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KR102032885B1 - 신호 보정 방법 - Google Patents

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KR102032885B1
KR102032885B1 KR1020170151949A KR20170151949A KR102032885B1 KR 102032885 B1 KR102032885 B1 KR 102032885B1 KR 1020170151949 A KR1020170151949 A KR 1020170151949A KR 20170151949 A KR20170151949 A KR 20170151949A KR 102032885 B1 KR102032885 B1 KR 102032885B1
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호를 측정하는 단계; 상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 거리를 산출하는 단계; 상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호 및 상기 RSS 신호의 순위에 근거하여 제1파라미터를 산출하는 단계; 상기 제1파라미터 및 상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 거리에 근거하여 제2파라미터를 산출하는 단계; 및 상기 제1 및 제2파라미터 값에 근거하여 산출된 상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 거리를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 보정 방법을 제공한다.

Description

신호 보정 방법{SIGNAL CORRECTION METHOD}
본 발명은 신호 보정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호와 거리를 이용하여 RSS 모델을 보정하는 신호 보정 방법에 관한 것이다.
센서 네트워크 환경에서의 위치 인식 기술은 이미 알고 있는 위치로부터의 거리나 각도와 같은 정보를 이용하여 상대 위치를 추정하고, 이를 이용하여 노드들의 위치를 계산하는 기술이다.
센서 네트워크 환경에서 위치를 측정할 수 있는 일반적인 방법은 적외선, 초음파, RFID, UWB, RSSI, 카메라 센서, 빛을 이용한 방법 등 다양한 기술이 있다.
전술한 다양한 기술 중에서, 센서 노드의 수신 신호 세기 RSSI(Received Signal Strength Indication)를 이용한 위치 측정 기술은 RSSI가 주변 환경의 특성에 따라서 변화가 심하기 때문에 직접적으로 이용하기가 용이하지 않다. 이런 불규칙한 RSSI 값을 이용하여 거리를 측정하기 위해서 많은 연구들이 이루어지고 있는 실정이다.
등록 특허 10-1754535에는 비콘 신호의 RSSI 값을 측정하고 측정된 RSSI 값을 보정하여 무선 신호의 잡음을 감소시킴으로써 BLE(Bluetooth Low Energy) 기반 위치 측량을 위한 RSSI 신호 보정 시스템 및 방법이 개시되어 있다.
노드의 위치를 탐지 하기 위해서는 사건 탐지(event detection), 위치 인지 기반 계산(location awareness dependent computing) 및 지리적 트레킹(geographic tracking)등의 기술이 필요하다.　센서 네트워크 관점에서 신뢰성(Reliability)과 데이터 신뢰성(Robust)에 많은 연구가 이루어지고 있지만, 위치 인지에서는 수신호의 신뢰성(Confidence)을 확보할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
특히, 측정 잡음과 노드의 위치 에러 등을 감소시키며, 보다 높은 정확도를 갖는 거리 모델을 추정하기 위한 방법이 필요하다.
등록 특허 10-1754535(발명의 명칭:BLE 기반 위치 측량을 위한 RSSI 신호 보정 시스템 및 방법, 공고일자:2017년 7월 20일)
본 발명의 일 목적은 측정 잡음과 노드의 위치 에러 등을 감소시키며, 보다 높은 정확도를 갖는 거리 모델을 추정하기 위한 신호 보정 방법을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 신호 보정 방법은, 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호를 측정하는 단계; 상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 거리를 산출하는 단계; 상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호 및 상기 RSS 신호의 순위에 근거하여 제1파라미터를 산출하는 단계; 상기 제1파라미터 및 상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 거리에 근거하여 제2파라미터를 산출하는 단계; 및 상기 제1 및 제2파라미터 값에 근거하여 산출된 상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 거리를 보정하는 단계를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제1파라미터를 산출하는 단계는, 상기 추정 대상 노드 및 상기 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호의 차이값들을 행렬 원소로 하는 행렬에 근거하여 상기 제1파라미터를 산출 가능하다.
