KR101988107B1 - 비콘 기반의 실내 무선측위 시스템 및 그것을 이용한 간섭 회피 방법 - Google Patents

비콘 기반의 실내 무선측위 시스템 및 그것을 이용한 간섭 회피 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비콘 기반의 실내 무선측위 시스템 및 그것을 이용한 간섭 회피 방법에 관한 것으로, 비콘 기반의 실내 무선측위 시스템을 이용한 실내 무선측위의 간섭 회피 방법에 있어서, 상기 실내 무선측위 시스템은 실내 공간에 위치한 복수의 비콘 위치 정보를 이용하여 각 위치 정보에 따른 RSSI 정보를 수집하고 저장하여 상기 실내 공간에서의 무선 지도를 구축하는 단계, 각 비콘의 위치 정보에 따라 N개의 비콘을 하나의 그룹으로 그룹핑하는 단계, 상기 하나의 그룹에 속하는 N개의 비콘에무선측위 대역을 할당하는 단계, 상기 그룹마다무선측위를 수행하는 타임 슬롯을 설정하여 스케줄링하는 단계, 그리고 실시간으로 이동하는 측위 대상 노드가 각 타임 슬롯 동안 비콘이 송신하는 RSSI를 획득하면, 상기 무선 지도의 RSSI 정보와 비교하여 상기 측위 대상 노드의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 실내 공간에 위치한 비콘의 주파수 대역이 포화 상태일 때, 주파수 간섭을 최소하여, 실내 공간 내 무선 통신 시스템의 무선측위 성능이 향상시킬 수 있다. 또한, 채널간의 간섭을 회피함은 물론 제한된 주파수 자원을 효율적으로 사용함으로써 보다 정밀한 실내 무선측위 시스템을 구축할 수 있다.

Description

비콘 기반의 실내 무선측위 시스템 및 그것을 이용한 간섭 회피 방법{SYSTEM FOR BEACON-BASED INDOOR WIRELESS POSITIONG AND METHOD FOR INTERFERENCE AVOIDANCE USING THE SAME}
본 발명은 비콘 기반의 실내 무선측위 시스템 및 그것을 이용한 간섭 회피 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내 무선측위 방법의 정밀도를 향상시키기 위한 비콘 기반의 실내 무선측위 시스템 및 그것을 이용한 간섭 회피 방법에 관한 것이다.
최근에는 정보통신(ICT: Information and Communication Tehnology) 기술의 급속한 발달과 더불어 실내 위치 정보를 이용하는 기술(LBS: Location Based Service)의 요구가 급증하고 있다.
무선측위(Wireless Localization) 기술은 LBS를 제공하기 위한 물리계층 기술로서 실외 환경의 경우에는 위성 위치 측정 시스템(GPS: Global Positioning System)와 같은 위치 측정 시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)을 이용하여 고정밀의 위치정보를 단말기에 제공한다. 그러나 실내의 경우에는 GPS 신호가 음영 영향을 받음으로써 무선측위 정밀도가 급격하게 감소한다는 단점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 전자 태그(RFID: Radio Frequency Identification), 지그비(ZigBee), 와이파이(WiFi: Wireless Fidelity), 블루투스(BLE: Bluetooth Low Energy)등의 다양한 무선통신 규격들을 사용하여 고정밀의 실내 위치정보를 제공하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
하지만 이와 같은 실내 무선측위를 위한 무선통신 방식은 동일한 주파수 대역(ISM: Industrial Scientific Medical)을 공동으로 사용하기 때문에 비면허 기기가 급속히 증가됨에 따라 주파수 대역의 포화로 인한 주파수 간섭이 발생하게 된다. 특히 이러한 간섭의 영향은 실내 무선측위를 수행하는 비콘 신호에 영향을 미치게 되며 이는무선측위 성능의 오차율이 증가시키는 결과를 가져온다.
