KR101436400B1 - 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 방법 및 시스템 - Google Patents

전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와이파이 시스템에서의 액세스 포인트(AP)를 이용하여 건물 내에 위치한 무선단말의 위치를 측정하되, AP가 위치하는 건물의 전자지도를 적용하여 측위하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 무선단말의 측위를 위해 최초로 설정한 복수의 AP가 이루는 다각형 외부에서 1개 이상의 추가 측위를 수행하여 최종 측위점을 선택함으로써 정확한 측위가 수행되도록 한다. 또한 건물 내 구조에 따른 신호감쇠 등을 적용하기 위하여 건물의 전자지도를 적용하여 측위를 보정함으로써, 더욱 정밀한 측위가 수행되도록 한다.

Description

전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR WIFI-BASED INDOOR POSITIONING, BY USING ELECTRONIC MAP}
본 발명은 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와이파이 시스템에서의 액세스 포인트(AP)를 이용하여 건물 내에 위치한 무선단말의 위치를 측정하되, AP가 위치하는 건물의 전자지도를 적용하여 측위하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
종래에는 무선 단말의 위치를 측정하기 위하여 특정 셀 내에 존재하는 복수의 기지국을 이용하는 삼각측량의 방법이 개시되었다. 그러나 그러한 방법에 의한 실내 측위의 경우, 측위오차가 수십 내지 수백 미터에 달하여, 정밀한 측위가 되지 못하여 왔다. 한편, 실내 측위에 이용하는 WIFI 측위 기술의 경우에도 측위 오차는 10미터 내외를 나타내어, 정밀도를 요하는 실내 내비게이션 등에 사용하기에는 문제점이 있어왔다. 이를 해결하기 위해 와이파이 측위에 대하여, 가중 중점 알고리즘(weighted centroid algorithm)이 개시되었다. 그러나 이 방법을 사용할 경우, 측위점은 복수의 AP가 형성하는 다각형 내부에만 형성되며, 측위시 사용되는 신호세기의 왜곡과 AP 위치에 따라서 오류를 내포한 측위가 되는 경우가 자주 발생하는 문제점이 있었다. 또한 건물 내 벽의 존재와 같은 건물 구조에 따른 신호감쇠 등이 적절히 고려되지 않는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 무선단말의 측위를 위해 최초로 설정한 복수의 AP가 이루는 다각형 외부에서 1개 이상의 추가 측위를 수행하여 최종 측위점을 선택함으로써 정확한 측위가 수행되도록 하는데 그 목적이 있다. 또한 건물 내 구조에 따른 신호감쇠 등을 적용하기 위하여 건물의 전자지도를 적용하여 측위를 보정함으로써, 더욱 정밀한 측위가 수행되도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른, 와이파이 기반 실내측위 시스템이, 실내측위를 수행하는 방법은, (a) 측위 대상 단말(이하 '측위 단말'이라 한다)에 대한 측위를 수행하기 위한 복수의 각 액세스포인트(이하, '측위 AP'라 한다)로부터, 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호세기 측정값을 수신하는 단계; (b) 상기 신호세기 측정값을 이용하여 상기 측위 단말에 대한 측위점을 산출하는 단계; 및 (c) 산출된 측위점에, 상기 측위 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터 상의 신호 감쇠를 일으키는 건물 구성요소(이하 '신호감쇠요소'라 한다)에 따른 신호감쇠를 적용하여 보정된 측위점을 산출하는 단계를 포함하고, 상기 단계(b)는, (b1) 상기 신호세기 측정값으로부터, 상기 측위 단말에 대한 측위점이 상기 측위 AP들이 이루는 다각형(이하 '제1 다각형'이라 한다) 내부에 있는지 또는 외부에 있는지 여부를 판단하는 단계; (b2) 상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 다각형 외부의 일 지점에 가상의 측위 AP를 설정하는 단계; 및 (b3) 상기 측위 AP들을 이용하여 상기 측위 단말에 대한 측위점을 산출하는 단계를 포함한다.
삭제
상기 단계(b1)은, (b11) 상기 신호세기 측정값으로부터 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호거리를 산출하는 단계; 및 (b12) 상기 각 신호거리 산출값 중 하나 이상이 상기 모든 측위 AP 간 거리보다 큰 경우 상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단하고, 상기 모든 신호거리 산출값이 상기 각 측위 AP 간 거리보다 작은 경우 상기 측위점이 상기 제1 다각형 내부에 있는 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계(b3)에서 측위점의 산출은, 상기 단계(b1)에서 측위점이 상기 제1 다각형 내부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP들에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함으로써 이루어지고, 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP 중 일부와 상기 가상의 측위 AP에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함으로써 이루어질 수 있다.
