KR101247964B1 - 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치 측정 방법 및 그를 위한 전파식별 시스템 - Google Patents

비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치 측정 방법 및 그를 위한 전파식별 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비콘을 이용한 전파식별 리더(RFID Reader: Radio Frequency Identification Reader)의 위치 측정 방법 및 그를 위한 전파식별 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 위치를 측정하는 전파식별 시스템에 있어서, 비콘을 송출하는 복수 개의 비콘 장치; 전파식별을 이용하여 기 저장된 정보를 송신하는 전파식별 태그; 및 이동하는 중에 복수 개의 비콘 장치로부터 복수 개의 비콘을 수신하면, 복수 개의 비콘을 이용하여 현재 위치를 계산하며, 전파식별을 이용하여 전파식별 태로부터 정보를 수신하는 전파식별 리더를 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위한 전파식별 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 전파식별 시스템에서 이동하는 전파식별 리더의 위치를 측정할 수 있으며, 전파 환경을 고려하여 전파식별 리더의 위치를 측정하므로, 위치 측정의 정확도를 높일 수 있다.
전파식별, 리더, 위치, 측정, 비콘, 신호, 세기, RFID, Beacon

Description

비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치 측정 방법 및 그를 위한 전파식별 시스템{Method for Measuring Location of Radio Frequency Identification Reader by Using Beacon}
본 발명은 비콘을 이용한 전파식별 리더(RFID Reader: Radio Frequency Identification Reader)의 위치 측정 방법 및 그를 위한 전파식별 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 전파식별 시스템에서 이동하는 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위해, 전파식별 시스템에 고정된 위치에서 자신의 기준 위치에 대한 정보와 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 포함하는 비콘을 송출하는 복수 개의 비콘 장치를 구비하고, 이동하는 전파식별 리더에서 적어도 3 개 이상의 비콘 장치로부터 비콘을 수신하여 비콘에 포함된 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 이용하여 각 비콘 장치로부터의 상대적인 거리를 확인한 후, 삼각측량법을 이용하여 위치를 계산하여 위치를 용이하게 측정하고 측정한 위치의 정확성을 높이기 위한 위치 측정 방법 및 그를 위한 전파식별 시스템에 관한 것이다.
위치 기반 기술은 특정 위치에 놓인 대상체(사람 또는 사물)의 물리적, 지리적 또는 논리적인 위치 정보를 획득하여 그에 적절하게 반응하는 기술이다. 통상적 인 위치 측위 방법으로는 물체 간의 거리의 차이나 각도 또는 방위각을 측정하여 위치를 측정하는 삼각측량법(Triangulation)과 특정 관점(Vantage Point)에서 보이는 풍경을 이용한 장면 분석 방법(Scene Analysis), 그리고 특정 위치에 근접하여 대상체를 알아내는 근접 방법(Proximity) 등이 있다.
최근 무선 통신 기술의 발달과 함께 전파식별 시스템은 새로운 무선 네트워크 기술로 각광받고 있으며, 널리 사용되고 있다. 또한, 전파식별 시스템을 이용하여 실내 또는 실외에서의 위치를 측정하는 기술의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 기술은 사람이 도달할 수 없는 지역에서 전파식별을 이용하여 데이터를 수집하거나 수집한 데이터를 사용자에게 전송하는 등 다양한 목적으로 활용되고 있다.
한편, 통상적인 위치 측정 기술은 위성 항법 시스템(GPS: Global Positioning System, 이하 'GPS'라 칭함)을 이용한 위치 측정 기술, 무선 신호의 수신 신호 강도(RSSI: Received Signal Strength Indication, 이하 'RSSI'라 칭함)를 이용한 위치 측정 기술, 근거리 무선 통신을 이용한 위치 측정 기술 등 다양하다.
GPS를 이용한 위치 측정 기술은 지구 궤도에 떠 있는 GPS 위성에서 보내 오는 반송파 신호의 위상을 측정(절대 측위)하거나 반송파 신호의 코드를 추적(상대 측위)하여 위성까지의 거리를 측정하는 기술이다. 이러한 GPS를 이용한 위치 측정 기술은 신호 반경이 넓고 고정된 위성을 통해 안정적인 서비스의 제공이 가능하여 현재 가장 많이 사용되고 있지만, 정밀도가 낮고 GPS 위성 신호의 수신이 어려운 실내나 음영지역에서는 서비스가 불가능한 단점이 있다.