그러므로 비콘 신호의 간섭을 회피하면서무선측위의 정밀도를 향상시키는 기술이 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 국내공개특허 제 10-2012-0053643호(2012.05.29 공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 실내 무선측위 방법의 정밀도를 향상시키기 위한 비콘 기반의 실내 무선측위 시스템 및 그것을 이용한 간섭 회피 방법을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 비콘 기반의 실내 무선측위 시스템을 이용한 실내 무선측위의 간섭 회피 방법에 있어서, 상기 실내 무선측위 시스템은 실내 공간에 위치한 복수의 비콘 위치 정보를 이용하여 각 위치 정보에 따른 RSSI 정보를 수집하고 저장하여 상기 실내 공간에서의 무선 지도를 구축하는 단계, 각 비콘의 위치 정보에 따라 N개의 비콘을 하나의 그룹으로 그룹핑하는 단계, 상기 하나의 그룹에 속하는 N개의 비콘에무선측위 대역을 할당하는 단계, 상기 그룹마다무선측위를 수행하는 타임 슬롯을 설정하여 스케줄링하는 단계, 그리고 실시간으로 이동하는 측위 대상 노드가 각 타임 슬롯 동안 비콘이 송신하는 RSSI를 획득하면, 상기 무선 지도의 RSSI 정보와 비교하여 상기 측위 대상 노드의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
상기무선측위 대역을 할당하는 단계는, 그룹별로 동일한 N개의무선측위 대역을 할당하되, 각 그룹에 포함된 각각의 비콘에 할당되는무선측위 대역이 서로 중복되지 않도록 할당될 수 있다.
상기무선측위 대역을 할당하는 단계는, 복수의 그룹에 속하는 각각의 비콘에무선측위 대역을 할당하되, 제1 그룹에 속하는 제1 비콘에 제1무선측위 대역이 할당되면, 상기 제1 그룹에 인접하는 제2 그룹에 속하는 복수의 비콘 중에서 상기 제1 비콘과의 거리가 임계 값보다 큰 제2 비콘에게 상기 제1무선측위 대역을 할당할 수 있다.
상기 스케줄링하는 단계는, 상기 타임 슬롯은 동일한 시간 간격으로 설정되며, 각 그룹마다무선측위 수행 시간이 동일하게 할당되도록 스케줄링할 수 있다.
상기 실내 공간에 위치한 비콘의 개수는 상기무선측위 대역의 수보다 많을 수 있다.
상기무선측위 대역은 블루투스 통신 대역이고, 상기 비콘은 상기 측위 대상 노드로 블루투스 신호를 송신할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 실내 공간에 위치하는 비콘, 측위 대상 노드와 네트워크로 연결된 실내 무선측위 서버를 포함하는 실내 무선측위 시스템에 있어서, 상기 실내 무선측위 서버는 복수의 비콘 위치 정보를 이용하여 각 위치 정보에 따른 RSSI 정보를 수집하고 저장하여 상기 실내 공간에서의 무선 지도를 구축하는 무선 지도 구축부, 각 비콘의 위치 정보에 따라 N개의 비콘을 하나의 그룹으로 그룹핑하는 그룹핑부, 상기 하나의 그룹에 속하는 N개의 비콘에무선측위 대역을 할당하는무선측위 대역 할당부, 상기 그룹마다무선측위를 수행하는 타임 슬롯을 설정하여 스케줄링하는 스케줄링부, 그리고 실시간으로 이동하는 상기 측위 대상 노드가 각 타임 슬롯 동안 비콘이 송신하는 RSSI를 획득하면, 상기 무선 지도의 RSSI 정보와 비교하여 상기 측위 대상 노드의 위치를 결정하는 노드 측위부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 실내 공간에 위치한 비콘의 주파수 대역이 포화 상태일 때, 주파수 간섭을 최소하여, 실내 공간 내 무선 통신 시스템의 무선측위 성능이 향상시킬 수 있다. 또한, 채널간의 간섭을 회피함은 물론 제한된 주파수 자원을 효율적으로 사용함으로써 보다 정밀한 실내 무선측위 시스템을 구축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내 무선측위 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실내 무선측위 서버의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실내 무선측위 서버의 실내 무선측위 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 지도 구축하는 과정과 비콘의 그룹핑하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시분할 이중 통신 방식으로 스케줄링하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 블루투스 채널 대역 개수에 따른 무선측위 오차 성능을 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
이하에서는 도 1을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 실내 무선측위 시스템에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내 무선측위 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 실내 무선측위 시스템은 실내 공간에 위치한 비콘의 위치 정보를 이용하여 무선 지도를 구축하고 시분할 이중 통신 방식(TDD 방식)을 이용하여 이동하는 측위 대상 노드의 위치를 결정한다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 실내 무선측위 시스템은 비콘(100:100-1,...,100-n), 실내 무선측위 서버(200) 및 측위 대상 노드(300)를 포함한다.