상기 단계(c)는, (c1) 상기 단계(b)에서 구한 상기 측위 단말의 측위점과 측위 AP 사이에 신호 감쇠를 일으키는 건물 구성요소(이하 '신호감쇠요소'라 한다)가 있는지를, 상기 측위 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터에서 파악하는 단계; (c2) 신호감쇠요소가 존재하는 경우, 해당 측위 AP와 측위점 사이의 신호 거리 산출값을 그 신호 감쇠를 적용하여 보정하는 단계; 및 (c3) 상기 단계(c2)에서 보정된 신호 거리 산출값으로부터, 해당 측위 AP 들에 의하여 상기 측위단말의 보정된 측위점을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계(c2)는, (c21) 신호감쇠요소가 존재하는 경우, 건물의 전자 지도 데이터에서 상기 신호감쇠요소에 해당하는 감쇠상수를 검색하는 단계; 및 (c22) 해당 AP와 측위점 사이의 신호 거리 산출값에, 상기 검색된 감쇠상수를 적용하여 신호 거리 산출값을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계(b12)의 각 AP간 거리는, AP 정보 데이터베이스에 저장되어 있는 각 AP의 위치정보로부터 산출될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위를 수행하는 시스템은, 측위 대상 단말(이하 '측위 단말'이라 한다)에 대한 측위를 수행하기 위한 복수의 각 액세스포인트(이하, '측위 AP'라 한다)로부터, 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호세기 측정값을 수신하는 신호세기 측정값 수신모듈; 상기 신호세기 측정값을 이용하여 측위 단말에 대한 측위점을 산출하는 측위점 산출부; 상기 측위점 산출부가 산출한 측위점에, 상기 측위 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터 상의 신호 감쇠를 일으키는 건물 구성요소(이하 '신호감쇠요소'라 한다)에 따른 신호감쇠를 적용하여 보정된 측위점을 산출하는 측위 보정모듈; AP 정보를 포함하는 데이터를 저장하는 AP 정보 데이터베이스; 상기 측위 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터를 저장하는 전자 지도 데이터베이스; 상기 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 시스템의 각 구성요소를 제어하여 와이파이 기반 실내측위 수행과 관련된 일련의 처리를 수행하는 제어부를 포함하고, 상기 측위점 산출부는, 상기 신호세기 측정값으로부터, 상기 측위 단말에 대한 측위점이 상기 측위 AP들이 이루는 다각형(이하 '제1 다각형'이라 한다) 내부에 있는지 또는 외부에 있는지 여부를 판단하는 측위점 존재영역 판단모듈; 상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 다각형 외부의 일 지점에 가상의 측위 AP를 설정하는 가상 측위 AP 설정모듈; 및 상기 측위 AP들을 이용하여 상기 측위 단말에 대한 측위점을 산출하는 측위 수행모듈을 포함한다.
삭제
상기 측위점 존재영역 판단모듈은, 상기 신호세기 측정값으로부터 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호거리를 산출하고, 상기 각 신호거리 산출값 중 하나 이상이 상기 모든 측위 AP 간 거리보다 큰 경우 상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단하고, 상기 모든 신호거리 산출값이 상기 각 측위 AP 간 거리보다 작은 경우 상기 측위점이 상기 제1 다각형 내부에 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 측위 수행모듈의 측위점 산출은, 상기 측위점 존재영역 판단모듈에 의해 측위점이 상기 제1 다각형 내부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP들에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함으로써 이루어지고, 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP 중 일부와 상기 가상의 측위 AP에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함으로써 이루어질 수 있다.
상기 측위 보정모듈은, 상기 측위 수행모듈이 산출한 상기 측위 단말의 측위점과 측위 AP 사이에 신호 감쇠를 일으키는 건물 구성요소(이하 '신호감쇠요소'라 한다)가 있는지를, 상기 측위 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터에서 파악하고, 신호감쇠요소가 존재하는 경우, 해당 측위 AP와 측위점 사이의 신호 거리 산출값을 그 신호 감쇠를 적용하여 보정하고, 보정된 신호 거리 산출값으로부터, 해당 측위 AP 들에 의하여 상기 측위단말의 보정된 측위점을 산출할 수 있다.
상기 신호 거리 산출값의 보정은, 신호감쇠요소가 존재하는 경우, 상기 전자 지도 데이터베이스에서 상기 신호감쇠요소에 해당하는 감쇠상수를 검색하여, 해당 AP와 측위점 사이의 신호 거리 산출값에, 상기 검색된 감쇠상수를 적용함으로써 이루어질 수 있다.
상기 AP 정보 데이터베이스에 저장되어 있는 AP 정보에는, 각 AP의 위치정보를 포함하고, 상기 각 측위 AP간 거리는, 상기 각 AP의 위치정보로부터 산출될 수 있다.