상기 제1파라미터를 산출하는 단계는, 상기 RSS 신호의 차이값들을 행렬 원소로 하는 행렬에 근거하여, TLS(total least square) 방식을 적용하여 도출될 수 있다.
상기 RSS 신호의 차이값들을 행렬 원소로 하는 행렬에 근거하여, TLS(total least square) 방식을 적용하여 도출되는 것은, [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 상기 제1파라미터를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017113275191-pat00001
[수학식 2]
Figure 112017113275191-pat00002
여기서,
Figure 112017113275191-pat00003
Pij는 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호이고, △Pi는 RSS 신호의 차이값들을 행렬 원소로 하는 행렬이고,
Figure 112017113275191-pat00004
내지
Figure 112017113275191-pat00005
은 Pij를 내림차순으로 정렬 (sorting) 했을 때의 순위이다.또한, d는 차원을 나타낸다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 상기 제2파라미터를 산출하는 단계는, 상기 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 거리값들을 행렬 원소로 하는 행렬; 및 상기 제1파라미터 및 상기 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호에 근거하여 도출된 값들을 행렬 원소로 하는 행렬을 TLS(total least square) 방식을 적용하여 도출되는 값에 근거하여 산출된다.
상기 제2파라미터를 산출하는 단계에서의 TLS(total least square) 방식을 적용하여 도출되는 값은 [수학식 3] 및 [수학식 4]에 근거하여 도출될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112017113275191-pat00006
[수학식 4]
Figure 112017113275191-pat00007
여기서,
Figure 112017113275191-pat00008
이고,
Figure 112017113275191-pat00009
이며,
Figure 112017113275191-pat00010
i,a는 추정 대상 노드에서 고정노드까지의 거리값(
Figure 112017113275191-pat00011
i1 내지
Figure 112017113275191-pat00012
iq)들을 행렬 원소로 하는 행렬,
Figure 112017113275191-pat00013
i,u는 추정 대상 노드에서 언노운 노드까지의 거리값(
Figure 112017113275191-pat00014
i(q+1) 내지
Figure 112017113275191-pat00015
in)들을 행렬 원소로 하는 행렬,
Figure 112017113275191-pat00016
i는
Figure 112017113275191-pat00017
i,a와
Figure 112017113275191-pat00018
i,u각각의 행렬 원소들을 행렬 원소로 하는 행렬, a i,a 행렬 내의 행렬 원소 Pi1 내지 Piq는 각각 추정 대상 노드와 다른 고정 노드들 각각 사이의 RSS 신호이고, a i,u 행렬 내의 행렬 원소 Pi(q+1) 내지 Pin 은 추정 대상 노드와 다른 언노운 노드들 각각 사이의 RSS 신호이고, γi는 추정 대상 노드에서의 제1파라미터이다. 또한, a i T는 a i의 전치행렬을 나타내고,
Figure 112017113275191-pat00019
i T는
Figure 112017113275191-pat00020
i의 전치행렬을 나타낸다.
상기 제2파라미터는 [수학식 5]에 근거하여 산출될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112017113275191-pat00021
여기서, P0,i는 추정 대상 노드에서의 제2파라미터, βi는 [수학식 4]를 통해 산출된 값이다.
상기 거리를 보정하는 단계는, [수학식 7]을 이용하여, 상기 추정 대상 노드의 다른 노드들과의 거리를 보정할 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112017113275191-pat00022
여기서, Pij 는 추정 대상 노드에서부터 다른 노드들 사이의 RSS 신호, P0,i는 추정 대상 노드에서의 제2파라미터, γi는 추정 대상 노드에서의 제1파라미터이다.
본 발명의 신호 보정 방법은 상기 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호, 상기 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 거리, 제1 및 제2파라미터에 근거하여 추정 대상 노드의 위치를 추정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 거리는 상기 노드들 각각 사이의 위치에 근거하여 계산함으로써 산출된다.
