KR102526129B1 - 사물 인터넷 통신을 기반으로 하는 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 위치 추정 방법 - Google Patents

사물 인터넷 통신을 기반으로 하는 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 위치 추정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사물 인터넷 통신을 기반으로 하는 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 위치 추정 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 무선 통신 시스템은 셀룰러 네트워크를 통해 신호를 전달하는 기지국, 셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속가능하며, 상기 기지국으로부터 측위 요청 정보를 수신하면 주변의 복수의 IoT 단말에 주기적으로 동기 신호를 브로드캐스팅하고, 상기 동기 신호를 수신한 복수의 IoT 단말 중에서 수신된 신호에 대한 RSSI 값이 기준치보다 큰 제2 IoT 단말로부터 RSSI 정보를 수신하고, 상기 제2 IoT 단말로부터 수신된 RSSI 값에 대응하는 레인징 정보를 산출하는 제1 IoT 단말, 그리고 상기 제1 IoT 단말로부터 셀룰러 네트워크를 통하여 상기 제1 IoT 단말의 위치 정보 및 상기 제2 IoT 단말의 레인징 정보를 수신하여 상기 제2 IoT 단말의 위치를 추정하는 응용서버를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 셀룰러 네트워크와 Private 네트워크에 대한 접속을 지원하는 듀얼 모드 IoT 단말을 이용하여 GPS 지원 없이 Private 네트워크에 연결되어 있는 IoT 단말의 위치를 추정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 무선 통신 시스템에서 측위를 수행할 경우에 게이트웨이와의 거리가 멀어짐에 따라 무선링크 품질에 대한 성능이 열화되는 문제를 보완할 수 있다.

Description

사물 인터넷 통신을 기반으로 하는 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 위치 추정 방법 {Wireless communication system based on IoT communication and method for estimating location using the same}
본 발명은 사물 인터넷 통신을 기반으로 하는 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 위치 추정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 셀룰러 네트워크와 Private 네트워크에 대한 접속을 지원하는 듀얼 모드 IoT 단말을 앵커 노드로 활용하여 Private 네트워크에 접속되어 있는 IoT 단말의 위치를 추정하는 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 위치 추정 방법에 관한 것이다.
무선 측위 기술은 GNSS(Global Navigation Satellite System)을 이용하지 않고 이동통신망과 같은 무선통신망을 활용하여 위치를 파악하는 기술로 실내외 연속적인 위치를 파악하기 위해 사용되는 기술이다.
최근 다수의 기기 및 사물을 연결하여 언제 어디서나 다양한 서비스를 제공하기 위한 사물인터넷 시스템에서는 저가 그리고 적은 전력 소모량의 기기 구현을 요구하며, 또한 다양한 위치기반 사물인터넷 응용을 위해 측위 기술의 요구가 증대되고 있는 추세이다.
일반적으로 Cellular IoT 네트워크를 지원하는, 예를 들어 NB-IoT 단말의 경우, 기지국의 NPRS 신호를 활용한 신호도달 시간 (ToA, Time of Arrival) 계산에 기반한 OTDOA (Observed Time Difference Of Arrival) 방법, 셀 ID 기법, GPS 활용 기법 등 다양한 측위 기술이 존재한다.
상대적으로, Private IoT 단독 네트워크를 구성하는 IoT 단말은 일반적으로 저가 그리고, 적은 전력 소모량의 기기 구현을 요구한다. 이에 따라 IoT 단말은 GPS 탑재 없이 구성되는게 일반적이며, GPS 지원 없이 저비용의 무선 기술을 활용한 측위 방안을 활용하여 단말의 위치를 추정하는게 현실적이다.
한편, IoT 단말은 Private IoT Gateway와의 연결을 통해 네트워크에 접속한다. 무선 기술을 활용한 측위 방안은 일반적으로 게이트웨이(Gateway) 와의 무선 링크 품질에 따라 성능이 결정된다. LPWA IoT 같은 원거리 통신 네트워크의 경우, 게이트웨이와의 거리가 멀어짐에 따라 무선 기술을 활용한 측위의 정확도는 열화 될 수 있다. 물론 릴레이 단말이나, 비컨 단말을 활용하여 보완될 수 있으나, 이 경우에는 해당 단말의 공간 위치에 대한 설정과 위치 정보가 필요하기 때문에 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제 10-2011-0109709호(2011. 10.06. 공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 셀룰러 네트워크와 Private 네트워크에 대한 접속을 지원하는 듀얼 모드 IoT 단말을 앵커 노드로 활용하여 Private 네트워크에 접속되어 있는 IoT 단말의 위치를 추정하는 무선 통신 시스템 및 그것을 이용한 위치 추정 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면 사물 인터넷 통신을 기반으로 하는 무선 통신 시스템에 있어서, 셀룰러 네트워크를 통해 신호를 전달하는 기지국, 셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속가능하며, 상기 기지국으로부터 측위 요청 정보를 수신하면 주변의 복수의 IoT 단말에 주기적으로 동기 신호를 브로드캐스팅하고, 상기 동기 신호를 수신한 복수의 IoT 단말 중에서 수신된 신호에 대한 RSSI 값이 기준치보다 큰 제2 IoT 단말로부터 RSSI 정보를 수신하고, 상기 제2 IoT 단말로부터 수신된 RSSI 값에 대응하는 레인징 정보를 산출하는 제1 IoT 단말, 그리고 상기 제1 IoT 단말로부터 셀룰러 네트워크를 통하여 상기 제1 IoT 단말의 위치 정보 및 상기 제2 IoT 단말의 레인징 정보를 수신하여 상기 제2 IoT 단말의 위치를 추정하는 응용서버를 포함한다.
