므로 모든 마스터 앵커가 동일한 클락을 갖게 된다.
로케이션 엔진(530)은 타임 동기 트리 맵(Time Sync Tree Map)을 작성한다. 로케이션 엔진(530)은 타임 동기 트리 맵 상에서 앵커 목록 옆에 별도 탭을 구성하여 마스터만 트리 형태로 표현할 수 있다.
예컨대, 로케이션 엔진(530)은 타임 동기 트리 맵에서 마스터 앵커 B → 마스터 앵커 C → 마스터 앵커 A 순서로 설정될 수 있으며, 최종말단에서는 각각의 차이를 합하여 최종 피코(pico) 단위로 계산한다.
로케이션 엔진(530)은 마스터 앵커 A, 마스터 앵커 B의 셀 시간차를 관리하여 태그의 수신 시간을 시간차를 연산하여 단일 시간대로 계산한다. 로케이션 엔진(530)은 멀티 셀(멀티 마스터)의 경우 하나의 동일 시간대로 태그의 위치 측위를 위한 표준 시간 정보로 적용한다.
로케이션 엔진(530)은 2단계 이상의 멀티 셀의 경우에는 상위 연결된 마스터 앵커로부터의 시간차를 전부 합산하여 시간차를 관리하여 표준시간으로 계산한다. 예컨대, 로케이션 엔진(530)은 마스터 앵커 A와 마스터 앵커 C와의 차이값과 마스터 앵커 C와 마스터 앵커 B의 차이값을 가산한 값을 B 영역의 표준시간으로 계산한다.
로케이션 엔진(530)은 차이값을 오프셋값으로 변환한 후 오프셋 값을 기반으로 서로 다른 셀의 마스터 앵커 간의 편차값을 동기화시킨다. 로케이션 엔진(530)은 오프셋값을 이용하여 서로 다른 셀의 마스터 앵커 중 기준이 되는 마스터 소스 앵커(Master Source Anchor)를 기준으로 나머지 다른 마스터 앵커의 클락을 동기화시킨다.
로케이션 엔진(530)은 멀티 슬레이브 앵커로부터 수신된 차이값을 기반으로 오프셋값으로 생성한 후 다른 셀의 멀티 슬레이브 앵커로부터 새롭게 수신되는 차이값을 누적 반영하여 오프셋값을 갱신한다. 로케이션 엔진(530)은 누적된 오프셋값을 기반으로 인접하지 않은 서로 다른 셀의 마스터 앵커의 편차값을 동일한 값으로 동기화시킨다. 로케이션 엔진(530)은 마스터 앵커, 슬레이브 앵커, 멀티 슬레이브 앵커를 포함하는 타임 동기 트리 맵(Time Sync Tree Map)을 생성하고, 타임 동기 트리 맵 상에서 앵커 목록 옆에 별도 탭을 구성하여 마스터 앵커만 트리 형태로 표현한다.
멀티셀 동기화 설정장치(520)는 셀 단위로 복수의 슬레이브 앵커 중 어느 하나를 멀티 슬레이브 앵커로 환경설정(configuration)한다.
멀티셀 동기화 설정장치(520)는 멀티 슬레이브 앵커와 통신하는 적어도 2개 이상으로 마스터 앵커를 설정한다. 멀티셀 동기화 설정장치(520)는 멀티 슬레이브 앵커와 통신하는 적어도 2개 이상으로 마스터 앵커 중 기준이 되는 마스터 소스 앵커(Master Source Anchor)를 결정한다.
멀티셀 동기화 설정장치(520)는 단일 셀별로 마스터 앵커의 통신 순서를 결정한다. 이후 멀티셀 동기화 설정장치(520)는 멀티 슬레이브 앵커가 통신하는 마스터 앵커를 적어도 두 개 이상을 설정하는 순간 마스터 앵커의 통신 순서에 따라 자동으로 설정할 수 있다. 멀티셀 동기화 설정장치(520)는 멀티 슬레이브 앵커와 통신하는 마스터 앵커를 적어도 두 개 이상 설정하고, 기준이 되는 마스터 소스 앵커(Master Source Anchor)를 결정하면, 마스터 소스 앵커의 순서에 따라 역으로 마스터 앵커의 통신 순서를 계산한 후 사용자에게 확인시킨다.
단일 셀별로 마스터 앵커와 슬레이브 앵커를 구성한다.
마스터 앵커는 마스터 앵커 A(610), 마스터 앵커 B(620), 마스터 앵커 C(630)를 포함한다. 마스터 앵커는 셀 단위로 주변으로 클락 동기 신호(Clock Sync Signal)를 무선으로 브로드캐스팅한다.