본 발명은 제1 및 제2파라미터에 근거하여 거리를 보정함으로써 RSS 신호 잡음에 의한 오차를 최소화하고, 보다 높은 정확도를 갖는 거리 모델을 얻을 수 있다.
본 발명은 실시간으로 거리 모델을 추정하기 때문에 주변 환경 변화에 대해 보다 정확한 거리 모델을 얻을 수 있다.
본 발명은 고정 노드와 고정 노드, 고정 노드와 언노운 노드, 및 언노운 노드 및 언노운 노드 사이의 RSS 신호 및 거리 정보를 활용하여 보다 정확한 거리 모델을 얻을 수 있다.
본 발명의 보정 방법은 기존의 RSS 신호 기반 서비스에 적용 가능하여 위치 오차를 최소화하고, 위치 추정 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 보정 방법은 주차 확인 서비스 및 실내 위치 서비스 등에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 신호 보정 방법의 순서도.
도 2는 고정 노드 및 언노운 노드가 배치되어 x축 및 y축 위치가 표시된 그래프.
도 3은 신호 보정 유무에 따른, 3m x 3m 내에서 거리 에러를 나타낸 그래프.
도 4는 신호 보정 유무에 따른, 6m x 6m 내에서 거리 에러를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "설치된다" 및 "연결된다" 고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 설치 및 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 신호 보정 방법(S100)은, 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각과의 사이의 RSS 신호를 측정하는 단계(S10), 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 거리를 산출하는 단계(S20), 제1파라미터를 산출하는 단계(S30), 제2파라미터를 산출하는 단계(S40) 및 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 거리를 보정하는 단계(S50)를 포함한다.
본 발명에서의 추정 대상 노드(i노드 또는 ith 노드)는 노드 자체의 위치 또는 다른 노드들 간의 상대 위치를 구하고자 하는 노드이다. 추정 대상 노드는 본 발명의 신호 보정의 대상이 되는 노드로서, 고정 노드(anchor node) 또는 언노운 노드(unknown node)일 수 있다. 추정 대상 노드 주변의 다른 노드들 또한, 고정 노드 또는 언노운 노드일 수 있다.
또한, 본 발명에서의 RSS 신호는 수신된 신호의 강도(RSS : Received Signal Strength)에 의한 신호일 수 있다.
추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 거리를 산출하는 단계(S20)에서, 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 거리는 노드들 각각 사이의 위치에 근거하여 계산함으로써 산출된다.
도 2를 참조하면, 2차원 공간에서 고정 노드 및 언노운 노드가 배치되는 예가 도시된다. 도 2에는, 고정 노드와 고정 노드, 고정 노드와 언노운 노드, 및 언노운 노드와 언노운 노드가 RSS 신호를 송수신하는 예와 위치 좌표가 표현된 예가 도시되어 있다.
일례로, 본 발명에서의 제1 및 제2파라미터는 각각, 이하에서 설명되는 수학식의 γi및 P0,i일 수 있다.
제1파라미터를 산출하는 단계(S30)는, RSS 신호 및 상기 RSS 신호의 순위에 근거하여, TLS(total least square) 기법을 활용함으로써, 제1파라미터를 산출하게 된다.
제1파라미터를 산출하는 단계(S30)는, 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호의 차이값들을 행렬 원소로 하는 행렬에 근거하여 제1파라미터를 산출 가능할 수 있다. 또한, 제1파라미터를 산출하는 단계(S30)는, RSS 신호의 차이값을 행렬 원소로 하는 행렬에 근거하여, TLS(total least square) 방식을 적용함으로써 제1파라미터를 도출할 수도 있다.
일례의 제1파라미터를 산출하는 단계(S30)에 대하여 이하 서술한다.
이하의, 각각의 추정 대상 노드에 대하여, [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 제1파라미터를 산출하게 된다.