본 발명에 의하면, 무선단말의 측위를 위해 최초로 설정한 복수의 AP가 이루는 다각형 외부에서 1개 이상의 추가 측위를 수행하여 최종 측위점을 선택함으로써 정확한 측위가 수행되도록 하는 효과가 있다. 또한 건물 내 구조에 따른 신호감쇠 등을 적용하기 위하여 건물의 전자지도를 적용하여 측위를 보정함으로써, 더욱 정밀한 측위가 수행되도록 하는 효과가 있다.
도 1은 기존의 측위방법으로서, AP가 이루는 다각형 내부에서 측위점이 결정되는 경우를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 측위방법으로서, 최초 설정한 AP가 이루는 다각형 외부에서 측위점이 결정되는 경우를 나타내는 도면.
도 3은 측위시 건물의 구조를 고려해야 하는 필요성을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른, 건물의 전자지도를 적용하여 최종 보정된 측위점을 산출하는 원리를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 실내 측위를 수행하기 위한 네트워크 구성을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른, 최초 설정한 AP가 이루는 다각형 외부에서 측위점을 결정하면서 전자지도를 적용하여 측위점을 최종 보정하는 방법을 나타내는 순서도.
도 7은 본 발명에 따른 측위방법을 수행하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 시스템의 구성을 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 기존의 측위방법으로서, AP(21,22,23)가 이루는 다각형 내부에서 측위점이 결정(30)되는 경우를 나타내는 도면이다.
각각의 원은 각 AP(21,22,23)에서 측위 대상 단말(이하 '측위 단말'이라 한다)(10)까지의 거리를 신호에 의해 측정한 거리(이하 '신호 거리'라 한다)와 동일한 거리를 나타낸다. 예를 들어 AP와 상기 측위 단말(10) 사이의 신호세기를 측정하여 이로부터 산출되는 거리를 신호거리라 할 수 있다. 이와 같이 산출된 신호거리 산출값을 이용하여 삼각측량으로 상기 측위 단말(10)의 위치를 측위 할 수도 있고, 신호의 세기를 고려하여 가중 중점 알고리즘(weighted centroid algorithm)을 이용하여 측위를 수행할 수도 있다.
가중 중점 알고리즘이란, 수학식 1과 같은 수식에 의해 측위 단말의 위치를 측정하는 것이다.
Figure 112012089489319-pat00001
위 수학식 1에서
Figure 112012089489319-pat00002
는 k번째 AP의 좌표,
Figure 112012089489319-pat00003
는 측위 단말로부터 k번째 AP에 수신된 신호의 세기에 비례하여 부여되는 가중치, n은 측위를 수행하는 AP의 수,
Figure 112012089489319-pat00004
는 산출된 측위 단말의 위치를 나타내는 좌표를 의미한다.
가중 중점 알고리즘은 항상 AP가 형성하는 다각형 내부에 측위점이 형성된다. 따라서, 측위시 사용되는 신호세기의 왜곡과 AP 위치에 따라서 오류를 내포하는 측위를 수행하는 경우가 종종 발생한다.
도 1의 경우는 실제 측위 단말(10)의 위치가 AP(21,22,23)에 의해 형성되는 다각형 내부에 존재하는 경우로서, 이러한 경우에는 전술한 가중 중점 알고리즘에 의해 비교적 정확한 위치를 측위해 낼 수 있게 된다.
이하 도 2는, 실제 측위 단말(10)의 위치가 AP(21,22,23)에 의해 형성되는 다각형 외부에 존재하는 경우로서, 이러한 경우에는 전술한 바와 같은 단순한 가중 중점 알고리즘 만으로는 정확한 위치를 측위해 내기 어려우며, 본 발명에서 제안하는 방법을 적용하여 더욱 정확한 위치를 측위해 낼 수 있고, 이하에서 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 측위방법으로서, 최초 설정한 AP가 이루는 다각형 외부에서 측위점이 결정되는 경우를 나타내는 도면이다.
실제 측위단말이 AP(21,22,23)에 의해 형성되는 다각형 외부에 존재하고 있다고 판단하는 기준은 다음과 같다.
각 AP(21,22,23) 중 특정 AP에 의해서 형성되는 신호거리가 모든 AP 사이의 거리, 즉 AP1-AP2 간 거리, AP2-AP3 간 거리, AP3-AP1 간 거리보다 클 경우, 측위 단말은 AP(21,22,23)에 의해 형성되는 다각형 외부에 존재하고 있다고 판단한다.
도 2의 경우는 AP1에 의해 형성되는 신호 거리가 그와 같은 조건을 충족하므로 측위 단말(10)이 AP(21,22,23)에 의해 형성되는 다각형 외부에 존재하고 있다고 판단하게 된다. 이 경우는 위 다각형 외부에 가상의 AP를 설정(24)하여, AP(22,23,24)에 의해 형성되는 새로운 다각형을 설정하고, AP(22,23,24)에 가중 중점 알고리즘 또는 중점 알고리즘을 적용하여 형성된 새로운 다각형 내부에서 측위단말의 위치를 측정해 내게 된다. 가상의 AP의 위치를 결정하는 방식에는,
1) 기존 AP(21,22,23)가 이루는 다각형(제1 다각형)을 특정 AP를 기준으로 회전 및 대칭시키는 방법으로서, 도 2에서 가상 AP(24)의 위치를 결정한 방식이다.