마스터 앵커는 단일 셀 내의 존재하는 복수의 슬레이브 앵커로 클락 정보와 동기 신호를 전송한다. 단일 셀 내에 복수의 마스터 앵커는 통신하는 멀티 슬레이브 앵커를 설정한다.
슬레이브 앵커는 타임 스템프를 마스터 앵커의 클락을 기준으로 동기화하여 출력된다.
슬레이브 앵커는 슬레이브 앵커 A1(612), 슬레이브 앵커 A2(614), 슬레이브 앵커 A3(616), 슬레이브 앵커 B1(622), 슬레이브 앵커 B2(624), 슬레이브 앵커 B3(626), 슬레이브 앵커 C1(632), 슬레이브 앵커 C2(634), 슬레이브 앵커 C3(636), 슬레이브 앵커 C4(638)를 포함한다.
특정 슬레이브 앵커가 동기화 오류가 발생하는 경우, 해당 마스터 앵커 및 서버로 전송할 수 있다. 슬레이브 앵커는 기 설정된 시간 주기(예컨대, 200ms)로 마스터 앵커로부터 동기 신호를 시계열적으로 수신하는데, 수신된 신호에 기 설정된 임계치 이상으로 편차가 발생하는 경우, 오류가 발생한 것으로 인지하여 마스터 앵커 및 서버로 오류 알림을 발생시킬 수 있다.
전체 UWB 앵커를 1 nano second 이하의 정확도로 동기를 맞추기 위한 멀티셀(Multicell)을 무선으로 동기화한다. 단일 셀의 경우 2페이지의 방식으로 사용하여 동기화한다.
슬레이브 앵커는 단일 셀별로 마스터 앵커로부터 클락 정보를 수신한 시간을 이용하여 하드웨어에서 그 시간차를 계산하여 송신기(태그)에서 수신되는 TDOA 연산을 위한 도달 시간을 마스터 앵커를 기준으로 로케이션 엔진(530)으로 전송한다.
멀티셀인 경우, 멀티 슬레이브 앵커는 적어도 두 개 이상의 마스터 앵커로부터 클락 정보를 수신하고, 두 개의 마스터 앵커로부터 수신하는 클락 정보의 시간차를 로케이션 엔진(530)으로 전송한다.
슬레이브 앵커는 마스터 앵커로부터 클락 동기 신호를 수신하며, 클락 동기 신호를 기준으로 로컬에서 자체적으로 클락 정보를 마스터 앵커와 동기화시킨다. 슬레이브 앵커는 클락 동기 신호를 기반으로 로컬 타임동기 데이터(Local Timesync Data)를 생성한 후 로컬 타임동기 데이터를 자체적으로 적용하여 클락을 마스터 앵커의 클락으로 일치시킨다.
슬레이브 앵커는 태그로부터 태그 이벤트를 수신하는 경우, 로컬 타임동기 데이터를 자체적으로 적용하여 클락을 마스터 앵커의 클락으로 일치시킨 후 태그로부터 수신된 태그 이벤트를 로케이션 엔진(530)으로 전송한다. 슬레이브 앵커는 기 설정된 시간 주기로 마스터 앵커로부터 클락 동기 신호를 수신하며, 시간 주기가 기 설정된 임계치 이상으로 편차가 발생하는 경우, 오류가 발생한 것으로 인지하여 로케이션 엔진으로 오류 알람을 발생한다.
멀티 슬레이브 앵커는 멀티 슬레이브 앵커 A(618), 멀티 슬레이브 앵커 B(628)를 포함한다. 멀티 슬레이브 앵커는 서로 다른 셀의 마스터 앵커로부터 동기 신호를 수신할 수 있다. 즉, 멀티 슬레이브 앵커는 두 개 이상의 마스터 앵커로부터 신호를 받아서 동기화를 처리한다.
멀티 슬레이브 앵커는 서로 다른 셀의 마스터 앵커로부터 수신된 동기 신호의 차이를 서버로 전송한다. 다시 말해, 멀티 슬레이브 앵커는 서로 다른 셀의 마스터 앵커로부터 수신된 클락 동기 신호의 시간적인 차이를 계산하여 로케이션 엔진(530)으로 전송한다. 단일 셀과 서로 다른 단일 셀 사이에 멀티 슬레이브 앵커가 반드시 존재하는 것은 아니며, 심리스(Seamless)한 운영을 필요로 하는 경우 미존재할 수 있다.
멀티 슬레이브 앵커는 셀 단위로 별로 복수의 마스터 앵커로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 차이값을 계산하여 전송한다. 멀티 슬레이브 앵커는 TDOA(Time Difference Of Arrival) 알고리즘을 이용하여 복수의 마스터 앵커로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 수신 시간의 차이값을 계산한다.