[수학식 1]
Figure 112017113275191-pat00023
[수학식 2]
Figure 112017113275191-pat00024
여기서,
Figure 112017113275191-pat00025
Pij는 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호이고, △Pi는 RSS 신호의 차이값을 행렬 원소로 하는 행렬이고,
Figure 112017113275191-pat00026
내지
Figure 112017113275191-pat00027
은 Pij를 내림차순으로 정렬 (sorting) 했을 때의 순위이다.
복수의 노드 중에서 추정 대상 노드와 다른 노드들 사이의 RSS 신호를 측정하게 되는데, 예를 들면, 추정 대상 노드에서 1 내지 10노드까지의 RSS 신호를 측정한 각각의 값은, Pi1, Pi2, Pi3, Pi4, Pi5, Pi6, Pi7, Pi8, Pi9, Pi10 일 수 있다. 설명의 편의상, 1 내지 10노드는 신호 값의 세기가 Pi1 ≥ Pi2 ≥ Pi3 ≥ Pi4 ≥ Pi5 ≥Pi6 ≥ Pi7 ≥ Pi8 ≥ Pi9 ≥ Pi10이 되도록 명명될 수 있다.
Pi1 내지 Pi10 중 둘을 차이 값을 행렬 원소로 하여, △Pi행렬을 구성하는데, △Pi내에서는 Pi1과 각각의 Pi2 내지 Pi10 과의 차이를 포함하고, Pi2와 각각의 Pi3 내지 Pi10 과의 차이를 포함하고, Pi3과 각각의 Pi4 내지 Pi10과의 차이를 포함하고, Pi4와 각각의 Pi5 내지 Pi10 과의 차이를 포함하고, Pi5와 각각의 Pi6 내지 Pi10 과의 차이를 포함하고, Pi6과 각각의 Pi7 내지 Pi10 과의 차이를 포함하고, Pi7과 각각의 Pi8 내지 Pi10 과의 차이를 포함하고, Pi8과 각각의 Pi9 내지 Pi10 과의 차이를 포함하고, Pi9와 Pi10 과의 차이를 포함하는 것이 바람직하다.
즉, △Pi행렬은 Pi1-Pi2, Pi1-Pi3 , Pi1-Pi4, Pi1-Pi5 , Pi1-Pi6, Pi1-Pi7 , Pi1-Pi8, Pi1-Pi9, Pi1-Pi10, Pi2-Pi3 , Pi2-Pi4, Pi2-Pi5 , Pi2-Pi6 , Pi2-Pi7, Pi2-Pi8 , Pi2-Pi9 , Pi2-Pi10, Pi3-Pi4 , Pi3-Pi5, Pi3-Pi6 , Pi3-Pi7 , Pi3-Pi8 , Pi3-Pi9 , Pi3-Pi10 , Pi4-Pi5 , Pi4-Pi6 , Pi4-Pi7 , Pi4-Pi8 , Pi4-Pi9, Pi4-Pi10 , Pi5-Pi6 , Pi5-Pi7 , Pi5-Pi8 , Pi5-Pi9 , Pi5-Pi10 , Pi6-Pi7 , Pi6-Pi8 , Pi6-Pi9 , Pi6-Pi10 , Pi7-Pi8, Pi7-Pi9 , Pi7-Pi10 , Pi8-Pi9 , Pi8-Pi10 , 및 Pi9-Pi10을 각각 행렬 원소로 포함하는 45 x 1 행렬일 수 있다.
또한,
Figure 112017113275191-pat00028
i은 △Pi행렬 내의 행렬 원소들
Figure 112017113275191-pat00029
에서,
Figure 112017113275191-pat00030
와
Figure 112017113275191-pat00031
의 순서를 고려하여 행렬 원소가 구성되어야 한다. 다음과 같이,
Figure 112017113275191-pat00032
Figure 112017113275191-pat00033
Figure 112017113275191-pat00034
Figure 112017113275191-pat00035
을 각각 행렬 원소로 포함하는 45 x 1 행렬일 수 있다. 여기에서 d는 차원을 나타내는 데, 2차원(x, y)인 경우는 2이고, 3차원(x,y,z)의 경우는 3이게 된다.