2) 신호거리 및 중첩거리를 이용하여 확장/축소시키는 방법
3) 내부 다각형의 가중 중점 측위점을 이용하여 확장/축소시키는 방법
등이 있을 수 있다.
가중 중점 알고리즘에 대하여는 도 1을 참조하여 전술한 바 있다.
한편, 중점 알고리즘이란, AP(22,23,24)의 신호세기를 고려하지 않고, AP(22,23,24)가 이루는 다각형의 무게중심을 측위점으로 측정해내는 것이다. 가상의 AP(24)가 포함된 AP(22,23,24)에 대하여, 신호세기를 고려하는 가중 중점 알고리즘을 적용하려면, 가상 AP(24)에 대하여 적절한 신호의 세기를 결정해 주어야 한다. 이때 기존 AP의 신호세기를 고려하여 결정하게 된다.
기존 AP(21,22,23) 이외에도 와이파이 기반 실내측위 시스템(100)이 관리하는 AP가 존재할 경우에는 그 AP들 중에서 선택하여 추가측위 AP로서 설정할 수 있다. 그러나 기존 AP(21,22,23) 이외에 와이파이 기반 실내측위 시스템(100)이 관리하는 AP가 존재하지 않을 경우에는 기존 다각형 외부의 특정 위치에 가상 AP를 측위 AP(24)로서 설정할 수 있다. 도 2에는 기존 AP(21,22,23)에 의해 측위된 측위 단말의 위치(40), 가상 AP(24)를 설정하여 측위된 측위 단말의 위치(50) 및 측위 단말의 실제 위치(10)가 도시되어 있다. 이 경우 추가측위 AP(24)를 설정하여 측위된 측위 단말의 위치(50)가 측위 단말의 실제 위치(10)에 훨씬 더 근접해 있는 것을 볼 수 있다.
도 3은 측위시 건물의 구조를 고려해야 하는 필요성을 설명하기 위한 도면이다.
도면에서 6개의 사각형들(90)은 평면도로서, 건물 내 방(room)을 나타내며, 그 사이 공간들은 복도와 같은 통로를 나타내고 있다. 이와 같은 건물의 구조는 전자지도로서 본 발명의 실내측위 시스템(100)의 전자지도 데이터베이스에 저장된다. 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 외부 다각형에 의한 측위점(61)이 도시되어 있다. 즉, AP(21,22,23) 중 특정 AP에 의한 신호거리가 상기 3개의 AP간 거리 모두보다 클 경우, 3개의 AP(21,22,23)로 이루어지는 다각형 외부에 실제 측위 대상 단말이 존재한다고 판단하고, 외부에 추가측위(25)를 설정하여 그 AP(22,23,25)에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함으로써 측위 대상 단말의 위치라고 결정한 측위점(61)인 것이다. 그러나, 이는 건물의 구조를 고려하지 않은 상태에서 신호를 이용하여 측정한 거리 값들에 의해 산출한 위치로써, 실제로 측위 대상 단말과 AP 간에 건물 벽과 같은 장애물이 존재한다면, AP와 측위 대상 단말과의 거리는 조정되어야 한다. AP1(21)과 측위점(61) 간의 신호는 2 개의 벽(1,2)을 통과함으로써 2번의 신호감쇠가 일어난다. 마찬가지로 AP2(22)와 측위점(61) 간의 신호 역시 2 개의 벽(3,4)을 통과함으로써 2번의 신호감쇠가 일어난다. 이 경우, 예를 들어 AP2(22)와 측위 단말 간의 실제 거리는, AP2(22)와 측위 단말 간에 신호세기 측정값을 이용하여 산출된 신호거리보다 더 가깝게 된다. 왜냐하면, 실제로는 더 가까운 거리에 있지만 그 사이에 존재하는 벽에서 일어난 신호 감쇠로 인해, 신호거리 산출값은 더 큰 값이 되어, 더 먼 거리에 있는 것처럼 판단된 것이기 때문이다. 따라서 신호거리 산출값을 더 감소된 값으로 보정하게 된다. 이와 같이 보정된 신호거리 산출값을 이용하여 보정된 측위점(62)을 구함으로써, 건물의 구조를 나타내는 전자지도를 적용하여 더욱 정밀한 측위를 수행할 수 있게 된다. 이하에서는 도 4를 참조하여, 이와 같은 전자지도를 적용한 측위방법을 좀 더 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른, 건물의 전자지도를 적용하여 최종 보정된 측위점을 산출하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
왼쪽 도면(410)은 3개의 AP(21,22,23)에 대하여 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 외부다각형(21,23,26)을 이용한 측위방법에 의해 측위 대상 단말이 존재하는 것으로 측정된 측위점(64)을 구한 상태를 나타낸다. 기존의 3개의 AP(21,22,23)를 이용하여 가중 중점 알고리즘을 적용해 구한 1차 측위점(65)보다 측위 대상 단말의 실제위치(63)와 더욱 근접한 위치로 측정되었음을 볼 수 있다.