이동통신을 이용한 위치 측정 기술은 현재 구축되어 있는 이동통신 시스템을 이용하여 삼각측량법에 의해 이동 단말의 지리적인 위치 정보를 구하는 기술로서, 단말의 서비스 셀 영역의 기지국과 주변 기지국 간의 협조에 의해 단말의 위치를 알아내는 네트워크 기반 방식과 기지국과는 별개로 GPS 수신기를 가진 단말이 위치 정보를 네트워크로 전달하는 단말 기반 방식, 그리고 이 둘을 혼합한 혼합 방식 등이 있다. 이러한 기술들은 별도의 인프라 구축이 필요 없고 GPS와 같이 서비스 영역이 넓어 매크로 위치 측위 기술로 많이 활용되고 있다. 그러나 기지국이 위치하는 셀 반경 내나 전파의 수신이 가능한 도심에서만 사용이 가능하고 전파 특성에 의한 회절 및 다중 경로, 신호 감쇠에 의해 실내에서의 정확성이 떨어지는 문제점이 있다.
이러한 위성통신이나 이동통신을 이용한 위치인식 기술들은 서비스 제공 영역이 넓어 실외에 적합한 반면에 실내나 음영지역에서의 사용에 제약이 따른다. 따라서 최근에는 적외선(Diffuse-Infrared)이나 초음파(Ultrasonic Wave), RF(Radio Frequency), UWB(Ultra Wideband), 전파식별 등의 다양한 무선통신 기술을 이용한 위치 측위 기술이 활발히 연구되고 있다.
이러한 기술들은 대부분이 초음파의 전송 속도 차를 이용하거나 RF 신호의 강도(Signal Strength) 즉, RSSI를 측정하여 신호 감쇠로 인한 신호 전달 거리를 측정하여 위치를 계산하는 방식으로서, RSSI를 이용하는 경우에는 RF 신호가 환경에 따라 특성이 가변적이기 때문에 정확한 위치를 측정하기가 어렵고, 오차율이 큰 단점이 있고, 초음파를 이용하는 경우에는 음파 신호의 특성상 방향성을 많이 타고 장비가 무거워 지는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 전파식별 시스템에서 이동하는 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위해, 전파식별 시스템에 고정된 위치에서 자신의 기준 위치에 대한 정보와 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 포함하는 비콘을 송출하는 복수 개의 비콘 장치를 구비하고, 이동하는 전파식별 리더에서 적어도 3 개 이상의 비콘 장치로부터 비콘을 수신하여 비콘에 포함된 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 이용하여 각 비콘 장치로부터의 상대적인 거리를 확인한 후, 삼각측량법을 이용하여 위치를 계산하여 위치를 용이하게 측정하고 측정한 위치의 정확성을 높이기 위한 위치 측정 방법 및 그를 위한 전파식별 시스템을 제공하는 데 그 주된 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 위치를 측정하는 전파식별 시스템에 있어서, 비콘을 송출하는 복수 개의 비콘 장치; 전파식별을 이용하여 기 저장된 정보를 송신하는 전파식별 태그; 및 이동하는 중에 복수 개의 비콘 장치로부터 복수 개의 비콘을 수신하면, 복수 개의 비콘을 이용하여 현재 위치를 계산하며, 전파식별을 이용하여 전파식별 태로부터 정보를 수신하는 전파식별 리더를 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위한 전파식별 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 전파식별 태그, 전파식별 리더 및 복수 개의 비콘 장치를 포함하는 전파식별 시스템에서, 전파식별 리더가 현재 위치를 측정하는 방법에 있어서, (a) 복수 개의 비콘 장치로부터 복수 개의 비콘을 수신하는 단계; (b) 복수 개의 비콘을 분석하여 복수 개의 비콘 장치로부터의 상대적인 거리를 계산하는 단계; 및 (c) 복수 개의 비콘을 분석하여 복수 개의 비콘 장치의 기준 위치를 파악하고, 복수 개의 비콘 장치의 기준 위치와 복수 개의 비콘 장치로부터의 상대적인 거리를 이용하여 위치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치 측정 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전파식별 시스템에서 이동하는 전파식별 리더의 위치를 측정할 수 있다.
또한, 전파 환경을 고려하여 전파식별 리더의 위치를 측정하므로, 위치 측정의 정확도를 높일 수 있다.
