KR20090048837A - 두 노드간의 거리 측정 방법 - Google Patents

두 노드간의 거리 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 두 노드간의 거리 측정 방법에 관한 것으로, TOA(Time Of Arrival) 기술과, 동기가 맞지 않는 네트워크상의 두 노드(Node)간에 메시지를 송수신하는 SDS TWR(Symmetrical Double-Side Two Way Ranging) 기술을 응용하여 복수의 통신 거리 측정을 통해 두 노드간의 거리를 연산함으로써 보다 정확한 두 노드간의 거리 측정이 가능하도록 한 것이다.
노드, 거리 측정, TOA, SDS TWR

Description

두 노드간의 거리 측정 방법{Distance measuring method between two network nodes}
본 발명은 두 노드간의 거리 측정 방법에 관한 것으로, 특히 네트워크상의 두 노드간의 거리를 전파 전달 시간을 이용해 측정하는 기술에 관련한 것이다.
네트워크상의 2개의 노드(Node)간의 거리를 측정하는 방법으로는 수신신호 세기를 측정하여 거리를 계산하는 RSSI(Received Signal Strength Indication) 방식, 어레이(Array) 안테나(2개 이상의 서로 근접한 안테나들)를 사용하여 단말기로부터 보내온 신호의 방위각을 구하고, 수신된 신호의 위상차를 이용하여 거리를 계산하는 AOA(Angle Of Arrival) 방식, 두개의 신호원에서 송신한 전파의 상대적인 도달 시간 차를 이용하여 거리를 계산하는 TDOA(Time Difference Of Arrival) 방식, 두개의 신호원간의 전파도달 시간을 측정하여 거리를 계산하는 TOA(Time Of Arrival) 방식 등이 있다.
본 발명자는 상기한 TOA(Time Of Arrival) 기술과, 동기가 맞지 않는 네트워크상의 두 노드(Node)간에 메시지를 송수신하는 SDS TWR(Symmetrical Double-Side Two Way Ranging) 기술을 응용하여 복수의 통신 거리 측정을 통해 보다 정확한 두 노드간의 거리 측정이 가능한 기술에 대한 연구를 하게 되었다.
본 발명은 상기한 취지하에 발명된 것으로, TOA(Time Of Arrival) 기술과, 동기가 맞지 않는 네트워크상의 두 노드(Node)간에 메시지를 송수신하는 SDS TWR(Symmetrical Double-Side Two Way Ranging) 기술을 응용하여 복수의 통신 거리 측정을 통해 보다 정확한 두 노드간의 거리 측정이 가능한 두 노드간의 거리 측정 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명에 따른 두 노드간의 거리 측정 방법은 노드 A가 제1카운터(T1)를 동작시키고, 노드 B로 제1거리 측정용 메시지를 전송하고, 제1거리 측정용 메시지를 수신한 노드 B가 제1시간(R1) 대기 후 응답 메시지를 전송시, 노드 A가 응답 메시지를 수신한 시점에서 제1카운터(T1)를 중단시키고, 제1보고값(RTT_1)을 생성하고, 이 후에 소정 시간이 지난 시점에서 노드 B가 제2카운터(R2)를 동작시키고, 노드 A로 제2거리 측정용 메시지를 전송하고, 제2거리 측정용 메시지를 수신한 노드 A가 제2시간(T2) 대기 후 응답 메시지를 전송시, 노드 B가 응답 메시지를 수신한 시점에서 제2카운터(R2)를 중단시키고, 제2보고값(RTT_2)을 생성하고, 상기 노드 A 또는 노드 B가 상기 제1보고값(RTT_1) 및 제2보고값(RTT_2)을 이용해 상기 노드 A와 노드 B간의 거리(Distance)를 구하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 두 노드간의 거리 측정 방법은 TOA(Time Of Arrival) 기술과, 동기가 맞지 않는 네트워크상의 두 노드(Node)간에 메시지를 송수신하는 SDS TWR(Symmetrical Double-Side Two Way Ranging) 기술을 응용하여 복수의 통신 거리 측정을 통해 두 노드간의 거리를 연산함으로써 보다 정확한 두 노드간의 거리 측정이 가능한 유용한 효과를 가진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 두 노드간의 거리 측정 방법의 개요도, 도 2 는 본 발명에 따른 두 노드간의 거리 측정 방법의 일 실시예에 따른 흐름도이다. 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 두 노드간의 거리 측정 방법은 제1보고값(RTT_1)을 생성하는 제1단계(S100)와, 제2보고값(RTT_2)을 생성하는 제2단계(S200)와, 상기 제1보고값(RTT_1) 및 제2보고값(RTT_2)을 이용해 노드 A와 노드 B간의 거리(Distance)를 구하는 제3단계(S300)를 포함하여 이루어진다.