오른쪽 도면(420)은 건물의 전자지도를 이용하여, 신호의 감쇠까지 반영하여 보정한 최종측위점을 구한 상태를 나타낸다. 왼쪽 도면(410)에서와 같이 구한 측위점(64)과 AP1(21)간의 신호는 건물 벽에 의한 감쇠(6)가 한번 일어난다. 또한 측위점(64)과 AP2(22)간의 신호 역시 건물 벽에 의한 감쇠(5)가 한번 일어난다. 이로 인하여, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 측위 단말과 AP1(21)간의 신호거리 산출값을 감소 보정(73) 하게 되고, 감소된 신호 거리를 나타내는 원(74)은 도시된 바와 같게 된다. 마찬가지로 측위 단말과 AP2(22)간의 신호거리 산출값도 감소 보정(71) 하게 되고, 감소된 신호 거리를 나타내는 원(72)은 도시된 바와 같게 된다. 이와 같이 감소 보정된 신호거리 산출값을 이용하여 AP(21,23,26)에 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용하여 최종적으로 보정된 측위점(66)을 구한다.
도 5는 본 발명에 따른 실내 측위를 수행하기 위한 네트워크 구성을 나타내는 도면이다.
실내측위 시스템(100)은, 특정 지역 또는 특정 건물에 설치된 다수의 AP(21,22,23)과 망을 통하여 연결되어 그 AP들을 관리하며, 그러한 AP들을 이용하여 주변에 위치하는 특정 단말(10)의 위치를 측위해 낸다. 다만, 본 도면에서는 와이파이 기반 실내측위 시스템(100)을 별도의 시스템으로 도시하였으나, 이와 같이 네트워크에 연결된 별도의 시스템일 수도 있고, 또는 단말(10)에 설치된 실내측위 프로그램 동작에 의하여 단말(10)이 그러한 실내측위 시스템의 역할을 수행할 수도 있다. 본 발명에 따른 AP들을 이용한 측위방법의 원리는, 도 2를 참조하여 설명한 바 있으며, 이하 도 4의 순서도를 참조하여 수행하는 단계별로 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른, 최초 설정한 AP가 이루는 다각형 외부에서 측위점을 결정하면서 전자지도를 적용하여 측위점을 최종 보정하는 방법을 나타내는 순서도이다.
와이파이 기반 실내측위 시스템(100)은, 측위 대상 단말(이하 '측위 단말'이라 한다)(10)에 대한 측위를 수행하기 위한 복수의 각 액세스포인트(이하, '측위 AP'라 한다)로부터, 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호세기 측정값을 수신한다(S410). 수신한 신호세기 측정값으로부터, 측위 단말(10)에 대한 측위점이 상기 측위 AP들이 이루는 다각형(이하 '제1 다각형'이라 한다) 내부에 있는지 또는 외부에 있는지 여부를 판단하게 되는데, 먼저 수신한 신호세기 측정값으로부터 해당 측위 AP에서 측위 단말(10)까지의 신호거리를 산출한다(S420).
상기 각 신호거리 산출값 중 특정 AP(하나 또는 그 이상의 AP)의 신호 거리 산출값이 상기 모든 측위 AP 간 거리(AP1-AP2 간 거리, AP2-AP3 간 거리, AP3-AP1 간 거리, 도 2 참조)보다 큰 경우에는, 측위 단말(10)의 측위점이 기존 측위 AP(21,22,23)가 이루는 다각형 외부에 있는 것으로 판단하며, 이에 따라 상기 측위 AP들이 이루는 제1 다각형 외부의 일 지점에 가상의 AP를 설정(24)한 후(S441), 상기 AP들 중 일부(도 2의 경우 AP2,AP3)와 가상 AP(24)를 이용하여 상기 측위 단말에 대한 측위점을 산출한다(S442). 상기 각 AP간 거리는, AP 정보 데이터베이스에 저장되어 있는 각 AP의 위치정보로부터 산출된다. 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP 중 일부와 상기 가상의 측위 AP에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함으로써 이루어질 수 있다. 가중 중점 알고리즘을 적용하는 경우, 각 측위 AP의 신호세기를 고려하여야 하므로, 가상 AP(24)의 신호세기를 적절한 방법으로 결정한 후에 가중 중점 알고리즘을 적용하여야 한다.