상기 동기 신호는, 기준 타이밍 정보, 커버리지 요구사항, bandwidth, 송수신 Frame 정보, 슬롯 정보, Ranging 프레임 전송 정보를 포함하는 송수신 설정 정보 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 측위 요청 정보는, IoT 구성 정보, 동기 신호 설정 정보 및 기준 RSSI 값 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 IoT 단말은, 내부에 GPS가 포함되어 있을 경우에는, 상기 GPS를 이용하여 위치 정보를 획득하고, 내부에 GPS가 포함되어 있지 않을 경우에는, 기지국으로부터 기 등록된 위치 정보를 획득할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 사물 인터넷 통신을 기반으로 하는 무선 통신 시스템에 있어서, 셀룰러 네트워크를 통해 신호를 전달하는 기지국, 셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속가능하며, 상기 기지국으로부터 측위 요청 정보를 수신하면 주변의 복수의 IoT 단말에 주기적으로 동기 신호를 브로드캐스팅하는 제1 IoT 단말, 상기 제1 IoT 단말로부터 수신된 동기 신호의 RSSI 값이 기준치보다 큰 경우, RSSI 값에 대응하는 레인징 정보를 산출하여 IoT 게이트웨이를 통해 응용 서버로 전송하는 제2 IoT 단말, 그리고 수신된 상기 제1 IoT 단말과 제2 IoT 단말 사이의 레인징 정보와 기 저장된 상기 제1 IoT 단말의 위치정보를 이용하여 상기 제2 IoT 단말의 위치를 추정하는 응용서버를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 사물 인터넷 통신을 기반으로 하는 무선 통신 시스템에 있어서, 셀룰러 네트워크를 통해 신호를 전달하는 기지국, 셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속가능하며, Private 네트워크를 통하여 제2 IoT 단말이 통신 중일 경우, 엿듣기 과정을 통해 상기 제2 IoT 단말의 RSSI를 검출하고, 상기 검출된 RSSI가 기준치보다 크면, 제2 IoT 단말의 레인징 정보를 셀룰러 네트워크를 통해 응용 서버로 전송하는 제1 IoT 단말, 그리고 수신된 상기 제1 IoT 단말과 제2 IoT 단말과의 레인징 정보와 기 저장된 상기 제1 IoT 단말의 위치정보를 이용하여 상기 제2 IoT 단말의 위치를 추정하는 응용서버를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 무선 통신 시스템을 이용한 위치 추정 방법에 있어서, 셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속가능한 제1 IoT 단말이 기지국으로부터 셀룰러 네트워크를 통해 측위 요청 정보를 수신하는 단계, 상기 제1 IoT 단말이 주변의 복수의 IoT 단말에 주기적으로 동기 신호를 브로드캐스팅하는 단계, 상기 동기 신호를 수신한 복수의 IoT 단말 중에서 수신된 신호에 대한 RSSI 값이 기준치보다 큰 제2 IoT 단말로부터 RSSI 정보를 수신하는 단계, 상기 제2 IoT 단말로부터 수신된 RSSI 값에 대응하는 레인징 정보를 산출하는 단계, 상기 제1 IoT 단말은 셀룰러 네트워크를 통하여 상기 제1 IoT 단말의 위치 정보 및 상기 제2 IoT 단말의 레인징 정보를 응용 서버로 전송하는 단계, 그리고 상기 응용 서버는 상기 제1 IoT 단말의 위치 정보 및 상기 제2 IoT 단말의 레인징 정보를 이용하여 상기 제2 IoT 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 무선 통신 시스템을 이용한 위치 추정 방법에 있어서, 셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속가능한 제1 IoT 단말이 기지국으로부터 셀룰러 네트워크를 통해 측위 요청 정보를 수신하는 단계, 상기 제1 IoT 단말이 주변의 복수의 IoT 단말에 주기적으로 동기 신호를 브로드캐스팅하는 단계, 제2 IoT 단말이 상기 제1 IoT 단말로부터 수신된 동기 신호의 RSSI 값이 기준치보다 큰 경우, RSSI 값에 대응하는 레인징 정보를 산출하여 IoT 게이트웨이를 통해 응용 서버로 전송하는 단계, 그리고 상기 응용 서버는 수신된 상기 IoT 게이트웨이로부터 상기 제1 IoT 단말과 제2 IoT 단말 사이의 레인징 정보와 기 저장된 상기 제1 IoT 단말의 위치정보를 이용하여 상기 제2 IoT 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 무선 통신 시스템을 이용한 위치 추정 방법에 있어서, 셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속가능한 제1 IoT 단말이 셀룰러 네트워크를 통해 기지국과 통신하는 단계, Private 네트워크를 통하여 제2 IoT 단말이 통신 중일 경우, 상기 제1 IoT 단말은 엿듣기 과정을 통해 