먼저 비콘(100)은 저전력 블루투스(BLE)를 통한 차세대 스마트폰 근거리 통신이 가능한 단말로서, 자세히는 반경 50~70m 범위 안에 있는 사용자의 위치 추정이 가능하게 해주는 단말이다. 비콘(100)은 실내 공간의 일정한 위치에 고정적으로 설치되어 각 고유한 ID를 포함하는 일정한 신호를 송신한다.
또한, 비콘(100)은 실내 공간 내에서 적어도 3개가 설치될 수 있으며, 실내 공간의 크기, 구조, 통신 환경, 관리자가 원하는 위치 추정의 정확도에 따라 설치되는 비콘(100)의 개수는 조절될 수 있다.
여기서, 실내 공간에 설치된 비콘(100)의 개수는 실내 공간에서 사용 가능한 무선측위 대역의 수보다 많은 것이 바람직하다.
그리고 비콘(100)은 블루투스 통신 대역인 무선측위 대역을 통해 블루투스 신호를 측위 대상 노드(300)로 송신한다.
실내 무선측위 서버(200)는 실내 공간에 위치하는 비콘(100) 및 측위 대상 노드(300)와 네트워크로 연결되어 통신을 수행하며, 측위 대상 노드(300)의 위치를 추정하기 이전에 반복적인 시뮬레이션을 통해 실내 공간에서 비콘(100) RSSI 값의 무선 지도를 구축한다.
즉, 실내 무선측위 서버(200)는 기존에 설치된 비콘(100)의 위치 정보와 실내 공간 탐색을 통해 각각의 이동하는 이동 노드의 참조 위치에 따라 측정된 RSSI 값을 이용하여 무선 지도 및 데이터 베이스를 구축한다.
여기서, 무선 지도 및 데이터 베이스는 각 비콘(100)의 RSSI 값들로 이뤄진 핑거프린팅 맵을 포함하며 비콘(100)의 위치 정보, 비콘(100)의 고유ID, 이동하는 노드의 참조 위치를 포함할 수 있다.
그리고 실내 무선측위 서버(200)는 실내 공간에서 위치하는 비콘(100)의 위치 정보를 이용하여 근접한 장소에 위치하는 비콘(100)들을 그룹핑하고, 각 그룹에 무선측위 대역을 사용하는 시간을 달리 설정되도록 스케줄링한다.
그리고 실내 무선측위 서버(200)는 측위 대상 노드(300)가 수신하는 비콘들의 RSSI 값들과 무선 지도 및 데이터 베이스를 비교하여 측위 대상 노드(300)의 위치를 결정한다.
다음으로 측위 대상 노드(300)는 실시간으로 비콘(100)으로부터 수신되는 신호의 RSSI 값을 측정할 수 있는 이동 노드를 나타내며 사용자 단말, 스마트 폰, 태그, 드론 등을 모두 포함할 수 있다.
이하에서는 도 2를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 실내 무선 측위 서버(200)에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실내 무선측위 서버의 구성도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 실내 무선측위 서버(200)는 비콘(100)에 무선측위 대역 및 타임 슬롯을 할당하여 스케줄링을 수행하고, 측위 대상 노드(300)의 위치를 결정하며, 무선 지도 구축부(210), 그룹핑부(220), 무선측위 대역 할당부(230), 스케줄링부(240) 및 노드 측위부(250)를 포함한다.
먼저 무선 지도 구축부(210)는 복수의 비콘 위치 정보를 이용하여 각 위치 정보에 따른 RSSI 정보를 수집하고 저장한다. 그리고 무선 지도 구축부(210)는 저장된 RSSI 정보를 이용하여 실내 공간에서의 무선 지도를 구축한다.
이때, 무선 지도 구축부(210)는 반복적인 시뮬레이션을 통해 이동하는 이동 노드의 참조 위치를 이용하여 핑거프린팅 맵을 생성할 수 있다.
다음으로 그룹핑부(220)는 각 비콘의 위치 정보에 따라 N개의 비콘(100)을 하나의 그룹으로 그룹핑한다.