또한, 전파식별 리더가 이동하면서 위치를 측정할 수 있어, 이동한 속도 및 이동한 방향을 측정할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위한 전파식별 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비콘을 이용한 전파식별 리더(RFID Reader: Radio Frequency Identification Reader)의 위치를 측정하기 위한 전파식별 시스템은 제 1 비콘 장치(110) 내지 제 3 비콘 장치(114), 전파식별 리더(120) 및 전파식별 태크(RFID Tag, 130)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제 1 비콘 장치(110) 내지 제 3 비콘 장치(114)는 각각 전파식별 시스템에서 고정된 위치에 설치되어 전파식별 리더기(120)가 현재 위치를 측정할 수 있도록, 비콘(Beacon)을 송출하는 장치이다. 여기서, 비콘은 RF 신호, 지그비(Zigbee) 신호, 블루투스(Bluetooth) 신호 등 다양한 무선 신호로 송출될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제 1 비콘 장치(110) 내지 제 3 비콘 장치(114)는 자신이 위치한 기준 위치에 대한 정보 및 자신이 위치한 지역의 환경을 고려한 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 포함하는 비콘을 송출한다.
이를 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제 1 비콘 장치(110) 내지 제 3 비콘 장치(114)는 각각 비콘을 송출하기 위한 비콘 송출 수단, 기준 위치에 대한 정보 및 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 저장하고 이 정보들을 비콘에 포함시켜 송출하도록 제어하며 각 비콘 장치의 전반적인 작동을 제어하기 위한 소프트웨어를 저장하는 메모리 및 메모리에 저장된 소프트웨어를 실행하는 마이크로프로세서 등을 구비한다.
여기서, 기준 위치에 대한 정보는 각 비콘이 위치한 지점의 3 차원 좌표(x축, y축, z축)를 말하며, 신호 세기 대 거리에 대한 정보는 각 비콘 장치가 위치한 지점에서의 전파 환경을 고려해 각 비콘 장치가 송출하는 비콘을 전파식별 리더기(120)가 수신했을 때, 전파식별 리더(120)가 수신한 비콘의 신호 세기별로 기준 위치로부터 전파식별 리더(120)까지의 상대적인 거리(즉, 방향성이 없는 직선 거리)를 대응시킨 정보를 말한다. 기준 위치에 대한 정보 및 신호 세기 대 거리에 대한 정보에 대해서는 후술하는 과정에서 도 3을 통해 상세히 설명한다.
한편, 도 1에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위한 전파식별 시스템에 3 개의 비콘 장치(110, 112, 114)만이 구비되는 것으로 도시하였지만, 실제로는 4 개, 5 개 등 그 이상의 복수 개의 비콘 장치가 도처에 산재되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전파식별 리더(120)는 전파식별을 이용하여 전파식별 태그(130)와 통신을 수행하고, 이를 통해 전파식별 태그(130)에 저장된 정보를 획득하는 리더 장치이다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전파식별 리더(120)는 제 1 비콘 장치(110) 내지 제 3 비콘 장치(114)로부터 송출되는 비콘을 수신하면, 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터 송출되는 비콘을 분석하여, 각 비콘 장치(110, 112, 114)의 기준 위치에 대한 정보 및 각 비콘 장치(110, 112, 114)의 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 파악하고, 이를 이용하여 현재 위치를 계산한다.
여기서, 전파식별 리더(120)는 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터 수신한 각 비콘의 신호 세기를 측정하여 각 비콘 장치(110, 112, 114)의 신호 세기 대 거리에 대한 정보에 대응시켜 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터의 상대적인 거리를 계산하고, 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터의 상대적인 거리와 각 비콘 장치(110, 112, 114)의 기준 위치에 대한 정보를 이용하여 삼각측량법으로 현재 위치를 계산한다. 전파식별 리더(120)가 삼각측량법으로 현재 위치를 계산하는 과정에 대해서는 도 4a 및 도 4b를 통해 상세히 설명한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전파식별 리더(120)는 복수 개의 비콘 장치 중에서 적어도 3 개 이상의 비콘 장치로부터 비콘을 수신하여 현재 위치를 계산한다. 즉, 전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위한 전파식별 시스템에는 3 개 이상의 복수 개의 비콘 장치가 구비될 수 있으며, 전파식별 리더(120)가 현재 위치를 계산하기 위해서는 적어도 3 개 이상의 비콘 장치로부터 비콘을 수신해야 하며, 4 개 이상의 비콘 장치로부터 비콘을 수신한 경우에는 비콘의 신호 세기가 가장 큰 비콘을 송출하는 3 개의 비콘 장치로부터 수신한 비콘을 이용하여 현재 위치를 계산한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전파식별 리더(120)는 이동하는 중에 위치를 측정하여 이동한 속도 및 이동한 방향을 계산한다. 즉, 전파식별 리더(120)는 현재 위치를 측정한 후 이동하게 되면 이동한 후의 위치에서 위치를 다시 측정한 후, 이동하기 전의 위치로부터 이동한 후의 위치까지 이동한 시간을 측 정하고, 이동하기 전의 위치로부터 이동한 후의 위치까지의 거리를 계산하며, 이동한 거리에 대한 이동한 시간을 속도로서 계산한다. 또한, 전파식별 리더(120)는 이동하기 전의 위치로부터 이동한 후의 위치까지의 벡터를 계산하여 이동 방향을 계산한다. 전파식별 리더(120)가 이동 속도와 이동 방향을 계산하는 것에 대해서는 도 5를 통해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
전파식별 시스템 내에서 도처에 고정되어 설치된 제 1 비콘 장치(110) 내지 제 3 비콘 장치(114)는 각각 자신의 기준 위치에 대한 정보 및 자신의 전파 환경에 맞는 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 포함하는 비콘을 계속해서 송출한다(S210).