상기 제2 IoT 단말의 RSSI를 검출하는 단계, 상기 검출된 RSSI가 기준치보다 크면, 상기 제1 Iot 단말은 제2 IoT 단말과의 레인징 정보를 셀룰러 네트워크를 통해 응용 서버로 전송하는 단계, 그리고 상기 응용 서버는 수신된 상기 제1 IoT 단말과 제2 IoT 단말과의 레인징 정보와 기 저장된 상기 제1 IoT 단말의 위치정보를 이용하여 상기 제2 IoT 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 셀룰러 네트워크와 Private 네트워크에 대한 접속을 지원하는 듀얼 모드 IoT 단말을 이용하여 GPS 지원 없이 Private 네트워크에 연결되어 있는 IoT 단말의 위치를 추정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 무선 통신 시스템에서 측위를 수행할 경우에 게이트웨이와의 거리가 멀어짐에 따라 무선링크 품질에 대한 성능이 열화되는 문제를 보완할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 위치 추정 단말로 동작하는 제1 IoT 단말을 이용한 위치 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 도 2에 도시된 무선 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 S220단계에서 송신되는 동기 신호에 대한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비콘으로 동작하는 제1 IoT 단말을 이용한 위치 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 도 5에 도시된 무선 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 엿듣기 동작을 수행하는 제1 IoT 단말을 이용한 위치 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 도 7에 도시된 무선 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 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 있다는 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 무선 통신 시스템에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템은 기지국(100), Private 게이트웨이(200), IoT 단말(300) 및 응용 서버(400)을 포함한다.
먼저, 기지국(100)은 셀룰러 네트워크를 통해 IoT 단말(300)과 통신을 수행한다. 여기서, 셀룰러 네트워크는 3GPP LTE의 IoT 표준인 협대역 사물인터넷(NB-IoT) 네트워크를 나타낸다. 협대역 사물인터넷(NB-IoT)은 기존 이동통신망을 통해 저전력 광역망(Low Power Wide Area Network, LPWAN)을 지원하는 것으로 699 MHz ~ 960MHz 및 1,710 MHz ~ 2,170MHz의 주파수 대역내에서 통신을 수행한다.
그리고 Private 게이트웨이(200)는 Private 네트워크를 통해 IoT 단말(300)과 통신을 수행한다. 여기서 Private 네트워크는 저전력 광역망(Low Power Wide Area Network, LPWAN)을 지원하는 것으로 912 MHz ~ 923.5MHz의 주파수 대역 내에서 통신을 수행한다.
IoT 단말(300)은 접속된 네트워크에 따라 기지국(100) 또는 Private 게이트웨이(200)을 통해 데이터를 송수신한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템은 셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속 가능하도록 듀얼 모드를 지원하는 IoT 단말을 이용하여 Private 네트워크에 접속되어 있는 다른 주변의 IoT 단말(300)의 위치를 추정한다. 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 듀얼 모드를 지원하는 IoT 단말을 제1 IoT 단말(310)로 명명한다.
제1 IoT 단말(310)은 셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크를 통해 다른 IoT 단말(300)과의 통신을 수행한다. 이때, 제1 IoT 단말(310)은 필요에 따라 각각 상이한 용도로 동작된다.
부연하자면, 이하의 본 발명의 제1 실시예에 기재한 것처럼, 제1 IoT 단말(310)은 Private 네트워크에 접속되어 있는 주변의 IoT 단말(300)에 동기 신호를 송신하고, 송신된 동기 신호에 대한 RSSI값을 이용하여 주변의 IoT 단말(300)에 대한 위치를 추정하는 위치 추정 단말로 동작한다.
그리고, 이하의 본 발명의 제2 실시예에 기재한 것처럼, 제1 IoT 단말(310)은 주변의 IoT 단말(300)에 주기적으로 동기 신호를 송신하는 비콘으로 동작할 수 있다.