그룹핑부(220)는 실내 공간에서 사용 가능한 무선측위 대역의 개수와 동일하게 하나의 그룹에 포함되는 비콘(100)의 개수를 결정할 수 있으며, 각 비콘(100)의 위치 정보를 이용하여 인접한 위치에 있는 비콘(100)들을 하나의 그룹으로 설정한다.
다음으로, 무선측위 대역 할당부(230)는 하나의 그룹에 속하는 N개의 비콘(100)에 무선측위 대역을 할당한다. 즉, 무선측위 대역 할당부(230)는 각 그룹에 동일한 무선측위 대역을 할당하며, 하나의 그룹에 속하는 N개의 비콘(100)에는 서로 중복되지 않도록 무선측위 대역을 할당한다.
스케줄링부(240)는 그룹마다 무선측위를 수행하는 타임 슬롯을 설정하여 스케줄링한다.
여기서, 타임 슬롯은 동일한 시간 간격으로 설정되며, 스케줄링부(240)는 각 그룹마다 중복되지 않도록 무선측위를 수행하는 타임 슬롯이 상이하도록 설정한다.
다음으로 노드 측위부(250)는 실시간으로 이동하는 측위 대상 노드(300)가 각 타임 슬롯 동안 비콘(100)이 송신하는 RSSI를 획득하면, 무선 지도의 RSSI 정보와 비교하여 측위 대상 노드(300)의 위치를 결정한다.
이하에서는 도 3 내지 도 5를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 실내 무선측위 시스템이 이동 중인 측위 대상 노드(300)의 위치를 추정하는 과정에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실내 무선측위 서버의 실내 무선측위 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 지도 구축하는 과정과 비콘의 그룹핑하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시분할 이중 통신 방식으로 스케줄링하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 실내 무선측위 서버(200)는 실내 공간에 위치한 복수의 비콘 위치 정보에 따른 RSSI 정보를 수집하고 저장하여 무선 지도를 구축한다(S310).
도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 일정 공간 안에 비콘(Beacon)이 고정되어 있는 상태에서, 실내 무선측위 서버(200)는 복수의 이동 노드(Mobile)의 참조 위치에서 측정된 RSSI 값을 통하여 무선 지도(Radio Map)와 데이터 베이스를 구축한다.
다음으로 실내 무선측위 서버(200)는 비콘(100)의 위치 정보에 따라 N개의 비콘(100)을 하나의 그룹으로 그룹핑한다(S320).
도 4의 (b)와 같이, 실내 공간에 6개의 비콘(Beacon)이 고정되어 있고, 측정하고자 하는 측위 대상 노드(Mobile)가 랜덤하게 위치하고 있다고 가정하면, 실내 무선측위 서버(200)는 미리 알고 있는 비콘(Beacon)의 위치 정보를 이용하여 3개의 비콘(Beacon)을 하나의 그룹으로 설정할 수 있다.
이때, 실내 공간에서 사용되는 무선측위 대역이 Band1, Band2, Band3인 경우, 실내 무선측위 서버(200)는 무선측위 대역의 개수와 동일하게 하나의 그룹에 속하는 비콘의 개수를 결정할 수 있다.
즉, 도 4의 (b)의 경우, 실내 무선측위 서버(200)는 실내 공간에 위치하는 비콘(Beacon)의 위치 정보를 이용하여 근접한 위치에 있는 비콘(Beacon)들을 하나로 그룹핑한다. 설명의 편의상 본 발명의 실시예에서는 Beacon1, Beacon2, Beacon3은 제1 그룹(Pair 1)으로 그룹핑되고 Beacon4, Beacon5, Beacon6 은 제2 그룹(Pair 2)으로 그룹핑되는 것으로 예시하였다.
다음으로 실내 무선측위 서버(200)는 하나의 그룹에 속하는 N개의 비콘에 무선측위 대역을 할당한다(S330).
도 5에 도시한 바와 같이, 실내 공간에 사용되는 무선측위 대역은 Band 1, Band 2, Band 3를 포함하며, 실내 무선측위 서버(200)는 제1 그룹(Pair 1) 및 제2 그룹(Pair 2)에 Band 1, Band 2, Band 3을 모두 할당하고, 각 그룹 내에 속하는 각각의 비콘에 대해서는 무선측위 대역이 서로 중복되지 않도록 할당한다.