예컨대, 상기 노드 A는 액티브 태그(Active Tag)이고, 상기 노드 B는 상기 액티브 태그내의 정보를 읽는 태그 리더기(Tag Reader)일 수 있다. 이 때, 상기 액티브 태그(Active Tag)가 CSS(Chirp Spread Spectrum) 방식의 무선 멀티 액티브 태그일 수도 있다. CSS 방식은 스펙트럼 확산 통신의 변조 방법 중에서 부호화를 사용하지 않고, 시간에 따라 반송파 주파수를 선형적으로 스위핑시켜 수행 이득을 구현하는 통신 방식이다.
상기 제1단계(S100)는 노드 A가 제1카운터(T1)를 동작시키고, 노드 B로 제1거리 측정용 메시지를 전송하고, 제1거리 측정용 메시지를 수신한 노드 B가 제1시간(R1) 대기 후 응답 메시지를 전송시, 노드 A가 응답 메시지를 수신한 시점에서 제1카운터(T1)를 중단시키고, 제1보고값(RTT_1)을 생성하는 단계로, 다음과 같은 세부 단계로 이루어진다.
먼저, 단계 S110 에서, 노드 A가 노드 B로 고유 ID 정보를 전송한다. 상기 고유 ID 정보는 네트워크상에서 노드 A를 식별하기 위한 고유의 정보로 예컨대, 태그 ID, 장치일련번호(ESN), IP 주소 등일 수 있으며, 전파의 세기, 알람(Alarm), 베터리 레벨(Battery Level) 정보 등을 더 포함하여 전송함으로써 특정 데이터의 요구 및 수정이 가능하도록 구현할 수도 있다.
그 다음, 단계 S120 에서 노드 A로부터 고유 ID 정보를 수신한 노드 B가 제1거리 측정용 메시지 전송을 요청하는 메시지를 상기 노드 A로 전송한다. 즉, 상기 단계 S110 에 의해 노드 A로부터 고유 ID 정보가 전송되면, 단계 S120 에서 노드 B가 이를 수신하여 고유 ID에 대한 승인 예컨대, ID 중복 체크 등의 인증 절차를 수행하고, 인증 성공시 노드 A로 거리 측정용 메시지를 보내도 좋다는 메시지(Start Range)를 전송한다. 이 때, 상기 메시지(Start Range)가 송신 전파의 세기 가변 요청, 태그 ID의 변경 및 슬립 타임(Sleep Time) 수정 후 거리 측정용 메시지를 보내도록 지시하는 정보를 포함할 수도 있다.
그 다음, 단계 S130 에서 노드 B로부터 제1거리 측정용 메시지 전송을 요청하는 메시지를 수신한 노드 A가 제1카운터(T1)를 동작시키고, 노드 B로 제1거리 측 정용 메시지를 전송한다. 즉, 상기 단계 S120 에 의해 노드 B로부터 제1거리 측정용 메시지 전송을 요청하는 메시지(Start Range)가 전송되면, 단계 S130 에서 노드 A가 이를 수신하고, 이 메시지 수신 시점에서 제1카운터(T1)를 동작시키고, 동시에 노드 B로 제1거리 측정용 메시지(Range Packet1)를 전송한다.
그 다음, 단계 S140 에서 노드 A로부터 제1거리 측정용 메시지를 수신한 노드 B가 제1시간(R1) 대기 후, 노드 A로 응답 메시지를 전송한다. 즉, 상기 단계 S130 에 의해 노드 A로부터 제1거리 측정용 메시지(Range Packet1)가 전송되면, 단계 S140 에서 노드 B가 이를 수신하고, 제1시간(R1) 대기 후, 노드 A로 응답 메시지(Rx Data1)를 전송한다.
이 때, 상기 제1시간(R1)은 수신된 제1거리 측정용 메시지(Range Packet1)를 처리하는 시간으로, 이 제1시간(R1)은 노드 A로부터 노드 B로 전송되는 제1거리 측정용 메시지에 포함되어 지시될 수 있다.
그 다음, 단계 S150 에서 노드 B로부터 응답 메시지(Rx Data1)를 수신한 노드 A가 제1카운터(T1)를 중단시키고, 제1보고값(RTT_1)을 생성한다. 상기 제1보고값(RTT_1)은 제1카운터(T1)값에서 제1시간(R1)값을 감산한 값을 2분한 값으로, 다음 식 1 과 같다.