마지막으로 이하의 본 발명의 제3 실시예에 기재한 것처럼, 제1 IoT 단말(310)은 동일한 Private 네트워크에 접속되어 있는 주변의 IoT 단말(300)이 다른 주변의 IoT 단말(300)에게 데이터를 송신하면, 송신되는 데이터를 해당되는 주변의 IoT 단말(300) 몰래 획득하는 엿듣기 동작을 수행한다. 제1 IoT 단말(310)의 용도에 따른 동작 수행 방법은 이하에서 더욱 상세하게 설명한다.
마지막으로 응용 서버(400)는 기지국(100) 및 Private 게이트웨이(200)로부터 수신된 주변의 IoT 단말(300)의 레인징 정보를 이용하여 주변의 IoT 단말(300)의 위치를 추정한다.
부연하자면, 응용 서버(400)는 기지국(100)을 통해 제1 IoT 단말(310)에 대한 위치 정보와 위치를 추정하고자 하는 주변의 IoT 단말(300)의 레인징 정보를 수신한다. 그리고, 응용 서버(400)는 수신된 제1 IoT 단말(310)에 대한 위치 정보와 위치를 추정하고자 하는 주변의 IoT 단말(300)의 레인징 정보를 이용하여 해당되는 주변의IoT 단말(300)의 위치를 추정한다.
또한, 응용 서버(400)는 Private 게이트웨이(200)를 통해 주변의 IoT 단말(300)에서 송신된 제1 IoT 단말(310)과 위치를 추정하고자 하는 주변의IoT 단말(300)과의 레인징 정보를 수신하고, 기 수신된 제1 IoT 단말(310)의 위치정보를 이용하여 해당되는 주변의 IoT 단말(300)의 위치를 추정한다.
한편, 제1 IoT 단말(310)의 위치 정보는 응용 서버(400)에 기 저장되어 있을 수도 있고, 제1 IoT 단말(310)에 요청하여 수신할 수도 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 이용하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 위치 추정 단말로 동작하는 제1 IoT 단말(310)을 이용한 위치 추정 방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 위치 추정 단말로 동작하는 제1 IoT 단말을 이용한 위치 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 도2에 도시된 무선 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 S220단계에서 송신되는 동기 신호에 대한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템에서의 제1 IoT 단말(310)은 기지국(100)으로부터 측위 요청 신호를 수신한다(S210).
여기서, 측위 요청 정보는 IoT 구성 정보, 동기 신호 설정 정보 및 기준 RSSI 값 중에서 적어도 하나를 포함한다.
그 다음, 제1 IoT 단말(310)은 수신된 측위 요청 정보에 따라 동기 신호를 생성하고, 생성된 동기 신호는 주변에 위치하는 복수의 IoT 단말(300)에 주기적으로 브로드캐스팅된다(S220).
여기서 동기 신호는 기준 타이밍 정보, 커버리지 요구사항, bandwidth, 송수신 Frame 정보, 슬롯 정보, Ranging 프레임 전송 정보를 포함하는 송수신 설정 정보 중에서 적어도 하나를 포함한다.
부연하자면, 도 4에 도시된 바와 같이, 동기신호는 프리앰블(Preamble)과 페이로드(Payload)로 구성된다. 먼저 프리앰블(Preamble)은 전송 프레임에 대한 신호 검출 및 주변의 IoT 단말(300)과의 동기를 획득하기 위해 적용되며, 일반적으로 상관 특성이 우수한 시퀀스를 적용하여 구성된다.
그리고 페이로드(Payload)는 제1 IoT 단말(310)의 ID 정보와 기준 타이밍 정보, 커버리지 요구사항 및 송수신 설명 정보 등을 포함한다.
여기서, 기준 타이밍 정보는 무선전송 슬롯 정보에 기반한 타이밍 정보로서, 프레임 길이, 슬롯 길이, SYNC 주기 등을 포함한다. 커버리지 요구 사항은 측위 수행을 위한 단말의 수신 환경 조건을 규정하는 파라미터로서, 수신 신호 레벨로 규정될 수 있다. 마지막으로 송수신 설정 정보는 Private 네트워크와 통신을 수행하는 IoT 단말(300)과의 무선 통신을 연결하기 위한 파라미터로서, 송수신 채널 정보, 송수신 슬롯 정보, 레이징 심볼에 대한 설정 정보 등을 포함한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 동기 신호에는 레인징을 추정하기 위한 레이징 심볼을 더 포함한다.
제1 IoT 단말(310)로부터 동기신호를 수신한 주변의 IoT 단말(300)은 동기 신호에 대한 RSSI값을 검출하고, 검출된 RSSI값과 기준값을 상호 비교한다.