그러나 상기 모든 AP(21,22,23)에 의한 신호거리 산출값이 상기 각 측위 AP 간 거리보다 작은 경우, 측위 단말(10)의 측위점이 기존 측위 AP(21,22,23)가 이루는 다각형 내부에 있는 것으로 판단하며, 상기 측위 AP들(21,22,23)만을 이용하여 상기 측위 단말(10)에 대한 측위점을 산출한다(S451). 이때 측위점의 산출은, 제1 다각형을 이루는 측위 AP들에 대하여 신호세기를 고려한 가중 중점 알고리즘을 적용하거나, 또는 중점 알고리즘을 적용함으로써 이루어진다.
이후, 전술한 단계(S441,S442) 또는 단계(S451)에서 구한 상기 측위 단말의 측위점에 상기 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터를 적용하여 보정된 측위점을 산출한다. 즉 전자 지도 데이터 상의 신호 감쇠를 일으키는 건물 구성요소(이하 '신호감쇠요소'라 한다)에 따른 신호감쇠를 적용하여 보정된 측위점을 산출한다.
이와 같이 전자지도를 적용하여 보정하는 단계를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전술한 단계(S441,S442) 또는 단계(S451)에서 구한 상기 측위 단말의 측위점과 측위 수행에 이용된 AP 사이에 신호 감쇠를 일으키는 건물 구성요소(이하 '신호감쇠요소'라 한다)가 있는지를, 상기 측위 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터에서 파악한다(S461). 이때 신호감쇠요소가 존재하는 경우, 해당 AP와 측위점 사이의 신호거리 산출값을 그 신호 감쇠를 적용하여 보정하는데, 즉 신호감쇠요소가 존재하는 경우, 건물의 전자 지도 데이터에서 상기 신호감쇠요소에 해당하는 감쇠상수를 검색하고(S462), 해당 AP와 측위점 사이의 신호거리 산출값에, 상기 검색된 감쇠상수를 적용하여 보정된 신호거리를 산출한다(S463). 이후, 이러한 보정된 신호거리 산출값으로부터, 해당 AP 들에 의하여 상기 측위단말의 측위를 수행함으로써 보정된 측위점을 산출한다(S464). 보정된 측위점의 산출 역시, 해당 AP들에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함으로써 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 측위방법을 수행하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 시스템(100)의 구성을 나타내는 도면이다. 자세한 측위원리 및 그 방법에 대하여는 이미 전술한 바 있으므로, 이하에서는 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 시스템(100)의 각 구성모듈별 기능을 중심으로 간략히 정리하여 서술한다.
제어부(110)는 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 시스템(100)의 각 구성요소를 제어하여 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 수행과 관련된 일련의 처리를 수행한다.
신호세기 측정값 수신모듈(120)은 측위 대상 단말(이하 '측위 단말'이라 한다)에 대한 측위를 수행하기 위한 복수의 각 액세스포인트(이하, '측위 AP'라 한다)로부터, 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호세기 측정값을 수신한다.
측위점 산출부(130)는 신호세기 측정값을 이용하여 측위 단말이 위치하는 지점의 산출, 즉 측위점을 산출한다. 이러한 측위점 산출부(130)는, 측위점 존재영역 판단모듈(131), 가상 측위 AP 설정모듈(132) 및 측위 수행모듈(133)을 포함할 수 있다.
측위점 존재영역 판단모듈(131)은 상기 신호세기 측정값으로부터, 상기 측위 단말에 대한 측위점이 상기 측위 AP들이 이루는 다각형(이하 '제1 다각형'이라 한다) 내부에 있는지 또는 외부에 있는지 여부를 판단한다. 즉, 상기 신호세기 측정값으로부터 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호거리를 산출하고, 상기 각 신호거리 산출값 중 하나 이상이 상기 모든 측위 AP 간 거리보다 큰 경우 상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단하고, 상기 모든 신호거리 산출값이 상기 각 측위 AP 간 거리보다 작은 경우 상기 측위점이 상기 제1 다각형 내부에 있는 것으로 판단하게 된다. 각 측위 AP간 거리는, AP 정보 데이터베이스(140)에 저장되어 있는 각 AP의 위치정보로부터 산출한다.
가상 측위 AP 설정모듈(132)은 상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 다각형 외부의 일 지점에 가상의 측위 AP를 설정한다.
측위 수행모듈(133)은 상기 측위 AP들을 이용하여 상기 측위 단말에 대한 측위점을 산출한다. 이때 상기 측위점 존재영역 판단모듈(131)에 의해 측위점이 상기 제1 다각형 내부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP들에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용하고, 상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP 중 일부와 상기 가상의 측위 AP에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함에 의해 측위점 산출이 이루어질 수 있다.
AP 정보 데이터베이스(140)는 AP 정보를 포함하는 데이터를 저장한다. 전술한 바와 같이 AP 정보 데이터베이스(140)에 저장되어 있는 AP 정보에는, 각 AP의 위치정보를 포함한다.