즉, 실내 무선측위 서버(200)는 제1 그룹(Pair 1)에 속하는 Beacon1, Beacon2, Beacon3가 서로 대역이 중복되지 않도록 Band 1, Band 2, Band 3을 할당한다. 이와 동일하게 실내 무선측위 서버(200)는 제2 그룹(Pair 2)에 속하는 Beacon4, Beacon5, Beacon6가 서로 대역이 중복되지 않도록 Band 1, Band 2, Band 3을 할당한다.
이와 같이, 실내 무선측위 서버(200)는 각 그룹마다 동일한 무선측위 대역을 할당하고, 각 그룹에 속하는 각각의 비콘(100)에 동일한 무선측위 대역이 중복되지 않도록 할당한다.
여기서, 실내 무선측위 서버(200)는 인접한 그룹에 위치하는 비콘(100)에 할당된 무선측위 대역 정보를 고려하여 무선측위 대역을 할당할 수 있다.
즉, 실내 무선측위 서버(200)는 복수의 그룹에 속하는 각각의 비콘에 무선측위 대역을 할당할 때, 제1 그룹에 속하는 제1 비콘에 제1 무선측위 대역이 할당되면, 제1 그룹에 인접하는 제2 그룹에 속하는 복수의 비콘 중에서 제1 비콘과의 거리가 임계 값보다 큰 제2 비콘에게 제1 무선측위 대역을 할당할 수 있다.
예를 들면, 도 4의 (c)에서 실내 무선측위 서버(200)가 제1 그룹(Pair 1)에 속하는 Beacon1에 무선측위 대역(Band 1)을 할당한 후, 제1 그룹(Pair 1)과 인접한 위치에 있는 제2 그룹(Pair 2)의 비콘(Beacon4, Beacon5, Beacon6)에 무선측위 대역(Band 1)을 할당하고자 할 때, Beacon1의 위치를 고려하여 무선측위 대역을 할당할 수 있다.
즉, 실내 무선측위 서버(200)는 Beacon1과의 이격 거리를 고려하여, 제2 그룹(Pair 2)에 속하는 비콘(Beacon4, Beacon5, Beacon6)들 중에서 Beacon1과의 이격 거리가 임계값 이상인 Beacon5 또는 Beacon6에게 Beacon1과 동일한 무선측위 대역(Band 1)을 할당할 수 있다.
더욱 바람직하게는 Beacon1과의 이격 거리가 가장 큰 Beacon5에게 Beacon1과 동일한 무선측위 대역(Band 1)을 할당할 수도 있다.
다음으로 실내 무선측위 서버(200)는 각 그룹에 무선측위를 수행하는 타임 슬롯을 설정하여 스케줄링한다(S340).
즉, 실내 무선측위 서버(200)는 각 그룹마다 무선측위 수행 시간이 동일하게 할당되도록 타임 슬롯을 동일한 시간 간격으로 설정하고, 각 그룹에 중복되지 않는 타임 슬롯을 설정한다. .
도 5에 도시한 바와 같이, 실내 무선측위 서버(200)는 제1 타임 슬롯(Slot 1)에서는 무선측위 대역(Band1, Band2, Band3)에 대해서 각 제1 그룹(Pair 1)의 비콘(Beacon1, Beacon2, Beacon3)이 통신을 수행하도록 스케줄링을 설정하면, 제2 타임 슬롯(Slot 2)에서는 제1 그룹(Pair 1)의 비콘(Beacon1, Beacon2, Beacon3)들은 각 할당받은 무선측위 대역을 이용하여 무선측위를 수행한다.
그리고 실내 무선측위 서버(200)는 제3 타임 슬롯(Slot 3)에서 무선측위 대역(Band4, Band5, Band6)에 대해서 제2 그룹(Pair 2)의 비콘(Beacon4, Beacon5, Beacon6)이 통신을 수행하도록 스케줄링을 설정하면, 제4 타임 슬롯(Slot 4)에서는 제2 그룹(Pair 2)의 비콘(Beacon4, Beacon5, Beacon6)들은 각 할당받은 무선측위 대역을 이용하여 무선측위를 수행한다.