그리고, 주변의 IoT 단말(300) 중에서 기준 RSSI값보다 검출된 RSSI값이 큰 제2 IoT 단말(320)은 검출된 RSSI값과 자신의 ID 정보를 제1 IoT 단말(310)에 송신한다(S230).
설명의 편의상, 기준 RSSI값보다 검출된 RSSI값이 큰 IoT 단말을 제2 IoT 단말(320)로 명명한다. 부연하자면, 제1 IoT 단말(310)은 전송 커버리지 내에 위치하는 모든 주변의 IoT 단말(300)에 동기 신호를 송신한다. 이때, 동기 신호에 대한 전파 세기는 제1 IoT 단말(310)과의 거리가 멀수록 감소되고, 가까울수록 증가된다. 그러므로, 본 발명의 실시예에서는 주변의 IoT 단말(300) 중에서 제2 IoT 단말(320)에서만 수신된 동기신호에 대한 RSSI값을 제1 IoT 단말(310)에 송신한다. 여기서 기준 RSSI값은 동기 신호에 포함된 수신 신호 레벨에 따라 상이하게 설정된다.
S230단계 완료되면, 제1 IoT 단말(310)은 제2 IoT 단말(320)로부터 수신된 RSSI 값에 대응하는 레인징 정보를 산출하고, 산출된 레인징 정보를 기지국(100)을 통해 응용 서버(400)에 전달한다(S240).
여기서, 레인징 정보는 제1 IoT 단말(310)과 제2 IoT 단말(320) 사이의 떨어진 거리 값을 포함한다.
즉, 제1 IoT 단말(310)은 수신된 RSSI 값을 이용하여 제2 IoT 단말(320)과의 거리에 대한 레일징 정보를 산출하고, 산출된 레인징 정보와 자신의 위치 정보를 기지국(100)을 통해 응용 서버(400)로 송신한다. 이때, 제1 IoT 단말(310)이 GPS 모듈을 포함하는 경우 제1 IoT 단말(310)은 GPS를 통해 자신의 위치 정보를 획득하고, GPS를 포함하지 않는 경우, 기지국(100)으로부터 기 등록된 자신의 위치 정보를 수신받는다.
그 다음, 응용 서버(400)는 수신된 레인징 정보를 이용하여 제2 IoT 단말(320)의 위치를 추정한다(S250).
응용 서버(400)은 기지국(100)을 통해 전달받은 제1 IoT 단말(310)의 위치 정보와 제2 IoT 단말(320)의 레인징 정보를 이용하여 제2 IoT 단말(320)의 위치를 추정한다. 그리고, 응용 서버(400)는 추정된 제2 IoT 단말(320)의 위치정보와 제2 IoT 단말(320)의 ID를 매칭하여 저장한다.
이하에서는 도 5 및 도 6을 이용하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 비콘으로 동작하는 제1 IoT 단말(310)을 이용한 위치 추정 방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비콘으로 동작하는 제1 IoT 단말을 이용한 위치 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 6은 도5에 도시된 무선 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템에서의 제1 IoT 단말(310)은 기지국(100)으로부터 측위 요청 신호를 수신한다(S510).
여기서, 측위 요청 정보는 IoT 구성 정보, 동기 신호 설정 정보 및 기준 RSSI 값 중에서 적어도 하나를 포함한다.
그 다음, 제1 IoT 단말(310)은 수신된 측위 요청 정보에 따라 동기 신호를 생성하고, 생성된 동기 신호는 주변의 IoT 단말(300)에 주기적으로 브로드캐스팅된다(S520).
여기서 동기 신호는 기준 타이밍 정보, 커버리지 요구사항, bandwidth, 송수신 Frame 정보, 슬롯 정보, 레인징(Ranging) 프레임 전송 정보를 포함하는 송수신 설정 정보 중에서 적어도 하나를 포함한다.
제1 IoT 단말(310)로부터 동기신호를 수신한 주변의 IoT 단말(300)은 동기 신호에 대한 RSSI값을 검출하고, 검출된 RSSI값과 기준 RSSI값을 상호 비교한다.
그리고, 주변의 IoT 단말(300) 중에서 기준 RSSI값보다 검출된 RSSI값이 큰 제2 IoT 단말(320)은 검출된 RSSI값에 대응하는 레인징 정보를 산출하고, 산출된 레인징 정보를 응용 서버(400)에 송신한다(S530).
부연하자면, 제2 IoT 단말(320)은 동기신호에 대한 RSSI값과 동기 신호에 포함된 프레임 정보를 이용하여 레인징 정보를 산출한다. 그리고, 제2 IoT 단말(320)은 산출된 레인징 정보와 자신의 ID 정보를 IoT 게이트웨이(200)로 전송한다. 그러면, IoT 게이트웨이(200)는 수신된 제1 IoT 단말(310)과 제2 IoT 단말(320)과의 레인징 정보 및 제2 IoT 단말의 ID 정보를 응용 서버(400)로 송신한다.