전파식별 시스템 내를 이동하는 전파식별 리더(120)는 제 1 비콘 장치(110) 내지 제 3 비콘 장치(114)로부터 송출되는 비콘을 수신하고(S220), 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터 수신한 각 비콘을 분석하여 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터의 상대적인 거리를 확인한다(S230).
전파식별 리더(120)는 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터의 상대적인 거리와 각 비콘 장치(110, 112, 114)의 기준 위치에 대한 정보를 이용하여 삼각측량법으로 현재 위치를 계산한다(S240).
*한편, 전파식별 리더(120)는 현재 위치를 측정한 후 이동하게 되면, 이동한 위치에서도 전술한 단계 S210 내지 단계 S240의 절차에 따라 위치를 측정할 수 있 다.
따라서, 전파식별 리더(120)는 이동하게 되면(S250), 이동하기 전의 위치로부터 이동한 후의 위치까지 이동한 시간을 측정하고(S260), 이동한 후의 위치를 측정한 후(S270), 이동하기 전의 위치(즉, 단계 S240에서 측정한 현재 위치)로부터 이동한 후의 위치(즉, 단계 S270에서 측정한 위치)까지의 거리를 단계 S260에서 측정한 이동한 시간으로 나누어 이동한 속도를 계산하고, 이동하기 전의 위치로부터 이동한 후의 위치까지의 벡터(Vector)를 계산하여 이동한 방향을 계산한다(S280).
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비콘 장치에서 비콘을 송출하는 모습을 나타낸 예시도이다.
각 비콘 장치(110, 112, 114)는 각각 전파식별 리더(120)가 위치를 측정할 수 있도록 비콘을 송출하는데, 비콘은 송출되는 거리에 따라 신호 감쇄가 발생하여 송출되는 비콘의 전력은 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터 멀어질수록 도시한 바와 같이, 그 크기가 줄어든다.
여기서, 신호 감쇄는 각 비콘 장치(110, 112, 114)의 주변 환경에 따른 전파 환경에 의해 가장 영향을 많이 받는다. 즉, 특정 비콘 장치의 주변에 건물이나 구조물 등이 산재해 있거나 고전력선이 통과하는 등 신호 감쇄를 많이 일으키는 요인이 있는 경우에는 신호 감쇄가 심해서 비콘을 송출할 수 있는 거리가 짧을 수 있고, 반면 이러한 신호 감쇄의 요인이 적은 비콘 장치는 보다 많은 거리로 비콘을 송출할 수 있다.
따라서, 비콘 장치(110, 112, 114)는 각각 고정되어 설치되기 때문에, 설치 되어 주변 환경이 정해지면 전파 환경에 따른 비콘의 신호 세기 대 거리를 측정하여 데이터베이스화할 수 있다.
즉, 특정 비콘 장치에서 비콘이 도 3에 도시한 바와 같이 송출된다면, 아래 표 1과 같이 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 데이터베이스화할 수 있다.
Figure 112009004220696-pat00001
따라서, 특정 비콘 장치는 비콘에 자신의 기준 위치에 대한 정보와 함께 표 1과 같은 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 포함하여 송출한다.
특정 비콘 장치가 도시한 바와 같이 비콘을 송출하는 상태에서, 전파식별 리더(120)가 특정 비콘 장치로부터 비콘을 수신한 후 비콘의 신호 세기를 측정한 결과 - 10 dbm이었다면, 전파식별 리더(120)는 비콘에 포함된 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 확인하여 - 10 dbm에 대응하는 거리인 21 m를 파악할 수 있고, 이를 통해 전파식별 리더(120)는 특정 비콘 장치로부터 21 m 거리만큼 떨어져 있음을 알 수 있다. 물론 21 m의 거리는 2 차원적인 거리가 아닌 3 차원적인 거리이므로 상대적인 거리이다.