멀티 슬레이브 앵커는 적어도 두 개 이상의 마스터 앵커와 통신하며, 통신하는 마스터 앵커에 대한 마스터 앵커 맥 어드레스(Master Mac Address)를 등록한다. 멀티 슬레이브 앵커는 통신하는 복수의 마스터 앵커와의 통신 순서를 단일 셀별로 마스터 앵커의 통신 순서 따라 자동으로 결정한다. 멀티 슬레이브 앵커는 통신하는 복수의 마스터 앵커 중 기준이 되는 마스터 소스 앵커(Master Source Anchor)와의 통신 순서에 따라 역으로 마스터 앵커의 통신 순서를 결정한다.
도 6은 본 실시예에 따른 마스터 앵커, 슬레이브 앵커, 멀티 슬레이브 앵커의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
마스터 앵커 A(610)는 클락 동기 신호를 슬레이브 앵커 A1(612), 슬레이브 앵커 A2(614), 슬레이브 앵커 A3(616), 멀티 슬레이브 앵커 A(618)로 전송한다.
슬레이브 앵커 A1(612), 슬레이브 앵커 A2(614), 슬레이브 앵커 A3(616), 멀티 슬레이브 앵커 A(618)는 마스터 앵커 A(610)로부터 클락 동기 신호를 수신한 시간을 로케이션 엔진(530)으로 직접 전송하지 않고, 자체적으로 클락 동기 정보를 기반으로 마스터 앵커 A(610)의 클락과 동기화한다. 다시 말해서, 슬레이브 앵커 A1(612), 슬레이브 앵커 A2(614), 슬레이브 앵커 A3(616), 멀티 슬레이브 앵커 A(618)는 마스터 앵커 A(610)로부터 수신된 클락 동기 정보를 기반으로 마스터 앵커 A(610)와 클락을 동기화한다.
슬레이브 앵커 A1(612), 슬레이브 앵커 A2(614), 슬레이브 앵커 A3(616) 각각은 각각 자체적으로 동기화된 클락을 자체 적용한다. 다시 말해, 슬레이브 앵커 A1(612), 슬레이브 앵커 A2(614), 슬레이브 앵커 A3(616)는 마스터 앵커 A(610)로부터 수신한 시간차를 로케이션 엔진(530)으로 보낼 필요가 없으므로, 로케이션 엔진(530)의 부하를 줄일 수 있으며, 네트워크가 끊기더라도 안정적으로 로컬에서 동기를 수행할 수 있다.
멀티 슬레이브 앵커 A(618)는 마스터 앵커 A(610) 및 마스터 앵커 C(630)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 차이값을 계산하여 로케이션 엔진(530)으로 전송한다.
멀티 슬레이브 앵커 A(618)는 마스터 앵커 A(610) 및 마스터 앵커 C(630)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 TDOA(Time Difference Of Arrival) 알고리즘을 이용하여 수신 시간차를 계산한다.
마스터 앵커 B(620)는 클락 동기 신호를 슬레이브 앵커 B1(622), 슬레이브 앵커 B2(624), 슬레이브 앵커 B3(626), 멀티 슬레이브 앵커 B(628)로 전송한다.
슬레이브 앵커 B1(622), 슬레이브 앵커 B2(624), 슬레이브 앵커 B3(626), 멀티 슬레이브 앵커 B(628)는 마스터 앵커 B(620)로부터 클락 동기 신호를 수신한 시간을 로케이션 엔진(530)으로 직접 전송하지 않고, 자체적으로 클락 동기 정보를 기반으로 마스터 앵커 B(620)의 클락과 동기화한다. 다시 말해서, 슬레이브 앵커 B1(622), 슬레이브 앵커 B2(624), 슬레이브 앵커 B3(626), 멀티 슬레이브 앵커 B(628)는 마스터 앵커 B(620)로부터 수신된 클락 동기 정보를 기반으로 마스터 앵커 B(620)와 클락을 동기화한다.
슬레이브 앵커 B1(622), 슬레이브 앵커 B2(624), 슬레이브 앵커 B3(626) 각각은 각각 자체적으로 동기화된 클락을 자체 적용한다. 다시 말해, 슬레이브 앵커 B1(622), 슬레이브 앵커 B2(624), 슬레이브 앵커 B3(626)는 마스터 앵커 B(620)로부터 수신한 시간차를 로케이션 엔진(530)으로 보낼 필요가 없으므로, 로케이션 엔진(530)의 부하를 줄일 수 있으며, 네트워크가 끊기더라도 안정적으로 로컬에서 동기를 수행할 수 있다.
멀티 슬레이브 앵커 B(628)는 마스터 앵커 A(610) 및 마스터 앵커 C(630)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 차이값을 계산하여 로케이션 엔진(530)으로 전송한다.