S530단계가 완료되면, 응용 서버(400)는 수신된 제1 IoT 단말(310)과 제2 IoT 단말(320)과의 레인징 정보를 이용하여 제2 IoT 단말(320)의 위치를 추정한다(S540).
먼저, 응용 서버(400)는 제1 IoT 단말(310)의 위치 정보를 기 수집한 상태인지 여부를 판단한다. 판단한 결과 제1 IoT 단말(310)에 대한 위치정보를 가지고 있지 않을 경우, 응용 서버(400)는 기지국(100)을 통해 제1 IoT 단말(310)에게 위치 정보를 요청하고, 그에 대응하는 위치 정보를 수신받는다.
그 다음, 응용 서버(400)는 수신된 제1 IoT 단말(310)의 위치 정보와 제1 IoT 단말(310)과 제2 IoT 단말(320)과의 레인징 정보를 이용하여 제 2 IoT 단말(320)의 위치를 추정하고, 추정된 제 2 IoT 단말(320)의 위치 정보와 제 2 IoT 단말(320)의 ID를 매칭하여 저장한다.
이하에서는 도 7 및 제8을 이용하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 엿듣기 동작을 수행하는 제1 IoT 단말(310)을 이용한 위치 추정 방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 엿듣기 동작을 수행하는 제1 IoT 단말을 이용한 위치 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 8은 도 7에 도시된 무선 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따르면 무선 통신 시스템에서의 제1 IoT 단말(310)은 기지국(100)으로부터 측위 요청 신호를 수신한다(S710).
여기서, 측위 요청 정보는 IoT 구성 정보, 동기 신호 설정 정보 및 기준 RSSI 값 중에서 적어도 하나를 포함한다.
그 다음, 제1 IoT 단말(310)은 동일한 Private 네트워크에 위치하고 있는 주변의 IoT 단말(300)에 대한 모니터링을 수행하고, 통신을 수행하는 주변의 IoT 단말(300)의 송신 신호에 대한 RSSI값을 검출한다(S720).
부연하자면, 제1 IoT 단말(310)의 전송 커버리지 내에 위치하고 있으며, Private 네트워크에 접속되어 있는 주변의 IoT 단말(300)에 대한 모니터링을 수행한다. 그리고 주변의 IoT 단말(300) 중에서 제2 IoT 단말(320)과 제3 IoT 단말(330)이 Private 게이트웨이(200)와 통신을 수행하면, 제1 IoT 단말(310)은 엿듣기(Listener)를 수행하여 제2 IoT 단말(320)과 제3 IoT 단말(330)에서 송신되는 신호를 획득하고, 제2 IoT 단말(320) 및 제3 IoT 단말(330)에서 송신된 신호에 대한 RSSI값을 각각 검출한다.
그 다음, 제1 IoT 단말(310)은 검출된 RSSI값 중에서 기준 RSSI값보다 큰 RSSI값에 대응하는 송신 신호를 발생한 IoT 단말을 추출하고, IoT 단말의 RSSI값에 대응하는 레인징 정보를 산출한다(S730).
즉, 제1 IoT 단말(310)은 검출된 각각의 RSSI값을 기준 RSSI값과 상호 비교한다. 그리고, 제1 IoT 단말(310)은 검출된 RSSI값이 기준 RSSI값보다 큰 IoT 단말에 대한 ID 정보와 레인징 정보를 응용 서버(400)에 송신한다.
예를 들어, 제2 IoT 단말(320)에서 송신된 신호의 RSSI값은 기준 RSSI값보다 크고, 제3 IoT 단말(330)에서 송신된 신호의 RSSI값은 기준 RSSI값보다 작을 경우, 제1 IoT 단말(310)은 엿듣기 과정을 통해 획득한 제2 IoT 단말(320)의 데이터 즉, 송신 신호에 포함된 제2 IoT 단말(320)의 ID 정보와 제2 IoT 단말(320)의 레인징 정보를 응용 서버(400)에 송신한다. 반면에, 제1 IoT 단말(310)은 제3 IoT 단말(330)에 대한 신호가 부정확하다고 판단하여 엿듣기 과정을 통해 획득한 데이터를 응용 서버(400)에 송신하지 않고 무시한다.
또한, 제2 IoT 단말(320)에서 송신된 신호의 RSSI값과 제3 IoT 단말(330)에서 송신된 신호의 RSSI값 모두 기준 RSSI값보다 클 경우, 제1 IoT 단말(310)은 제2 IoT 단말(320)의 ID 정보 및 제2 IoT 단말(320)의 레인징 정보와, 제3 IoT 단말(330)의 ID 정보 및 제3 IoT 단말(330)의 레인징 정보를 응용 서버(400)에 송신한다.