이하, 제2파라미터를 산출하는 단계(S40)에 대하여 서술한다. 제2파라미터는 제1파라미터, 및 노드들 간의 거리에 근거하여 산출될 수 있다.
또한, 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 거리값들을 행렬 원소로 하는 행렬, 및 제1파라미터 및 상기 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호에 근거하여 도출된 값들을 행렬 원소로 하는 행렬을 TLS(total least square) 방식을 적용하여 도출되는 값에 근거하여 산출될 수 있다.
제2파라미터를 산출하는 단계(S40)에서의 TLS(total least square) 방식을 적용하여 도출되는 값은 [수학식 3] 및 [수학식 4]에 근거하여 도출된다.
[수학식 3]
Figure 112017113275191-pat00036
[수학식 4]
Figure 112017113275191-pat00037
여기서,
Figure 112017113275191-pat00038
이고,
Figure 112017113275191-pat00039
이며,
Figure 112017113275191-pat00040
i,a는 추정 대상 노드에서 고정노드까지의 거리값(
Figure 112017113275191-pat00041
i1 내지
Figure 112017113275191-pat00042
iq)들을 행렬 원소로 하는 행렬,
Figure 112017113275191-pat00043
i,u는 추정 대상 노드에서 언노운 노드까지의 거리값(
Figure 112017113275191-pat00044
i(q+1) 내지
Figure 112017113275191-pat00045
in)들을 행렬 원소로 하는 행렬,
Figure 112017113275191-pat00046
i는
Figure 112017113275191-pat00047
i,a와
Figure 112017113275191-pat00048
i,u각각의 행렬 원소들을 행렬 원소로 하는 행렬, a i,a 행렬 내의 행렬 원소 Pi1 내지 Piq는 각각 추정 대상 노드와 다른 고정 노드들 각각 사이의 RSS 신호이고, a i,u 행렬 내의 행렬 원소 Pi(q+1) 내지 Pin 은 추정 대상 노드와 다른 언노운 노드들 각각 사이의 RSS 신호이고, γi는 추정 대상 노드에서의 제1파라미터이다.
한편, [수학식 3]에서, a i T는 a i의 전치행렬을 나타내고,
Figure 112017113275191-pat00049
i T는
Figure 112017113275191-pat00050
i의 전치행렬을 나타낸다.
제2파라미터는 [수학식 5]에 근거하여 산출될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112017113275191-pat00051
여기서, P0,i는 추정 대상 노드에서의 제2파라미터, γi는 추정 대상 노드에서의 제1파라미터, βi는 [수학식 4]를 통해 산출된 값이다.
이와 같이, 본 발명은 TLS 기법을 제1 및 제2파라미터를 산출하는 단계(S30, S40) 각각에서 적용함으로써 보다 높은 정확도를 갖는 거리 모델을 추정할 수 있다.
제1 및 제2파라미터 값에 근거하여 산출된 상기 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 거리를 보정할 수 있다.
일례로, [수학식 1] 내지 [수학식 5]를 통해 도출된 제1 및 제2파라미터에 근거하여, 이하의 [수학식 6] 및 [수학식 7]을 이용하여, 추정 대상 노드의 다른 노드들과의 거리 dij를 보정할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112017113275191-pat00052
[수학식 7]
Figure 112017113275191-pat00053
[수학식 7]은 [수학식 6]의 식을 정리하여 도출할 수 있다. 여기서, Pij 는 추정 대상 노드에서부터 다른 노드들 사이의 RSS 신호, P0,i는 추정 대상 노드에서의 제2파라미터, γi는 추정 대상 노드에서의 제1파라미터이다.
본 발명의 신호 보정 방법(S100)은 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호, 상기 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 거리, 제1 및 제2파라미터에 근거하여 추정 대상 노드의 위치를 추정하는 단계(S60)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 신호 보정 방법(S100)에 의해 에러의 감소에 대하여 도 3 내지 도 4를 참조하여 서술한다.