멀티 슬레이브 앵커 B(628)는 마스터 앵커 B(620) 및 마스터 앵커 C(630)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 TDOA(Time Difference Of Arrival) 알고리즘을 이용하여 수신 시간차를 계산한다.
마스터 앵커 C(630)는 클락 동기 신호를 슬레이브 앵커 C1(632), 슬레이브 앵커 C2(634), 슬레이브 앵커 C3(636), 슬레이브 앵커 C4(638)로 전송한다.
슬레이브 앵커 C1(632), 슬레이브 앵커 C2(634), 슬레이브 앵커 C3(636), 슬레이브 앵커 C4(638)는 마스터 앵커 C(630)로부터 클락 동기 신호를 수신한 시간을 로케이션 엔진(530)으로 직접 전송하지 않고, 자체적으로 클락 동기 정보를 기반으로 마스터 앵커 C(630)의 클락과 동기화한다. 다시 말해서, 슬레이브 앵커 C1(632), 슬레이브 앵커 C2(634), 슬레이브 앵커 C3(636), 슬레이브 앵커 C4(638)는 마스터 앵커 C(630)로부터 수신된 클락 동기 정보를 기반으로 마스터 앵커 B(620)와 클락을 동기화한다.
슬레이브 앵커 C1(632), 슬레이브 앵커 C2(634), 슬레이브 앵커 C3(636), 슬레이브 앵커 C4(638) 각각은 각각 자체적으로 동기화된 클락을 자체 적용한다. 다시 말해, 슬레이브 앵커 C1(632), 슬레이브 앵커 C2(634), 슬레이브 앵커 C3(636), 슬레이브 앵커 C4(638)는 마스터 앵커 C(630)로부터 수신한 시간차를 로케이션 엔진(530)으로 보낼 필요가 없으므로, 로케이션 엔진(530)의 부하를 줄일 수 있으며, 네트워크가 끊기더라도 안정적으로 로컬에서 동기를 수행할 수 있다.
도 7은 본 실시예에 따른 무선 동기 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
멀티셀 동기화 설정장치(520)는 앵커가 마스터 앵커로 설정되었는 지의 여부를 확인한다(S710). 단계 S710의 확인결과, 앵커가 마스터 앵커로 설정된 경우, 멀티셀 동기화 설정장치(520)는 마스터 앵커에서 클락 동기 신호를 생성하도록 설정한다(S712). 마스터 앵커는 클락 동기 신호를 주변에 존재하는 슬레이브 앵커로 브로드캐스팅한다(S714).
단계 S710의 확인결과, 앵커가 마스터 앵커로 미설정된 경우, 멀티셀 동기화 설정장치(520)는 앵커가 멀티 슬레이브 앵커로 설정되었는 지의 여부를 확인한다(S720). 단계 S720의 확인결과, 앵커가 멀티 슬레이브 앵커로 설정된 경우, 멀티셀 동기화 설정장치(520)는 멀티 슬레이브 앵커가 통신하는 복수의 마스터 앵커에 대한 마스터 앵커 맥 어드레스(Master Mac Address)를 등록한다(S722). 멀티 슬레이브 앵커는 복수의 마스터 앵커로부터 클락 동기 신호의 수신을 대기한다(S724). 멀티 슬레이브 앵커는 복수의 마스터 앵커로부터 클락 동기 신호의 시간차를 계산하여 로케이션 엔진(530)으로 전송한다(S726).
단계 S720의 확인결과, 앵커가 멀티 슬레이브 앵커로 미설정된 경우, 슬레이브 앵커는 마스터 앵커로부터 클락 동기 신호의 수신의 대기한다(S730). 슬레이브 앵커는 마스터 앵커로부터 클락 동기 신호를 수신한다(S732). 슬레이브 앵커는 마스터 앵커로부터 수신된 클락 동기 신호를 기반으로 로컬 타임동기 데이터(Local Timesync Data)를 계산한다(S734). 슬레이브 앵커는 로컬 타임동기 데이터를 자체적으로 적용하여 클락을 마스터 앵커의 클락으로 일치시킨다(S736).
슬레이브 앵커는 태그로부터 태그 이벤트를 수신한다(S742). 슬레이브 앵커는 로컬 타임동기 데이터를 자체적으로 적용하여 클락을 마스터 앵커의 클락으로 일치시킨 후 태그로부터 수신된 태그 이벤트를 로케이션 엔진(530)으로 전송한다(S744).
도 7에서는 단계 S710 내지 단계 S744를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 7에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 7은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이 도 7에 기재된 본 실시예에 따른 무선 동기 방법은 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 실시예에 따른 무선 동기 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
도 8은 본 실시예에 따른 유선 동기 개념을 나타낸 도면이다.