(식 1)
RTT_1 = (T1 - R1) / 2
상기 제2단계(S200)는 상기 제1단계(S100) 이후 소정 시간이 지난 후, 노드 B가 제2카운터(R2)를 동작시키고, 노드 A로 제2거리 측정용 메시지를 전송하고, 제2거리 측정용 메시지를 수신한 노드 A가 제2시간(T2) 대기 후 응답 메시지를 전송시, 노드 B가 응답 메시지를 수신한 시점에서 제2카운터(R2)를 중단시키고, 제2보고값(RTT_2)을 생성하는 단계로, 다음과 같은 세부 단계로 이루어진다.
먼저, 단계 S210 에서 노드 B가 제2카운터(R2)를 동작시키고, 노드 A로 제2거리 측정용 메시지를 전송한다. 즉, 상기 제1단계(S100) 이후 소정 시간이 지난 시점에서 제1단계(S100)와는 반대로 단계 S210 에서 노드 B가 제2카운터(R2)를 동작시키고, 동시에 노드 A로 제2거리 측정용 메시지(Range Packet2)를 전송한다.
그 다음, 단계 S220 에서 노드 B로부터 제2거리 측정용 메시지를 수신한 노드 A가 제2시간(T2) 대기 후, 노드 B로 응답 메시지를 전송한다. 즉, 상기 단계 S210 에 의해 노드 B로부터 제2거리 측정용 메시지(Range Packet2)가 전송되면, 단계 S220 에서 노드 A가 이를 수신하고, 제2시간(T2) 대기 후, 노드 B로 응답 메시지(Rx Data2)를 전송한다.
이 때, 상기 제2시간(T2)은 수신된 제2거리 측정용 메시지(Range Packet2)를 처리하는 시간으로, 이 제2시간(T2)은 노드 B로부터 노드 A로 전송되는 제2거리 측정용 메시지에 포함되어 지시될 수 있다.
그 다음, 단계 S230 에서 노드 A로부터 응답 메시지(Rx Data2)를 수신한 노드 B가 제2카운터(R2)를 중단시키고, 제2보고값(RTT_2)을 생성한다. 상기 제2보고값(RTT_2)은 제2카운터(R1)값에서 제2시간(T2)값을 감산한 값을 2분한 값으로, 다 음 식 2 와 같다.
(식 2)
RTT_2 = (R2 - T2) / 2
상기 제3단계(S300)는 상기 노드 A 또는 노드 B가 상기 제1보고값(RTT_1) 또는 제2보고값(RTT_2)을 서로 교환하고, 이를 이용해 상기 노드 A와 노드 B간의 거리(Distance)를 구하는 단계로, 다음과 같은 방법으로 상기 노드 A와 노드 B간의 거리를 계산한다. 즉, 상기 노드 A를 통해서는 식 1 과 같은 제1보고값(RTT_1)이 구해지고, 상기 노드 B를 통해서는 식 2 와 같은 제2보고값(RTT_2)이 구해지면, 상기 노드 A 또는 노드 B가 제3단계(S300)에서 상대방에게 각각 제1보고값(RTT_1)과 제2보고값(RTT_2)을 전송하여 서로 교환하고, 상기 노드 A와 노드 B간의 거리를 계산한다. 상기 노드 A와 노드 B간의 거리(Distance)는 상기 제1보고값(RTT_1)과 제2보고값(RTT_2)을 가산하여 2분한 값 즉, 평균값(T_propagation : 메시지 도달 평균 시간)에 광속(C = 3 × 108)을 적산한 값으로 다음 식 3 과 같다.
(식3)
T_propagation = (RTT_1 + RTT_2) / 2
Distance = C × T_propagation
위와 같이 함에 의해, 본 발명에 따른 두 노드간의 거리 측정 방법은 TOA(Time Of Arrival) 기술과, 동기가 맞지 않는 네트워크상의 두 노드(Node)간에 메시지를 송수신하는 SDS TWR(Symmetrical Double-Side Two Way Ranging) 기술을 응용하여 복수의 통신 거리 측정을 통해 두 노드간의 거리를 연산함으로써 보다 정확한 두 노드간의 거리 측정이 가능하므로, 상기에서 제시한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 만약, 두 노드간의 메시지 도달 시간 측정을 여러번 반복하면 더욱 정밀한 두 노드간의 거리 측정이 가능하다.