여기서, 특정 비콘 장치를 제 1 비콘 장치(110)라 가정한다면, 제 2 비콘 장치(112)와 제 3 비콘 장치(114)도 도시한 바와 같이 비콘을 송출할 수 있다. 하지만, 제 2 비콘 장치(112)와 제 3 비콘 장치(114)는 제 1 비콘 장치(110)와 설치된 주변의 전파 환경이 다를 수 있고 그에 따라 신호 감쇄의 정도가 다를 수 있어, 제 2 비콘 장치(112)와 제 3 비콘 장치(114)가 비콘 신호에 포함하는 신호 세기 대 거리에 대한 정보는 표 1과 동일하지 않고 각각 다를 수 있다.
즉, 제 1 비콘 장치(110) 내지 제 3 비콘 장치(114)는 각각 주변의 전파 환경이 다르고 그에 따른 신호 감쇄의 정도가 다르기 때문에, 동일한 신호의 세기를 갖는 비콘이 다다를 수 있는 거리가 다를 수 있으므로, 미리 신호의 세기에 대한 거리에 대한 정보를 측정하여 데이터베이스화한 후, 표 1과 같은 테이블로 생성하여 비콘을 통해 송출함으로써, 전파식별 리더(120)가 현재 위치를 정밀하게 측정할 수 있도록 한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 전파식별 리더가 현재 위치를 측정하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전파식별 리더가 각 비콘 장치로부터의 상대적인 거리를 파악하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
제 1 비콘 장치(110) 내지 제 3 비콘 장치(114)가 고정되어 설치된 상태에서, 전파식별 리더(120)가 도시한 바와 같이, 3 개의 비콘 장치의 비콘 송출 영역 내에 위치하면, 전파식별 리더(120)는 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터 제 1 비콘, 제 2 비콘, 제 3 비콘을 수신한다.
전파식별 리더(120)는 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터 수신한 제 1 비콘, 제 2 비콘, 제 3 비콘 각각의 세기를 측정하는데, 도시한 바와 같이, 제 1 비콘은 그 세기가 0 dbm이고, 제 2 비콘은 그 세기가 - 25 dbm이며, 제 3 비콘은 그 세기가 - 7 dbm이라 가정한다면, 제 1 비콘에 포함된 제 1 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 확인하여 0 dbm에 대응하는 거리인 d1을 파악할 수 있고, 제 2 비콘에 포함된 제 2 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 확인하여 - 25 dbm에 대응하는 거리인 d2를 파악할 수 있으며, 제 3 비콘에 포함된 제 3 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 확인하여 - 7 dbm에 대응하는 거리인 d3를 파악할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전파식별 리더가 각 비콘 장치로부터의 상대적인 거리와 각 비콘 장치의 기준 위치를 이용하여 현재 위치를 계산하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4a를 통해 전술한 바와 같이, 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터 수신한 각 비콘(제 1 비콘, 제 2 비콘, 제 3 비콘)의 세기를 측정하여 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터의 상대적인 거리를 파악한 전파식별 리더(120)는 각 비콘 즉, 제 1 비콘, 제 2 비콘 및 제 3 비콘에 각각 포함된 제 1 기준 위치에 대한 정보, 제 2 기준 위치에 대한 정보 및 제 3 기준 위치에 대한 정보를 확인한다.
여기서, 제 1 기준 위치에 대한 정보, 제 2 기준 위치에 대한 정보 및 제 3 기준 위치에 대한 정보는 각각 각 비콘 장치(110, 112, 114)의 x축, y축, z축 좌표에 대한 정보로서 3 차원 좌표 정보이다.
여기서, 도시한 바와 같이 제 1 기준 위치에 대한 정보를 (x1, y1, z1)이라 가정하고, 제 2 기준 위치에 대한 정보를 (x2, y2, z2)라 가정하며, 제 3 기준 위치에 대한 정보를 (x3, y3, z3)라 가정하면, 전파식별 리더(120)는 전술한 바와 같이 파악한 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터의 상대적인 거리와 각 비콘 장치(110, 112, 114)의 3 차원 좌표 정보를 이용하여 삼각측량법으로 현재 위치를 계산할 수 있다.
즉, 전파식별 리더(120)의 현재 위치의 3 차원 좌표를 (x, y, z)라고 가정하면, 삼각측량법을 이용하여 현재 위치에 대한 방정식을 아래의 수학식 1과 같이 도출할 수 있다.