이와 같이 실내 무선측위 서버(200)는 각 그룹에 대해 무선측위 시간을 수행할 수 있는 타임 슬롯을 스케줄링 하면, 제5 타임 슬롯 (Slot 5)부터는 스케줄링에 따라 각 그룹의 비콘들은 스케줄링된 타임 슬롯에 대응하여 무선측위를 수행한다.
다음으로 실내 무선측위 서버(200)는 측위 대상 노드(300)가 각 타임 슬롯 동안 비콘(100)이 송신하는 RSSI를 획득하면 기 저장된 무선 지도의 RSSI 정보와 비교하여 측위 대상 노드(300)의 위치를 결정한다(S350).
자유롭게 실내 공간을 이동하는 측위 대상 노드(300)가 각 타임 슬롯에 따라 획득된 비콘(100)의 ID를 포함하는 신호를 수신하면, 실내 무선측위 서버(200)는 기 저장된 무선 지도 및 데이터 베이스를 이용하여 측위 대상 노드(300)의 위치를 추정하기 위하여 다양한 위치 추정 알고리즘을 이용할 수 있다.
특히, 실내 무선측위 서버(200)는 k-NN(Nearest Neighbor) 알고리즘을 이용하여 측위 대상 노드(300)의 위치를 추정할 수 있으며, k-NN(Nearest Neighbor) 알고리즘은 다음 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112017057231617-pat00001
여기서 P(i)는 실시간으로 수신되는 비콘(100)의 RSSI와 무선 지도에 저장된 비콘(100)의 RSSI값을 비교하여 RSSI의 확률 밀도(Likelihood Density)에 따라 이동 노드의 참조 위치의 우선순위를 첫 번째부터 k번째까지 정렬한 것을 의미한다. 이후 실내 무선측위 서버(200)는 k번째까지의 참조위치의 평균값을 구하여 해당 평균값이 측위 대상 노드(300)의 위치임을 추정할 수 있다.
이하에서는 도 6을 이용하여 본 발명에서 제안하는 방법과 기존의 방법을 이용하여 실내 무선측위를 수행하고, 수행 결과 채널 대역의 수에 따른 오차 성능에 대해서 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 블루투스 채널 대역 개수에 따른 무선측위 오차 성능을 나타낸 그래프이다.
도 6은 비콘이 12개 일 때 BLE 주파수 채널 대역 개수에 따른 무선측위 시뮬레이션 오차의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 기존 방법(Conventional Scheme)의 경우 모든 BLE가 제한된 주파수 대역으로 무선측위 신호를 쉬지 않고 송신하기 때문에 Beacon간의 간섭이 발생하게 된다. 따라서 채널 대역의 개수가 Beacon의 개수인 12개 보다 적을 경우 오차가 크게 발생함을 확인할 수 있다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 TDD 기반의 간섭 회피 방법(Proposed Scheme)은 해당되는 그룹에서만 제한된 주파수 대역으로 인한 주파수 간섭이 발생된다. 이때, 1개 채널 대역의 경우에만 일반적인 방법(Conventional Scheme)과 비슷한 오차를 보였으나, 채널 대역이 2개 이상인 경우부터 채널 대역이 11개인 경우까지 일반적인 방법보다 낮은 오차를 보인 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 TDD 기반의 간섭 회피 방법(Proposed Scheme)은 비콘의 개수보다 BLB 주파수 대역이 작을 때, 측위 오차율을 최소화할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 실내 공간에 위치한 비콘의 주파수 대역이 포화 상태일 때, 주파수 간섭을 최소하여, 실내 공간 내 무선 통신 시스템의 무선측위 성능이 향상시킬 수 있다. 또한, 채널간의 간섭을 회피함은 물론 제한된 주파수 자원을 효율적으로 사용함으로써 보다 정밀한 실내 무선측위 시스템을 구축할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100(100-1,...,100-N): 비콘 200: 실내 무선측위 서버
210: 무선 지도 구축부 220: 그룹핑부