마스터 앵커 간에 유선으로 동기화하는 경우, 하드웨적으로 동일한 클락을 갖게 된다. 마스터 앵커는 셀 간에 곡선이나 ㄱ 자로 꺾여 있는 경우, 해당 구역만을 유선으로 연결하면 동일한 클락을 갖도록 한다. 마스터 앵커 간에 유선으로 연결하는 경우 별도의 동기화를 수행하지 않더라도, 동일한 하드웨어로 동일한 오프셋값을 갖게된다.
클락 발생기(510)에서 기 설정된 주기로 클락을 생성하여 마스터 앵커 B(620)로 전송한다. 마스터 앵커 B(620)는 마스터 앵커 C(630)로 동기화를 위한 클락 신호를 주기적으로 전송한다. 마스터 앵커 C(630)는 클락 신호를 수신하는 동시에 타이머를 리셋하면서 오프셋값을 0으로 설정한다.
멀티셀 동기화 설정장치(520)는 하나의 CAT5E 케이블에 통신기능과 시동기 기능을 함께 탑재하여 유선동기를 위한 별도의 케이블이 아닌 하나의 케이블로 동기기능 제공한다.
멀티셀 동기화 설정장치(520)는 CAT5E 국제 표준기준 1,2,3,6 선호선을 이용하여 통신으로 이용한다. 멀티셀 동기화 설정장치(520)는 CAT5E 케이블 내 예비 신호선인 4,5번은 동기 신호, 7,8번은 클락 정보를 제공하여 앵커를 피코 단위 정확하게 동기화시킨다. 마스터 앵커 및 슬레이브 앵커에도 클락 생성기 기능을 탑재하여 다른 슬레이브 앵커에 클락 정보와 동기 신호를 제공하여 자체 유선 동기화가 가능하도록 한다.
도 9는 본 실시예에 따른 유무선 하이브리드 동기화 시스템을 나타낸 도면이다.
멀티셀 동기화 설정장치(520)는 유선과 무선 동기 기능을 통합한 하이브리드 동기화를 제공한다. 무선 동기의 경우 LOS(Line of Sight)가 보장되어야 한다. 무선 동기를 위한 해당 UWB 채널을 사용하는 만큼 무선 용량(Radio Capacity)에 제약이 있다. 유선으로 동기 시 로케이션 엔진(530)에서 시간차를 계산할 필요가 없어 정밀도가 높고 엔진의 연산부하가 줄어들게 된다.
단일 셀의 구성에 따라 복수의 단일 셀 들은 각각 로컬에서 슬레이브 앵커가 자체적으로 클락을 무선 동기화하지만, 셀 간의 곡선이나 ㄱ 자로 꺾여 있는 구간은 마스터 앵커 간에 유선으로 연결된다.
마스터 앵커 A(610)는 클락 동기 신호를 슬레이브 앵커 A1(612), 슬레이브 앵커 A2(614), 슬레이브 앵커 A3(616), 멀티 슬레이브 앵커 A(618)로 전송한다.
슬레이브 앵커 A1(612), 슬레이브 앵커 A2(614), 슬레이브 앵커 A3(616), 멀티 슬레이브 앵커 A(618)는 마스터 앵커 A(610)로부터 클락 동기 신호를 수신한 시간을 로케이션 엔진(530)으로 직접 전송하지 않고, 자체적으로 클락 동기 정보를 기반으로 마스터 앵커 A(610)의 클락과 동기화한다. 다시 말해서, 슬레이브 앵커 A1(612), 슬레이브 앵커 A2(614), 슬레이브 앵커 A3(616), 멀티 슬레이브 앵커 A(618)는 마스터 앵커 A(610)로부터 수신된 클락 동기 정보를 기반으로 마스터 앵커 A(610)와 클락을 동기화한다.
슬레이브 앵커 A1(612), 슬레이브 앵커 A2(614), 슬레이브 앵커 A3(616) 각각은 각각 자체적으로 동기화된 클락을 자체 적용한다. 다시 말해, 슬레이브 앵커 A1(612), 슬레이브 앵커 A2(614), 슬레이브 앵커 A3(616)는 마스터 앵커 A(610)로부터 수신한 시간차를 로케이션 엔진(530)으로 보낼 필요가 없으므로, 로케이션 엔진(530)의 부하를 줄일 수 있으며, 네트워크가 끊기더라도 안정적으로 로컬에서 동기를 수행할 수 있다.
멀티 슬레이브 앵커 A(618)는 마스터 앵커 A(610) 및 마스터 앵커 C(630)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 차이값을 계산하여 로케이션 엔진(530)으로 전송한다.
멀티 슬레이브 앵커 A(618)는 마스터 앵커 A(610) 및 마스터 앵커 C(630)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 TDOA(Time Difference Of Arrival) 알고리즘을 이용하여 수신 시간차를 계산한다.