도 3 내지 도 4에서, 각각 본 발명에서의 신호 보정을 하고, 여러 위치 추정 프로그램에 적용하여 거리 에러 및 위치 에러에 대한 그래프를 확인할 수 있다. 그래프 상에서 EasyLoc + min-max는 본 발명에서의 신호 보정을 수행하지 않은 종래 방법에 의한 결과이다. 그래프 상에서 TS-TLS + min-max, TS-TLS + MDCF(Multiplicative Distance-Correction Factor), 및 TS-TLS + SDP(SemiDefinite Programming)는 본 발명에서의 신호 보정을 수행하여, 여러 위치 추정 툴(Localization Tool)을 적용한 결과를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 3m x 3m 내에서의 결과를 분석한 결과, 본 발명에서의 신호 보정을 수행한 경우, 대략 1.5m 내의 거리 에러 범위 부근에서, CDF(cumulative distribution function)값이 1로 나타났다. 하지만, 본 발명에서의 신호 보정을 수행하지 않은 경우, 대략 3m 내의 거리 에러 범위 부근에서, CDF값이 1로 나타났다. 따라서, 본 발명의 신호 보정에 의해 거리 에러의 크기가 2배 가량 줄었다고 볼 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 6m x 6m 내에서의 결과를 분석한 결과, 본 발명에서의 신호 보정을 수행한 경우, 대략 2m의 거리 오차 에러 부근에서, CDF(cumulative distribution function)값이 약 0.9로 나타났다. 하지만, 본 발명에서의 신호 보정을 수행하지 않은 경우, 대략 4m의 거리 에러 범위 부근에서, CDF값이 0.9로 나타났다. 따라서, 본 발명의 신호 보정에 의해 거리 에러의 크기가 2배 가량 줄었다고 볼 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 고정 노드와 고정 노드, 고정 노드와 언노운 노드, 및 언노운 노드 및 언노운 노드 사이의 RSS 신호 및 거리 정보를 활용하여 보다 정확한 거리 모델을 얻을 수 있다.
본 발명은 사용하는 위치 추적 알고리즘의 성능에 따라 구하고자 하는 노드의 위치 정확도가 달라지고, 제2파라미터의 추정 결과값도 달라질 수 있다.
한편, 제1 및 제2파라미터를 산출하는 방법에 있어, 잡음에 강인한 TLS 방법을 이용하기 때문에 알고리즘을 변경한다고 하여도 유사한 성능으로 제1 및 제2파라미터를 산출할 수 있다.
이상에서 설명한 신호 보정 방법(S100)은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
S100:신호 보정 방법
S10:추정 대상 노드와 다른 노드들 각각과의 사이의 RSS 신호를 측정하는 단계
S20:추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 거리를 산출하는 단계
S30:제1파라미터를 산출하는 단계
S40:제2파라미터를 산출하는 단계
S50:추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 거리를 보정하는 단계
S60:추정 대상 노드의 위치를 추정하는 단계

Claims (10)

  1. 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호를 측정하는 단계;
    상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 거리를 산출하는 단계;
    상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호 및 상기 RSS 신호의 순위에 근거하여 제1파라미터를 산출하는 단계;
    상기 제1파라미터 및 상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 거리에 근거하여 제2파라미터를 산출하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2파라미터 값에 근거하여 산출된 상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 거리를 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 제2파라미터를 산출하는 단계는,
    상기 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 거리값들을 행렬 원소로 하는 행렬; 및
    상기 제1파라미터 및 상기 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호에 근거하여 도출된 값들을 행렬 원소로 하는 행렬을 TLS(total least square) 방식을 적용하여 도출되는 값에 근거하여 산출되고,
    상기 제2파라미터를 산출하는 단계에서의 TLS(total least square) 방식을 적용하여 도출되는 값은 [수학식 3] 및 [수학식 4]에 근거하여 도출되는 것을 특징으로 하는 신호 보정 방법.