S730단계가 완료되면, 응용 서버(400)는 제1 IoT 단말(310)의 위치 정보와 제2 IoT 단말(320)의 레인징 정보를 이용하여 제2 IoT 단말(320)의 위치를 추정한다(S740).
먼저, 응용 서버(400)는 제1 IoT 단말(310)의 위치 정보를 기 수집한 상태인지 여부를 판단한다. 판단한 결과 제1 IoT 단말(310)에 대한 위치정보를 가지고 있지 않을 경우, 응용 서버(400)는 기지국(100)을 통해 제1 IoT 단말(310)에게 위치 정보를 요청하고, 그에 대응하는 위치 정보를 수신받는다.
그 다음, 응용 서버(400)는 수신된 제1 IoT 단말(310)의 위치 정보와 제2 IoT 단말(320)의 레인징 정보를 이용하여 제 2 IoT 단말(320)의 위치를 추정하고, 추정된 제 2 IoT 단말(320)의 위치 정보와 제 2 IoT 단말(320)의 ID를 매칭하여 저장한다.
이와 같이 본 발명에 따른 무선 통신 시스템은 셀룰러 네트워크와 Private 네트워크에 대한 접속을 지원하는 듀얼 모드 IoT 단말을 이용하여 GPS 지원 없이 Private 네트워크에 연결되어 있는 IoT 단말의 위치를 추정할 수 있다. 또한, 무선 통신 시스템에서 측위를 수행할 경우에 게이트웨이와의 거리가 멀어짐에 따라 무선링크 품질에 대한 성능이 열화되는 문제를 보완할 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 : 기지국
200: Private 게이트웨이
300 : 주변의 IoT 단말
310 : 제1 IoT 단말
320 : 제2 IoT 단말
400 : 응용 서버

Claims (12)

  1. 사물 인터넷 통신을 기반으로 하는 무선 통신 시스템에 있어서,
    셀룰러 네트워크를 통해 신호를 전달하는 기지국,
    셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속가능하며, 상기 기지국으로부터 측위 요청 정보를 수신하면 주변의 복수의 IoT 단말에 주기적으로 동기 신호를 브로드캐스팅하고, 상기 동기 신호를 수신한 복수의 IoT 단말 중에서 수신된 신호에 대한 RSSI 값이 기준치보다 큰 제2 IoT 단말로부터 RSSI 정보를 수신하고, 상기 제2 IoT 단말로부터 수신된 RSSI 값에 대응하는 레인징 정보를 산출하는 제1 IoT 단말, 그리고
    상기 제1 IoT 단말로부터 셀룰러 네트워크를 통하여 상기 제1 IoT 단말의 위치 정보 및 상기 제2 IoT 단말의 레인징 정보를 수신하여 상기 제2 IoT 단말의 위치를 추정하는 응용서버를 포함하는 무선 통신 시스템.
  2. 사물 인터넷 통신을 기반으로 하는 무선 통신 시스템에 있어서,
    셀룰러 네트워크를 통해 신호를 전달하는 기지국,
    셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속가능하며, 상기 기지국으로부터 측위 요청 정보를 수신하면 주변의 복수의 IoT 단말에 주기적으로 동기 신호를 브로드캐스팅하는 제1 IoT 단말,
    상기 제1 IoT 단말로부터 수신된 동기 신호의 RSSI 값이 기준치보다 큰 경우, RSSI 값에 대응하는 레인징 정보를 산출하여 IoT 게이트웨이를 통해 응용 서버로 전송하는 제2 IoT 단말, 그리고
    수신된 상기 제1 IoT 단말과 제2 IoT 단말 사이의 레인징 정보와 기 저장된 상기 제1 IoT 단말의 위치정보를 이용하여 상기 제2 IoT 단말의 위치를 추정하는 응용서버를 포함하는 무선 통신 시스템.
  3. 사물 인터넷 통신을 기반으로 하는 무선 통신 시스템에 있어서,
    셀룰러 네트워크를 통해 신호를 전달하는 기지국,
    셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속가능하며, Private 네트워크를 통하여 제2 IoT 단말이 통신 중일 경우, 엿듣기 과정을 통해 상기 제2 IoT 단말의 RSSI를 검출하고, 상기 검출된 RSSI가 기준치보다 크면,제2 IoT 단말의 레인징 정보를 셀룰러 네트워크를 통해 응용 서버로 전송하는 제1 IoT 단말, 그리고
    수신된 상기 제1 IoT 단말과 제2 IoT 단말과의 레인징 정보와 기 저장된 상기 제1 IoT 단말의 위치정보를 이용하여 상기 제2 IoT 단말의 위치를 추정하는 응용서버를 포함하는 무선 통신 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 동기 신호는,
    기준 타이밍 정보, 커버리지 요구사항, bandwidth, 송수신 Frame 정보, 슬롯 정보, Ranging 프레임 전송 정보를 포함하는 송수신 설정 정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 무선 통신 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측위 요청 정보는,
    IoT 구성 정보, 동기 신호 설정 정보 및 기준 RSSI 값 중에서 적어도 하나를 포함하는 무선 통신 시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 IoT 단말은,
    내부에 GPS가 포함되어 있을 경우에는, 상기 GPS를 이용하여 위치 정보를 획득하고,
    내부에 GPS가 포함되어 있지 않을 경우에는, 상기 기지국으로부터 기 등록된 위치 정보를 획득하는 무선 통신 시스템.