마스터 앵커 B(620)는 클락 동기 신호를 슬레이브 앵커 B1(622), 슬레이브 앵커 B2(624), 슬레이브 앵커 B3(626), 멀티 슬레이브 앵커 B(628)로 전송한다.
슬레이브 앵커 B1(622), 슬레이브 앵커 B2(624), 슬레이브 앵커 B3(626), 멀티 슬레이브 앵커 B(628)는 마스터 앵커 B(620)로부터 클락 동기 신호를 수신한 시간을 로케이션 엔진(530)으로 직접 전송하지 않고, 자체적으로 클락 동기 정보를 기반으로 마스터 앵커 B(620)의 클락과 동기화한다. 다시 말해서, 슬레이브 앵커 B1(622), 슬레이브 앵커 B2(624), 슬레이브 앵커 B3(626), 멀티 슬레이브 앵커 B(628)는 마스터 앵커 B(620)로부터 수신된 클락 동기 정보를 기반으로 마스터 앵커 B(620)와 클락을 동기화한다.
슬레이브 앵커 B1(622), 슬레이브 앵커 B2(624), 슬레이브 앵커 B3(626) 각각은 각각 자체적으로 동기화된 클락을 자체 적용한다. 다시 말해, 슬레이브 앵커 B1(622), 슬레이브 앵커 B2(624), 슬레이브 앵커 B3(626)는 마스터 앵커 B(620)로부터 수신한 시간차를 로케이션 엔진(530)으로 보낼 필요가 없으므로, 로케이션 엔진(530)의 부하를 줄일 수 있으며, 네트워크가 끊기더라도 안정적으로 로컬에서 동기를 수행할 수 있다.
멀티 슬레이브 앵커 B(628)는 마스터 앵커 A(610) 및 마스터 앵커 C(630)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 차이값을 계산하여 로케이션 엔진(530)으로 전송한다.
멀티 슬레이브 앵커 B(628)는 마스터 앵커 B(620) 및 마스터 앵커 C(630)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 TDOA(Time Difference Of Arrival) 알고리즘을 이용하여 수신 시간차를 계산한다.
마스터 앵커 C(630)는 클락 동기 신호를 슬레이브 앵커 C1(632), 슬레이브 앵커 C2(634), 슬레이브 앵커 C3(636), 슬레이브 앵커 C4(638)로 전송한다.
슬레이브 앵커 C1(632), 슬레이브 앵커 C2(634), 슬레이브 앵커 C3(636), 슬레이브 앵커 C4(638)는 마스터 앵커 C(630)로부터 클락 동기 신호를 수신한 시간을 로케이션 엔진(530)으로 직접 전송하지 않고, 자체적으로 클락 동기 정보를 기반으로 마스터 앵커 C(630)의 클락과 동기화한다. 다시 말해서, 슬레이브 앵커 C1(632), 슬레이브 앵커 C2(634), 슬레이브 앵커 C3(636), 슬레이브 앵커 C4(638)는 마스터 앵커 C(630)로부터 수신된 클락 동기 정보를 기반으로 마스터 앵커 B(620)와 클락을 동기화한다.
슬레이브 앵커 C1(632), 슬레이브 앵커 C2(634), 슬레이브 앵커 C3(636), 슬레이브 앵커 C4(638) 각각은 각각 자체적으로 동기화된 클락을 자체 적용한다. 다시 말해, 슬레이브 앵커 C1(632), 슬레이브 앵커 C2(634), 슬레이브 앵커 C3(636), 슬레이브 앵커 C4(638)는 마스터 앵커 C(630)로부터 수신한 시간차를 로케이션 엔진(530)으로 보낼 필요가 없으므로, 로케이션 엔진(530)의 부하를 줄일 수 있으며, 네트워크가 끊기더라도 안정적으로 로컬에서 동기를 수행할 수 있다.
클락 발생기(510)는 기 설정된 주기로 클락 동기 신호를 발생한다.
마스터 앵커 B(620)는 클락 발생기(510)와 유선으로 연결되어 클락 동기 신호를 입력받는다. 마스터 앵커 B(620)는 클락 동기 신호를 기반으로 클락 정보를 동기화한다. 마스터 앵커 B(620)는 셀 단위로 주변으로 클락 동기 신호(Clock Sync Signal)를 무선으로 브로드캐스팅한다.
슬레이브 앵커 B1(622), 슬레이브 앵커 B2(624), 슬레이브 앵커 B3(626)는 마스터 앵커 B(620)로부터 클락 동기 신호를 수신한다. 슬레이브 앵커 B1(622), 슬레이브 앵커 B2(624), 슬레이브 앵커 B3(626)는 클락 동기 신호를 기준으로 로컬에서 자체적으로 클락 정보를 마스터 앵커 B(620)와 동기화시킨다.