(x1 - x)2 + (y1 - y)2 + (z1 - z)2 = (d1 - err)2
(x2 - x)2 + (y2 - y)2 + (z2 - z)2 = (d2 - err)2
(x3 - x)2 + (y3 - y)2 + (z3 - z)2 = (d3 - err)2
여기서, err은 거리에 대한 오차로서, 현재 위치에 대한 허용 오차율에 따라 결정할 수 있는 상수이다.
또한, x1, y1, z1, d1은 제 1 기준 위치에 대한 정보와 제 1 비콘 장치(110)로부터의 상대적인 거리이므로 제 1 비콘을 통해 확인할 수 있는 상수이며, x2, y2, z2, d2는 제 2 기준 위치에 대한 정보와 제 2 비콘 장치(110)로부터의 상대적인 거리이므로 제 2 비콘을 통해 확인할 수 있는 상수이며, x3, y3, z3, d3는 제 3 기준 위치에 대한 정보와 제 3 비콘 장치(110)로부터의 상대적인 거리이므로 제 3 비콘을 통해 확인할 수 있는 상수이다.
따라서, 수학식 1에서 도출된 3 개의 방정식에서 x, y, z만이 알고자 하는 변수이므로 3 개의 방정식을 연립하여 풀면, 전파식별 리더(120)의 현재 위치에 대한 3 차원 좌표 (x, y, z)를 계산할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 전파식별 시스템에 고정된 위치에 비콘을 송출하는 비콘 장치를 적어도 3 개 이상 구축하여, 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터 전파식별 리더(120)가 현재 위치를 결정하는데 도움이 되는 정보인 각 비콘 장치(110, 112, 114)의 기준 위치에 대한 정보와 각 비콘 장치(110, 112, 114)가 위치한 주변의 전파환경을 고려한 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 비콘에 포함시켜 송출하도록 함으로써, 전파식별 리더(120)가 각 비콘 장치(110, 112, 114)로부터 수신한 제 1 비콘, 제 2 비콘, 제 3 비콘의 세기를 측정하고 각 비콘의 신호의 세기에 대한 상대적인 거리를 파악한 후, 각 비콘 장치(110, 112, 114)의 3 차원적인 좌표를 이용하여 현재 위치를 계산하도록 함으로써, 이동하는 전파식별 리더(120)가 자신의 위치를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 각 비콘 장치(110, 112, 114)의 주변 전파 환경을 고려할 수 있어 위치를 정밀하게 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 전파식별 리더가 이동한 속도 및 이동한 방향을 측정하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4a 및 도 4b를 통해 전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따 른 전파식별 리더(120)는 적어도 3 개 이상의 비콘 장치를 이용하여 자신의 현재 위치를 측정할 수 있다.
한편, 전파식별 리더(120)는 전파식별 시스템 상에서 자유롭게 이동할 수 있는데, 이동하는 동안에도 자신의 위치를 계속해서 측정할 수 있다. 이하에서는 전파식별 리더(120)가 전파식별 시스템 내에서 이동하는 동안 이동한 속도와 이동한 방향을 계산 또는 측정하는 과정에 대해 설명한다.
전파식별 리더(120)가 도시한 바와 같이, A 지점으로부터 B 지점으로 이동하였다고 가정하고, A 지점의 3 차원 좌표를 (x1, y1, z1), B 지점의 3 차원 좌표를 (x2, y2, z3)라고 가정하면, 전파식별 리더(120)의 이동한 속도는 수학식 2와 같이 도출될 수 있다.
Figure 112009004220696-pat00002
즉, 속도는 거리에 대한 시간으로 나타낼 수 있으므로, 전파식별 리더(120)는 자신이 이동한 거리를 이동한 시간으로 나누면 이동한 속도를 계산할 수 있다. 이는 이동하기 전의 위치로부터 이동한 위치까지의 거리를 이동한 속도로 나누어 이동한 속도를 계산하는 것이다.
또한, 전파식별 리더(120)의 이동 방향은 수학식 3과 같이 도출될 수 있다.
벡터 d = (x2 - x1, y2 - y1, z2 - z1)
즉, 이동하기 전의 위치의 x축, y축, z축 좌표로부터 이동한 후의 위치의 x축, y축, z축 좌표까지의 벡터가 이동한 방향이 된다.