230: 무선측위 대역 할당부 240: 스케줄링부
250: 노드 측위부 300: 측위 대상 노드

Claims (12)

  1. 비콘 기반의 실내 무선측위 시스템을 이용한 실내 무선측위의 간섭 회피 방법에 있어서,
    상기 실내 무선측위 시스템은 실내 공간에 위치한 복수의 비콘 위치 정보를 이용하여 각 위치 정보에 따른 RSSI 정보를 수집하고 저장하여 상기 실내 공간에서의 무선 지도를 구축하는 단계,
    각 비콘의 위치 정보를 기초로 그룹당 N개의 비콘을 포함하는 형태로 복수의 비콘을 여러 개의 그룹으로 그룹핑하는 단계,
    상기 그룹 각각마다, 상기 그룹 내 상기 N개의 비콘에 1:1 할당되기 위한 서로 상이한 N개의 무선측위 대역을 할당하여, 각 그룹에 포함된 각각의 비콘에 할당되는 무선측위 대역이 서로 중복되지 않도록 하는 단계,
    상기 그룹마다 무선측위를 수행하는 타임 슬롯을 상이하게 설정하여 스케줄링하는 단계, 그리고
    실시간으로 이동하는 측위 대상 노드가 각 타임 슬롯 동안 비콘이 송신하는 RSSI를 획득하면, 상기 무선 지도의 RSSI 정보와 비교하여 상기 측위 대상 노드의 위치를 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 무선측위 대역을 할당하는 단계는,
    제1 그룹에 속하는 제1 비콘에 제1 무선측위 대역이 할당된 경우, 상기 제1 그룹과 인접한 제2 그룹에 속하는 복수의 비콘 중 상기 제1 비콘과의 거리가 임계 값보다 큰 제2 비콘에게 상기 제1 무선측위 대역을 할당하며,
    상기 스케줄링하는 단계는,
    각 그룹마다 무선측위 수행 시간이 동일하도록 상기 타임 슬롯을 동일한 시간 간격으로 설정하며,
    상기 실내 공간에 위치한 비콘의 개수는 상기 무선측위 대역의 수보다 많으며,
    상기 무선측위 대역은 블루투스 통신 대역이고, 상기 비콘은 상기 측위 대상 노드로 블루투스 신호를 송신하는 실내 무선측위의 간섭 회피 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 실내 공간에 위치하는 비콘, 측위 대상 노드와 네트워크로 연결된 실내 무선측위 서버를 포함하는 실내 무선측위 시스템에 있어서,
    상기 실내 무선측위 서버는 복수의 비콘 위치 정보를 이용하여 각 위치 정보에 따른 RSSI 정보를 수집하고 저장하여 상기 실내 공간에서의 무선 지도를 구축하는 무선 지도 구축부,
    각 비콘의 위치 정보를 기초로 그룹당 N개의 비콘을 포함하는 형태로 복수의 비콘을 여러 개의 그룹으로 그룹핑하는 그룹핑부,
    상기 그룹 각각마다, 상기 그룹 내 상기 N개의 비콘에 1:1 할당되기 위한 서로 상이한 N개의 무선측위 대역을 할당하여, 각 그룹에 포함된 각각의 비콘에 할당되는 무선측위 대역이 서로 중복되지 않도록 하는 무선측위 대역 할당부,
    상기 그룹마다 무선측위를 수행하는 타임 슬롯을 상이하게 설정하여 스케줄링하는 스케줄링부, 그리고
    실시간으로 이동하는 상기 측위 대상 노드가 각 타임 슬롯 동안 비콘이 송신하는 RSSI를 획득하면, 상기 무선 지도의 RSSI 정보와 비교하여 상기 측위 대상 노드의 위치를 결정하는 노드 측위부를 포함하며,
    상기 무선측위 대역 할당부는,
    제1 그룹에 속하는 제1 비콘에 제1 무선측위 대역이 할당된 경우, 상기 제1 그룹과 인접한 제2 그룹에 속하는 복수의 비콘 중 상기 제1 비콘과의 거리가 임계 값보다 큰 제2 비콘에게 상기 제1 무선측위 대역을 할당하며,
    상기 스케줄링부는,
    각 그룹마다 무선측위 수행 시간이 동일하도록 상기 타임 슬롯을 동일한 시간 간격으로 설정하며,
    상기 실내 공간에 위치한 비콘의 개수는 상기 무선측위 대역의 수보다 많으며,
    상기 무선측위 대역은 블루투스 통신 대역이고, 상기 비콘은 상기 측위 대상 노드로 블루투스 신호를 송신하는 실내 무선측위 시스템.
  8. 삭제
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