    [수학식 3]
    Figure 112019055753582-pat00080

    [수학식 4]
    Figure 112019055753582-pat00081

    여기서,
    Figure 112019055753582-pat00082
    이고,
    Figure 112019055753582-pat00083
    이며,
    Figure 112019055753582-pat00084
    i,a는 추정 대상 노드에서 고정노드까지의 거리값(
    Figure 112019055753582-pat00085
    i1 내지
    Figure 112019055753582-pat00086
    iq)들을 행렬 원소로 하는 행렬,
    Figure 112019055753582-pat00087
    i,u는 추정 대상 노드에서 언노운 노드까지의 거리값(
    Figure 112019055753582-pat00088
    i(q+1) 내지
    Figure 112019055753582-pat00089
    in)들을 행렬 원소로 하는 행렬,
    Figure 112019055753582-pat00090
    i는
    Figure 112019055753582-pat00091
    i,a와
    Figure 112019055753582-pat00092
    i,u각각의 행렬 원소들을 행렬 원소로 하는 행렬, a i,a 행렬 내의 행렬 원소 Pi1 내지 Piq는 각각 추정 대상 노드와 다른 고정 노드들 각각 사이의 RSS 신호이고, a i,u 행렬 내의 행렬 원소 Pi(q+1) 내지 Pin 은 추정 대상 노드와 다른 언노운 노드들 각각 사이의 RSS 신호이고, γi는 추정 대상 노드에서의 제1파라미터이다. 또한, a i T는 a i의 전치행렬을 나타내고,
    Figure 112019055753582-pat00093
    i T는
    Figure 112019055753582-pat00094
    i의 전치행렬을 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1파라미터를 산출하는 단계는,
    상기 추정 대상 노드 및 상기 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호의 차이값들을 행렬 원소로 하는 행렬에 근거하여 상기 제1파라미터를 산출 가능한 것을 특징으로 하는 신호 보정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1파라미터를 산출하는 단계는,
    상기 RSS 신호의 차이값들을 행렬 원소로 하는 행렬에 근거하여, TLS(total least square) 방식을 적용하여 도출되는 것을 특징으로 하는 신호 보정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 RSS 신호의 차이값들을 행렬 원소로 하는 행렬에 근거하여, TLS(total least square) 방식을 적용하여 도출되는 것은, [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 상기 제1파라미터를 산출하는 것을 특징으로 하는 신호 보정 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112017113275191-pat00054

    [수학식 2]
    Figure 112017113275191-pat00055

    여기서,
    Figure 112017113275191-pat00056

    Pij는 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호이고, △Pi는 RSS 신호의 차이값들을 행렬 원소로 하는 행렬이고,
    Figure 112017113275191-pat00057
    내지
    Figure 112017113275191-pat00058
    은 Pij를 내림차순으로 정렬 (sorting) 했을 때의 순위이다.또한, d는 차원을 나타낸다.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2파라미터는 [수학식 5]에 근거하여 산출되는 것을 특징으로 하는 신호 보정 방법.
    [수학식 5]
    Figure 112019055753582-pat00074

    여기서, P0,i는 추정 대상 노드에서의 제2파라미터, βi는 [수학식 4]를 통해 산출된 값이다.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 거리를 보정하는 단계는,
    [수학식 7]을 이용하여, 상기 추정 대상 노드의 다른 노드들과의 거리를 보정하는 것을 특징으로 하는 신호 보정 방법.
    [수학식 7]
    Figure 112017113275191-pat00075

    여기서, Pij 는 추정 대상 노드에서부터 다른 노드들 사이의 RSS 신호, P0,i는 추정 대상 노드에서의 제2파라미터, γi는 추정 대상 노드에서의 제1파라미터이다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 RSS 신호, 상기 추정 대상 노드와 다른 노드들 각각 사이의 거리, 제1 및 제2파라미터에 근거하여 추정 대상 노드의 위치를 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 보정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 추정 대상 노드와 상기 다른 노드들 각각 사이의 거리는 상기 노드들 각각 사이의 위치에 근거하여 계산함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 신호 보정 방법.
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