따라서, 전파식별 리더(120)는 수학식 2 및 수학식 3과 같이 계산함으로써, 이동한 속도 및 이동한 방향을 계산할 수 있고, 이와 같이 계산한 이동한 속도 및 이동한 방향을 이용하여 전파식별 리더(120)의 목적지까지 올바르게 이동하고 있는지 여부를 확인할 수도 있고, 목적지까지 이동할 방향과 속도를 계산하고 예측하는 데 활용할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위한 전파식별 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치 측정 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비콘 장치에서 비콘을 송출하는 모습을 나타낸 예시도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 전파식별 리더가 현재 위치를 측정하는 과정을 설명하기 위한 예시도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 전파식별 리더가 이동한 속도 및 이동한 방향을 측정하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 제 1 비콘 장치 112: 제 2 비콘 장치
114: 제 3 비콘 장치 120: 전파식별 리더
130: 전파식별 태그

Claims (10)

  1. 이동하는 중에 전파식별을 이용하여 전파식별 태그에 저장된 정보를 수신하는 전파식별 리더로 비콘을 송출하는 비콘 장치에 있어서,
    상기 비콘을 송출하는 비콘 송출 수단;
    고정된 기준 위치의 전파 환경에 따른 비콘의 신호 세기별로 상기 기준 위치로부터의 상대적인 거리를 측정하고 대응시켜 데이터베이스화한 정보인 신호 세기 대 거리에 대한 정보 및 기준 위치에 대한 정보를 저장하며, 상기 신호 세기 대 거리에 대한 정보 및 상기 기준 위치에 대한 정보를 상기 비콘에 포함시켜 송출하도록 제어하는 소프트웨어를 저장하는 메모리; 및
    상기 소프트웨어를 실행하여 상기 비콘 송출 수단으로 하여금 상기 신호 세기 대 거리에 대한 정보 및 상기 기준 위치에 대한 정보를 상기 비콘에 포함시켜 송출하도록 제어하는 마이크로프로세서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위한 비콘 장치.
  2. 전파식별 태그로부터 전파식별을 이용하여 기 저장된 정보를 수신하되, 복수 개의 비콘 장치로부터 복수 개의 비콘 신호를 수신하여 현재 위치를 측정하는 전파식별 리더에 있어서,
    이동하는 중에 상기 복수 개의 비콘 장치로부터 복수 개의 비콘을 수신하면, 각 비콘 장치로부터 수신한 각 비콘의 신호 세기를 측정하고, 상기 각 비콘에 포함된 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 이용하여 상기 각 비콘 장치로부터의 상대 거리를 확인하고, 상기 각 비콘에 포함된 기준 위치에 대한 정보를 이용하여 상기 각 비콘의 기준 위치를 확인하며, 상기 각 비콘 장치의 기준 위치와 상기 각 비콘 장치로부터의 상대 거리를 이용하여 삼각측량법으로 상기 현재 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위한 전파식별 리더.
  3. 전파식별 태그, 전파식별 리더 및 복수 개의 비콘 장치를 포함하는 전파식별 시스템에서, 상기 전파식별 리더의 현재 위치를 측정하는 방법에 있어서,
    기준 위치에 고정되는 상기 복수 개의 비콘 장치가 각각의 전파 환경에 따른 비콘의 신호 세기별로 기준 위치로부터의 상대적인 거리를 측정하고 대응시켜 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 데이터베이스화하는 신호 세기 대 거리 데이터베이스화 단계;
    상기 복수 개의 비콘 장치가 기준 위치에 대한 정보 및 상기 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 비콘에 포함시켜 송출하는 비콘 송출 단계;
    상기 전파식별 리더가 상기 복수 개의 비콘 장치로부터 복수 개의 비콘을 수신하는 비콘 수신 단계; 및
    상기 전파식별 리더가 상기 복수 개의 비콘 중 신호의 세기가 큰 3 개의 비콘에 포함된 기준 위치에 대한 정보 및 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 이용하여 상기 현재 위치를 계산하는 현재 위치 계산 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치 측정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 현재 위치 계산 단계는,
    상기 신호의 세기가 큰 3 개의 비콘에 포함된 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 이용하여 상기 신호의 세기가 큰 3 개의 비콘을 송출하는 비콘 장치로부터의 상대적인 거리를 계산하는 거리 계산 단계;
    상기 신호의 세기가 큰 3 개의 비콘에 포함된 기준 위치에 대한 정보를 이용하여 상기 신호의 세기가 큰 3 개의 비콘을 송출하는 비콘 장치의 기준 위치를 파악하는 기준 위치 파악 단계; 및
    상기 신호의 세기가 큰 3 개의 비콘 장치의 기준 위치와 상기 신호의 세기가 큰 3 개의 비콘을 송출하는 비콘 장치로부터의 상대적인 거리를 이용하여 상기 현재 위치를 계산하는 위치 계산 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치 측정 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 현재 위치 계산 단계는,
    삼각측량법으로 상기 현재 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치 측정 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 위치 측정 방법은,
    상기 전파식별 리더가 상기 현재 위치로부터 다음 위치로 이동하는 이동 단계;
    상기 전파식별 리더가 상기 현재 위치로부터 상기 다음 위치까지의 이동한 속도 및 이동한 방향을 계산하는 속도 및 방향 계산 단계; 및
    상기 이동한 속도 및 상기 이동한 방향을 이용하여 목적지까지 올바르게 이동하고 있는지 여부를 확인하는 이동 여부 확인 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치 측정 방법.