전자 지도 데이터베이스(150)는 상기 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터를 저장한다. 특히, 신호 감쇠를 일으키는 각각의 건물 구성요소(이하 '신호감쇠요소'라 한다)에 해당하는 감쇠상수를 저장할 수 있다. 이러한 신호감쇠요소에는 건물의 벽 등이 포함될 수 있으며, 그러한 각 위치에 존재하는 벽의 재질에 따라 상기 감쇠상수 값은 서로 다른 값이 저장되어 있을 수 있다.
측위 보정모듈(160)은, 상기 측위점 산출부(130)가 산출한 상기 측위 단말의 측위점에, 상기 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터 상의 신호감쇠요소에 따른 신호감쇠를 적용하여 보정된 측위점을 산출하는 역할을 수행한다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 측위 보정모듈(160)은, 먼저 측위점 산출부(130)가 산출한 측위 단말의 측위점과 측위 수행에 이용된 AP 사이에 신호감쇠요소가 있는지를, 상기 측위 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터에서 파악한다. 이때 신호감쇠요소가 존재하는 경우, 해당 AP와 측위점 사이의 신호 거리 측정값을 그 신호 감쇠를 적용하여 신호거리 산출값을 보정한다. 즉, 신호거리 산출값의 보정은, 신호감쇠요소가 존재하는 경우, 전자지도 데이터베이스(150)에서 상기 신호감쇠요소에 해당하는 감쇠상수를 검색하여, 해당 AP와 측위 단말 사이의 신호거리 산출값에, 상기 검색된 감쇠상수를 적용하여 신호거리 산출값을 보정함으로써 이루어지게 될 수 있다. 이와 같은 보정된 신호거리 산출값으로부터, 해당 AP 들에 의하여 상기 측위단말의 보정된 측위점을 산출하게 되는 것이다.
1,2,3,4,5,6: 신호감쇠지점
10,63: 측위 단말 실제위치
21,22,23: 측위 AP 24,25,26: 추가측위 AP
30,40: 기존 AP가 이루는 다각형 내부의 측위점
50,61,64: 추가측위 AP가 포함된 외부 다각형 내부의 측위점
62,66: 전자지도를 적용하여 보정된 측위점
72,74: 보정된 신호거리 원
90: 방(room)
100: 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 시스템

Claims (14)

  1. 와이파이 기반 실내측위 시스템이, 실내측위를 수행하는 방법으로서,
    (a) 측위 대상 단말(이하 '측위 단말'이라 한다)에 대한 측위를 수행하기 위한 복수의 각 액세스포인트(이하, '측위 AP'라 한다)로부터, 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호세기 측정값을 수신하는 단계;
    (b) 상기 신호세기 측정값을 이용하여 상기 측위 단말에 대한 측위점을 산출하는 단계; 및
    (c) 산출된 측위점에, 상기 측위 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터 상의 신호 감쇠를 일으키는 건물 구성요소(이하 '신호감쇠요소'라 한다)에 따른 신호감쇠를 적용하여 보정된 측위점을 산출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 단계(b)는,
    (b1) 상기 신호세기 측정값으로부터, 상기 측위 단말에 대한 측위점이 상기 측위 AP들이 이루는 다각형(이하 '제1 다각형'이라 한다) 내부에 있는지 또는 외부에 있는지 여부를 판단하는 단계;
    (b2) 상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 다각형 외부의 일 지점에 가상의 측위 AP를 설정하는 단계; 및
    (b3) 상기 측위 AP들을 이용하여 상기 측위 단말에 대한 측위점을 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(b1)은,
    (b11) 상기 신호세기 측정값으로부터 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호거리를 산출하는 단계; 및
    (b12) 상기 각 신호거리 산출값 중 하나 이상이 상기 모든 측위 AP 간 거리보다 큰 경우 상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단하고, 상기 모든 신호거리 산출값이 상기 각 측위 AP 간 거리보다 작은 경우 상기 측위점이 상기 제1 다각형 내부에 있는 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(b3)에서 측위점의 산출은,
    상기 단계(b1)에서 측위점이 상기 제1 다각형 내부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP들에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함으로써 이루어지고,
    측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP 중 일부와 상기 가상의 측위 AP에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함으로써 이루어지는 것
    을 특징으로 하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(c)는,
    (c1) 상기 단계(b)에서 구한 상기 측위 단말의 측위점과 측위 AP 사이에 신호 감쇠를 일으키는 건물 구성요소(이하 '신호감쇠요소'라 한다)가 있는지를, 상기 측위 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터에서 파악하는 단계;
    (c2) 신호감쇠요소가 존재하는 경우, 해당 측위 AP와 측위점 사이의 신호 거리 산출값을 그 신호 감쇠를 적용하여 보정하는 단계; 및
    (c3) 상기 단계(c2)에서 보정된 신호 거리 산출값으로부터, 해당 측위 AP 들에 의하여 상기 측위단말의 보정된 측위점을 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 단계(c2)는,
    (c21) 신호감쇠요소가 존재하는 경우, 건물의 전자 지도 데이터에서 상기 신호감쇠요소에 해당하는 감쇠상수를 검색하는 단계; 및
    (c22) 해당 AP와 측위점 사이의 신호 거리 산출값에, 상기 검색된 감쇠상수를 적용하여 신호 거리 산출값을 보정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 단계(b12)의 각 AP간 거리는,
    AP 정보 데이터베이스에 저장되어 있는 각 AP의 위치정보로부터 산출되는 것
    을 특징으로 하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 방법.