본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만, 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 범위 내에서 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
본 발명은 네트워크상의 두 노드간의 거리를 측정하는 기술 분야 및 이를 응용한 기술 분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
도 1 은 본 발명에 따른 두 노드간의 거리 측정 방법의 개요도
도 2 는 본 발명에 따른 두 노드간의 거리 측정 방법의 일 실시예에 따른 흐름도

Claims (10)

  1. a) 노드 A가 제1카운터(T1)를 동작시키고, 노드 B로 제1거리 측정용 메시지를 전송하고, 제1거리 측정용 메시지를 수신한 노드 B가 제1시간(R1) 대기 후 응답 메시지를 전송시, 노드 A가 응답 메시지를 수신한 시점에서 제1카운터(T1)를 중단시키고, 제1보고값(RTT_1)을 생성하는 단계와;
    b) 노드 B가 제2카운터(R2)를 동작시키고, 노드 A로 제2거리 측정용 메시지를 전송하고, 제2거리 측정용 메시지를 수신한 노드 A가 제2시간(T2) 대기 후 응답 메시지를 전송시, 노드 B가 응답 메시지를 수신한 시점에서 제2카운터(R2)를 중단시키고, 제2보고값(RTT_2)을 생성하는 단계와;
    c) 상기 노드 A 또는 노드 B가 상기 제1보고값(RTT_1) 또는 제2보고값(RTT_2)을 서로 교환하고, 이를 이용해 상기 노드 A와 노드 B간의 거리(Distance)를 구하는 단계를;
    포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 네트워크상의 두 노드간의 거리 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 a)가:
    a1) 노드 A가 노드 B로 고유 ID 정보를 전송하는 단계와;
    a2) 노드 A로부터 고유 ID 정보를 수신한 노드 B가 제1거리 측정용 메시지 전송을 요청하는 메시지를 상기 노드 A로 전송하는 단계와;
    a3) 노드 B로부터 제1거리 측정용 메시지 전송을 요청하는 메시지를 수신한 노드 A가 제1카운터(T1)를 동작시키고, 노드 B로 제1거리 측정용 메시지를 전송하는 단계와;
    a4) 노드 A로부터 제1거리 측정용 메시지를 수신한 노드 B가 제1시간(R1) 대기 후, 노드 A로 응답 메시지를 전송하는 단계와;
    a5) 노드 B로부터 응답 메시지를 수신한 노드 A가 제1카운터(T1)를 중단시키고, 제1보고값(RTT_1)을 생성하는 단계를;
    포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 네트워크상의 두 노드간의 거리 측정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 b)가:
    b1) 노드 B가 제2카운터(R2)를 동작시키고, 노드 A로 제2거리 측정용 메시지를 전송하는 단계와;
    b2) 노드 B로부터 제2거리 측정용 메시지를 수신한 노드 A가 제2시간(T2) 대기 후, 노드 B로 응답 메시지를 전송하는 단계와;
    b3) 노드 A로부터 응답 메시지를 수신한 노드 B가 제2카운터(R2)를 중단시키고, 제2보고값(RTT_2)을 생성하는 단계를;
    포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 두 노드간의 거리 측정 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1보고값(RTT_1)은 제1카운터(T1)값에서 제1시간(R1)값을 감산한 값을 2분한 값이고, 상기 제2보고값(RTT_2)은 제2카운터(R1)값에서 제2시간(T2)값을 감산한 값을 2분한 값이고, 노드 A와 노드 B간의 거리(Distance)는 상기 제1보고값(RTT_1)과 제2보고값(RTT_2)을 가산하여 2분한 값에 광속(C = 3 × 108)을 적산한 값인 것을 특징으로 하는 두 노드간의 거리 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1시간(R1)이 노드 A로부터 노드 B로 전송되는 제1거리 측정용 메시지에 포함되어 지시되는 것을 특징으로 하는 두 노드간의 거리 측정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1거리 측정용 메시지가:
    노드 A의 고유 ID 정보, 전파세기 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 두 노드간의 거리 측정 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2시간(T2)이 노드 B로부터 노드 A로 전송되는 제2거리 측정용 메시지 에 포함되어 지시되는 것을 특징으로 하는 두 노드간의 거리 측정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2거리 측정용 메시지가:
    노드 B의 고유 ID 정보, 전파세기 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 두 노드간의 거리 측정 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 노드 A는 액티브 태그(Active Tag)이고, 상기 노드 B는 상기 액티브 태그내의 정보를 읽는 태그 리더기(Tag Reader)인 것을 특징으로 하는 두 노드간의 거리 측정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 액티브 태그(Active Tag)가:
    CSS(Chirp Spread Spectrum) 방식의 무선 멀티 액티브 태그인 것을 특징으로 하는 두 노드간의 거리 측정 방법.
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