멀티 슬레이브 앵커 B(628)는 마스터 앵커 B(620)와 마스터 앵커 C(630)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 제1 차이값을 계산하여 전송한다.
마스터 앵커 D(610)는 마스터 앵커 A(610)와 유선으로 연결되어 클락 동기 신호를 수신한 후 클락 동기 신호를 기반으로 클락 정보를 동기화하며, 셀 단위로 주변으로 클락 동기 신호를 무선으로 브로드캐스팅한다.
마스터 앵커 E(620)는 마스터 앵커 D(610)와 유선으로 연결되어 클락 동기 신호를 수신한 후 클락 동기 신호를 기반으로 클락 정보를 동기화하며, 셀 단위로 주변으로 클락 동기 신호를 무선으로 브로드캐스팅한다.
슬레이브 앵커 E1, 슬레이브 앵커 E2, 슬레이브 앵커 E3는 마스터 앵커 E(620)로부터 클락 동기 신호를 수신한다. 슬레이브 앵커 E1, 슬레이브 앵커 E2, 슬레이브 앵커 E3는 클락 동기 신호를 기준으로 로컬에서 자체적으로 클락 정보를 마스터 앵커 E(620)와 동기화시킨다.
멀티 슬레이브 앵커 E(622)는 마스터 앵커 E(620)와 마스터 앵커 F(630)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 제2 차이값을 계산하여 전송한다.
로케이션 엔진(530)은 제1 차이값과 제2 차이값을 오프셋값으로 변환한 후 오프셋 값을 기반으로 서로 다른 셀의 마스터 앵커 간의 편차값을 동기화시킨다.
클락 발생기(510)는 마스터 앵커 B(620)와 연결된 랜 케이블 내의 신호선 중에 일부(1,2,3,6번을)를 사용하여 통신 신호를 전송한다. 클락 발생기(510)는 랜 케이블 내의 신호선 중에 통신 신호를 전송하는 신호선을 제외한 나머지 스페어(Spare) 신호선 중 일부(4,5번)를 이용하여 동기화 펄스를 전송한다. 클락 발생기(510)는 랜 케이블 내의 신호선 중에 통신 신호를 전송하는 신호선과 동기화 펄스를 전송하는 신호선을 제외한 나머지 스페어(Spare) 신호선을 이용하여 클락 정보를 전송한다. 클락 발생기(510)는 통신 신호, 동기화 펄스, 클락 정보를 하나의 랜 케이블로 모두 전송한다.
마스터 앵커 B(620)와 마스터 앵커 D(610)는 셀 간의 곡선이나 직각으로 꺾여있는 구간을 유선으로 연결된다. 마스터 앵커 D(610)와 마스터 앵커 E(620)는 셀 간의 곡선이나 직각으로 꺾여있는 구간을 유선으로 연결된다. 마스터 앵커 D(610)는 마스터 앵커 B(620)와 유선으로 연결되어 클락 동기 신호를 수신하는 동시에 타이머를 리셋하고 오프셋값을 초기화하면서 클락 정보를 동기화한다.
마스터 앵커 D(610)는 마스터 앵커 B(620)와 유선으로 연결되어 클락 동기 신호를 수신한 후 클락 동기 신호를 기반으로 클락 정보를 동기화한다. 마스터 앵커 E(620)는 마스터 앵커 D(610)와 유선으로 연결되어 클락 동기 신호를 수신한 후 클락 동기 신호를 기반으로 클락 정보를 동기화한다. 마스터 앵커 E(620)는 셀 단위로 주변으로 클락 동기 신호를 무선으로 브로드캐스팅한다.