  7. 무선 통신 시스템을 이용한 위치 추정 방법에 있어서,
    셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속가능한 제1 IoT 단말이 기지국으로부터 셀룰러 네트워크를 통해 측위 요청 정보를 수신하는 단계,
    상기 제1 IoT 단말이 주변의 복수의 IoT 단말에 주기적으로 동기 신호를 브로드캐스팅하는 단계,
    상기 동기 신호를 수신한 복수의 IoT 단말 중에서 수신된 신호에 대한 RSSI 값이 기준치보다 큰 제2 IoT 단말로부터 RSSI 정보를 수신하는 단계.
    상기 제2 IoT 단말로부터 수신된 RSSI 값에 대응하는 레인징 정보를 산출하는 단계,
    상기 제1 IoT 단말은 셀룰러 네트워크를 통하여 상기 제1 IoT 단말의 위치 정보 및 상기 제2 IoT 단말의 레인징 정보를 응용 서버로 전송하는 단계, 그리고
    상기 응용 서버는 상기 제1 IoT 단말의 위치 정보 및 상기 제2 IoT 단말의 레인징 정보를 이용하여 상기 제2 IoT 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 위치 추정 방법.
  8. 무선 통신 시스템을 이용한 위치 추정 방법에 있어서,
    셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속가능한 제1 IoT 단말이 기지국으로부터 셀룰러 네트워크를 통해 측위 요청 정보를 수신하는 단계,
    상기 제1 IoT 단말이 주변의 복수의 IoT 단말에 주기적으로 동기 신호를 브로드캐스팅하는 단계,
    제2 IoT 단말이 상기 제1 IoT 단말로부터 수신된 동기 신호의 RSSI 값이 기준치보다 큰 경우, RSSI 값에 대응하는 레인징 정보를 산출하여 IoT 게이트웨이를 통해 응용 서버로 전송하는 단계, 그리고
    상기 응용 서버는 수신된 상기 IoT 게이트웨이로부터 상기 제1 IoT 단말과 제2 IoT 단말 사이의 레인징 정보와 기 저장된 상기 제1 IoT 단말의 위치정보를 이용하여 상기 제2 IoT 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 위치 추정 방법.
  9. 무선 통신 시스템을 이용한 위치 추정 방법에 있어서,
    셀룰러 네트워크 및 Private 네트워크에 접속 가능한 제1 IoT 단말이 셀룰러 네트워크를 통해 기지국과 통신하는 단계,
    Private 네트워크를 통하여 제2 IoT 단말이 통신 중일 경우, 상기 제1 IoT 단말은 엿듣기 과정을 통해 상기 제2 IoT 단말의 RSSI를 검출하는 단계,
    상기 검출된 RSSI가 기준치보다 크면, 상기 제1 Iot 단말은 제2 IoT 단말과의 레인징 정보를 셀룰러 네트워크를 통해 응용 서버로 전송하는 단계, 그리고
    상기 응용 서버는 수신된 상기 제1 IoT 단말과 제2 IoT 단말과의 레인징 정보와 기 저장된 상기 제1 IoT 단말의 위치정보를 이용하여 상기 제2 IoT 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 위치 추정 방법.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 동기 신호는,
    기준 타이밍 정보, 커버리지 요구사항, bandwidth, 송수신 Frame 정보, 슬롯 정보, Ranging 프레임 전송 정보를 포함하는 송수신 설정 정보 중에서 적어도 하나를 포함하는 위치 추정 방법.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 측위 요청 정보는,
    IoT 구성 정보, 동기 신호 설정 정보 및 기준 RSSI 값 중에서 적어도 하나를 포함하는 위치 추정 방법.
  12. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 IoT 단말은,
    내부에 GPS가 포함되어 있을 경우에는, 상기 GPS를 이용하여 위치 정보를 획득하고,
    내부에 GPS가 포함되어 있지 않을 경우에는, 상기 기지국으로부터 기 등록된 위치 정보를 획득하는 위치 추정 방법.
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