  8. 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위를 수행하는 시스템으로서,
    측위 대상 단말(이하 '측위 단말'이라 한다)에 대한 측위를 수행하기 위한 복수의 각 액세스포인트(이하, '측위 AP'라 한다)로부터, 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호세기 측정값을 수신하는 신호세기 측정값 수신모듈;
    상기 신호세기 측정값을 이용하여 측위 단말에 대한 측위점을 산출하는 측위점 산출부;
    상기 측위점 산출부가 산출한 측위점에, 상기 측위 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터 상의 신호 감쇠를 일으키는 건물 구성요소(이하 '신호감쇠요소'라 한다)에 따른 신호감쇠를 적용하여 보정된 측위점을 산출하는 측위 보정모듈;
    AP 정보를 포함하는 데이터를 저장하는 AP 정보 데이터베이스;
    상기 측위 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터를 저장하는 전자 지도 데이터베이스;
    상기 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 시스템의 각 구성요소를 제어하여 와이파이 기반 실내측위 수행과 관련된 일련의 처리를 수행하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 측위점 산출부는,
    상기 신호세기 측정값으로부터, 상기 측위 단말에 대한 측위점이 상기 측위 AP들이 이루는 다각형(이하 '제1 다각형'이라 한다) 내부에 있는지 또는 외부에 있는지 여부를 판단하는 측위점 존재영역 판단모듈;
    상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 다각형 외부의 일 지점에 가상의 측위 AP를 설정하는 가상 측위 AP 설정모듈; 및
    상기 측위 AP들을 이용하여 상기 측위 단말에 대한 측위점을 산출하는 측위 수행모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 시스템.
  9. 삭제
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 측위점 존재영역 판단모듈은,
    상기 신호세기 측정값으로부터 해당 측위 AP에서 상기 측위 단말까지의 신호거리를 산출하고,
    상기 각 신호거리 산출값 중 하나 이상이 상기 모든 측위 AP 간 거리보다 큰 경우 상기 측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단하고, 상기 모든 신호거리 산출값이 상기 각 측위 AP 간 거리보다 작은 경우 상기 측위점이 상기 제1 다각형 내부에 있는 것으로 판단하는 것
    을 특징으로 하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 시스템.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 측위 수행모듈의 측위점 산출은,
    상기 측위점 존재영역 판단모듈에 의해 측위점이 상기 제1 다각형 내부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP들에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함으로써 이루어지고,
    측위점이 상기 제1 다각형 외부에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 제1 다각형을 이루는 측위 AP 중 일부와 상기 가상의 측위 AP에 대하여 중점 알고리즘 또는 가중 중점 알고리즘을 적용함으로써 이루어지는 것
    을 특징으로 하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 시스템.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 측위 보정모듈은,
    상기 측위 수행모듈이 산출한 상기 측위 단말의 측위점과 측위 AP 사이에 신호 감쇠를 일으키는 건물 구성요소(이하 '신호감쇠요소'라 한다)가 있는지를, 상기 측위 AP들이 설치된 건물의 전자 지도 데이터에서 파악하고, 신호감쇠요소가 존재하는 경우, 해당 측위 AP와 측위점 사이의 신호 거리 산출값을 그 신호 감쇠를 적용하여 보정하고, 보정된 신호 거리 산출값으로부터, 해당 측위 AP 들에 의하여 상기 측위단말의 보정된 측위점을 산출하는 것
    을 특징으로 하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 신호 거리 산출값의 보정은,
    신호감쇠요소가 존재하는 경우, 상기 전자 지도 데이터베이스에서 상기 신호감쇠요소에 해당하는 감쇠상수를 검색하여,
    해당 AP와 측위점 사이의 신호 거리 산출값에, 상기 검색된 감쇠상수를 적용함으로써 이루어지는 것
    을 특징으로 하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 시스템.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 AP 정보 데이터베이스에 저장되어 있는 AP 정보에는,
    각 AP의 위치정보를 포함하고,
    상기 각 측위 AP간 거리는,
    상기 각 AP의 위치정보로부터 산출되는 것
    을 특징으로 하는, 전자지도를 적용한 와이파이 기반 실내측위 시스템.
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