멀티 슬레이브 앵커 E(622)는 마스터 앵커 E(620) 및 마스터 앵커 F(630)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 차이값을 계산하여 로케이션 엔진(530)으로 전송한다. 멀티 슬레이브 앵커 G(642)는 마스터 앵커 E(620) 및 마스터 앵커 G(640)로부터 각각 수신된 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 차이값을 계산하여 로케이션 엔진(530)으로 전송한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 셀 단위로 주변으로 클락 동기 신호(Clock Sync Signal)를 무선으로 브로드캐스팅하는 마스터 앵커(Master Anchor);
    상기 마스터 앵커로부터 상기 클락 동기 신호를 수신하며, 상기 클락 동기 신호를 기준으로 로컬에서 자체적으로 클락 정보를 상기 마스터 앵커와 동기화시키는 슬레이브 앵커(Slave Anchor);
    복수의 상기 마스터 앵커 및 상기 슬레이브 앵커로부터 각각 수신된 상기 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 차이값을 계산하고, 상기 클락 동기 신호에 포함된 좌표 정보를 추출하고, 상기 차이값과 상기 좌표 정보를 기반으로 위치를 계산하는 태그(Tag); 및
    상기 차이값을 오프셋값으로 변환한 후 상기 오프셋 값을 기반으로 서로 다른 셀의 마스터 앵커 간의 편차값을 동기화시키는 로케이션 엔진(Location Engine);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 리버스 TDOA 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태그는,
    복수의 상기 마스터 앵커 및 상기 슬레이브 앵커로부터 각각 수신된 상기 클락 동기 신호가 3개 이상인 경우, 상기 좌표 정보를 기반으로 삼각측량 기반으로 위치를 산출하고, 상기 위치에 상기 오프셋값을 반영하는 것을 특징으로 하는 리버스 TDOA 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 앵커는,
    상기 클락 동기 신호를 전송할 때, 패킷 내에 시퀀스(Sequence) 정보와 앵커자체의 GPS 위치 정보를 매핑하여 상기 슬레이브 앵커 및 상기 태그로 전송하는 것을 특징으로 하는 리버스 TDOA 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬레이브 앵커는,
    상기 클락 동기 신호를 기반으로 로컬 타임동기 데이터(Local Timesync Data)를 생성한 후 상기 로컬 타임동기 데이터를 자체적으로 적용하여 클락을 상기 마스터 앵커의 클락으로 일치시키며,
    상기 마스터 앵커로부터 수신된 클락 동기 신호에 포함된 시퀀스 정보와 동일한 스퀀스 정보에 앵커의 GPS 위치 정보를 매핑하여 상기 태그로 전송하는 것을 특징으로 하는 리버스 TDOA 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬레이브 앵커는,
    상기 태그로부터 태그 이벤트를 수신하는 경우, 상기 로컬 타임동기 데이터를 자체적으로 적용하여 클락을 상기 마스터 앵커의 클락으로 일치시킨 후 상기 태그로부터 수신된 태그 이벤트를 로케이션 엔진으로 전송하는 것을 특징으로 하는 리버스 TDOA 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬레이브 앵커는,
    기 설정된 시간 주기로 상기 마스터 앵커로부터 상기 클락 동기 신호를 수신하며, 상기 시간 주기가 기 설정된 임계치 이상으로 편차가 발생하는 경우, 오류가 발생한 것으로 인지하여 상기 로케이션 엔진으로 오류 알람을 발생하는 것을 특징으로 하는 리버스 TDOA 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    셀 단위로 별로 복수의 마스터 앵커로부터 각각 수신된 상기 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 차이값을 계산하여 전송하며, TDOA 알고리즘을 이용하여 복수의 마스터 앵커로부터 각각 수신된 상기 클락 동기 신호를 수신 시간의 상기 차이값을 계산하는 멀티 슬레이브 앵커(Multi Slave Anchor);
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 리버스 TDOA 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 로케이션 엔진은,
    상기 오프셋값을 이용하여 서로 다른 셀의 마스터 앵커 중 기준이 되는 마스터 소스 앵커(Master Source Anchor)를 기준으로 나머지 다른 마스터 앵커의 클락을 동기화 시키는 것을 특징으로 하는 리버스 TDOA 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 로케이션 엔진은,
    상기 멀티 슬레이브 앵커로부터 수신된 상기 차이값을 기반으로 상기 오프셋값으로 생성한 후 다른 셀의 멀티 슬레이브 앵커로부터 새롭게 수신되는 차이값을 누적 반영하여 상기 오프셋값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 리버스 TDOA 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 로케이션 엔진은,
    누적된 오프셋값을 기반으로 인접하지 않은 서로 다른 셀의 마스터 앵커의 편차값을 동일한 값으로 동기화 시키는 것을 특징으로 하는 리버스 TDOA 시스템.
  11. 마스터 앵커(Master Anchor)에서 셀 단위로 주변으로 클락 동기 신호(Clock Sync Signal)를 무선으로 브로드캐스팅하는 과정;
    슬레이브 앵커(Slave Anchor)에서 상기 마스터 앵커로부터 상기 클락 동기 신호를 수신하며, 상기 클락 동기 신호를 기준으로 로컬에서 자체적으로 클락 정보를 상기 마스터 앵커와 동기화시키는 과정;
    태그(Tag)에서 복수의 상기 마스터 앵커 및 상기 슬레이브 앵커로부터 각각 수신된 상기 클락 동기 신호를 수신 시간의 시간적인 차이값을 계산하고, 상기 클락 동기 신호에 포함된 좌표 정보를 추출하고, 상기 차이값과 상기 좌표 정보를 기반으로 위치를 계산하는 과정;
    로케이션 엔진(Location Engine)에서 상기 차이값을 오프셋값으로 변환한 후 상기 오프셋 값을 기반으로 서로 다른 셀의 마스터 앵커 간의 편차값을 동기화시키는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 리버스 TDoA 기반의 측위 방법.
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