  7. 위치를 측정하는 전파식별 시스템에 있어서,
    전파식별을 이용하여 기 저장된 정보를 송신하는 전파식별 태그;
    제 1 기준 위치에 고정되어 제 1 비콘을 송출하되, 상기 제 1 비콘에 제 1 기준 위치에 대한 정보 및 제 1 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 포함시켜 송출하는 제 1 비콘 장치;
    제 2 기준 위치에 고정되어 제 2 비콘을 송출하되, 상기 제 2 비콘에 제 2 기준 위치에 대한 정보 및 제 2 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 포함시켜 송출하는 제 2 비콘 장치;
    제 3 기준 위치에 고정되어 제 3 비콘을 송출하되, 상기 제 3 비콘에 제 3 기준 위치에 대한 정보 및 제 3 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 포함시켜 송출하는 제 3 비콘 장치;
    이동하는 중에 상기 전파식별을 이용하여 상기 전파식별 태그로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 제 1 비콘 장치 내지 상기 제 3 비콘 장치로부터 상기 제 1 비콘 내지 상기 제 3 비콘을 수신하면, 상기 제 1 비콘 내지 상기 제 3 비콘의 신호 세기를 측정하고, 상기 제 1 신호 세기 대 거리에 대한 정보 내지 상기 제 3 신호 세기 대 거리에 대한 정보를 이용하여 상기 제 1 비콘 장치 내지 상기 제 3 비콘 장치로부터의 상대 거리를 확인한 후, 상기 제 1 비콘 장치 내지 상기 제 3 비콘 장치의 기준 위치와 상기 제 1 비콘 장치 내지 상기 제 3 비콘 장치로부터의 상대 거리를 이용하여 하기 수학식으로 현재 위치를 계산하는 전파식별 리더; 및
    상기 제 1 비콘 장치 내지 상기 제 3 비콘 장치에 구비되어 각 비콘 장치의 전파 환경에 따른 비콘의 신호 세기별로 기준 위치로부터의 상대적인 거리를 측정하여 대응시킨 상기 제 1 신호 세기 대 거리에 대한 정보 내지 상기 제 3 신호 세기 대 거리에 대한 정보 및 상기 제 1 기준 위치에 대한 정보 내지 상기 제 3 기준 위치에 대한 정보를 저장하는 데이터베이스
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위한 전파식별 시스템.
    (x1 - x)2 + (y1 - y)2 + (z1 - z)2 = (d1 - err)2
    (x2 - x)2 + (y2 - y)2 + (z2 - z)2 = (d2 - err)2
    (x3 - x)2 + (y3 - y)2 + (z3 - z)2 = (d3 - err)2
    여기서, err은 거리에 대한 오차, x1, y1, z1은 상기 제 1 기준 위치에 대한 정보, d1은 상기 제 1 비콘 장치로부터의 상대 거리, x2, y2, z2는 상기 제 2 기준 위치에 대한 정보, d2는 상기 제 2 비콘 장치로부터의 상대 거리, x3, y3, z3은 상기 제 3 기준 위치에 대한 정보, d3는 상기 제 3 비콘 장치로부터의 상대 거리, x, y, z는 현재 위치에 대한 3 차원 좌표를 나타낸다.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전파식별 리더는,
    이동하기 전의 위치 및 이동한 후의 위치를 계산하고, 상기 이동하기 전의 위치로부터 상기 이동한 후의 위치까지의 속도 및 방향을 계산하는 것을 특징으로 하는 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위한 전파식별 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 전파식별 리더는,
    상기 이동하기 전의 위치로부터 상기 이동한 후의 위치까지 이동한 시간을 측정하고, 상기 이동하기 전의 위치로부터 상기 이동한 후의 위치까지의 거리를 계산한 후, 상기 거리에 대한 상기 시간을 상기 속도로서 계산하는 것을 특징으로 하는 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위한 전파식별 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 전파식별 리더는,
    상기 이동하기 전의 위치로부터 상기 이동한 후의 위치까지의 벡터를 계산하여 상기 방향을 계산하는 것을 특징으로 하는 비콘을 이용한 전파식별 리더의 위치를 측정하기 위한 전파식별 시스템.
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