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KR102254711B1 - 자이로 센서와 비컨 메시지에 기반한 ＩｏＴ 기기의 방향을 추정하는 탐지 시스템 - Google Patents

자이로 센서와 비컨 메시지에 기반한 ＩｏＴ 기기의 방향을 추정하는 탐지 시스템 Download PDF

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KR102254711B1
KR102254711B1 KR1020190102768A KR20190102768A KR102254711B1 KR 102254711 B1 KR102254711 B1 KR 102254711B1 KR 1020190102768 A KR1020190102768 A KR 1020190102768A KR 20190102768 A KR20190102768 A KR 20190102768A KR 102254711 B1 KR102254711 B1 KR 102254711B1
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남승엽
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영남대학교 산학협력단
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Abstract

자이로 센서와 비컨 메시지에 기반한 ＩｏＴ 기기의 방향을 추정하는 탐지 시스템은 통신 능력을 가지는 다양한 기기들이 혼재하는 상황에서 사용자가 원하는 IoT 기기의 위치를 찾기 위하여 이미 설치된 AP의 도움없이 자이로 센서와 통신모듈을 이용하여 선택된 IoT 기기의 방향을 추정하고, 탐지 시스템과 탐지 대상 IoT 기기 간에 잘 알려진 WiFi 또는 블루투스와 같은 통신 방식을 고려하고 있지만, WiFi를 사용하는 경우에도 이미 설치된 AP에 의존하지 않고, 탐지 시스템 또는 IoT 기기가 AP 역할을 하여 기존 Infrastructure에 대한 의존성이 낮아지게 되고, 이로 인해서 더욱 다양한 환경에서 IoT 기기의 위치 추정에 활용되는 효과가 있다.

Description

자이로 센서와 비컨 메시지에 기반한 ＩｏＴ 기기의 방향을 추정하는 탐지 시스템{System for Estimating Direction of Internet of Thing Device Based on Gyro Sensors and Beacon Messages}
본 발명은 IoT 기기의 방향을 추정하는 탐지 시스템에 관한 것으로서, 특히 통신 능력을 가지는 다양한 기기들이 혼재하는 상황에서 사용자가 원하는 IoT 기기의 위치를 찾기 위하여 이미 설치된 AP의 도움없이 자이로 센서와 통신모듈을 이용하여 선택된 IoT 기기의 방향을 추정하는 자이로 센서와 비컨 메시지에 기반한 IoT 기기의 방향을 추정하는 탐지 시스템에 관한 것이다.
IoT(Internet of Things), 즉, 사물인터넷이라고 하는 기술은 스마트 팩토리, 스마트 시티, 차량 네트워크 분야 뿐만 아니라 사물과 사물의 통신이 필요한 매우 광범위한 분야에 적용이 되고 있다. 이전에는 홈네트워킹이라고 불리던 한 가정에 있는 다양한 기기들을 연결하는 기술도 최근 IoT 분야의 일부로 간주되고 있다.
사물들이 다른 사물들과 통신해서 자율적으로 주어진 작업을 수행하는 분야에서는 각각 사물들이 주어진 작업을 정상적으로 수행하고 있는지 여부를 확인하는 것 뿐만 아니라, 특정 사물의 위치가 어디인지를 확인하는 것 또한 중요한 문제가 될 것으로 예상된다.
예를 들어, 사물과 사물이 협력하여 다양한 보안, 인터넷 서비스, 멀티미디어 서비스 등을 제공하는 경우 정상적인 기능을 수행하지 못하는 장치 또는 장비가 생겼을 때 수리 또는 교체를 위해서 문제가 생긴 디바이스의 위치를 찾아내는 것은 매우 중요한 문제가 될 수 있다.
한국 등록특허번호 제10-1990890호
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 통신 능력을 가지는 다양한 기기들이 혼재하는 상황에서 사용자가 원하는 IoT 기기의 위치를 찾기 위하여 이미 설치된 AP의 도움없이 자이로 센서와 통신모듈을 이용하여 선택된 IoT 기기의 방향을 추정하는 자이로 센서와 비컨 메시지에 기반한 IoT 기기의 방향을 추정하는 탐지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 자이로 센서와 비컨 메시지에 기반한 IoT 기기의 방향을 추정하는 탐지 시스템은,
기설치된 탐지 응용 프로그램을 실행하여 탐지하고자 하는 대상인 IoT 기기를 선택하고, 상기 선택한 IoT 기기의 ID를 포함한 비컨(Beacon) 메시지를 일정 시간 간격으로 상기 선택한 IoT 기기로 전송하고, 상기 선택한 IoT 기기로부터 측정된 비컨 메시지의 신호 세기를 수신하고, 자이로 센서를 이용하여 방향별로 상기 수신된 신호의 세기의 평균값을 계산하며, 복수의 방향에 대한 신호 세기 벡터에 기반하여 상기 선택한 IoT 기기의 방향을 추정하는 제어부;
상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 비컨 메시지를 상기 선택한 IoT 기기로 전송하는 통신모듈; 및
상기 탐지 응용 프로그램을 실행하는 시간에 상기 제어부에서 수행되는 탐지 알고리즘을 저장하는 메모리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따른 자이로 센서와 비컨 메시지에 기반한 IoT 기기의 방향을 추정하는 탐지 시스템은,
기설치된 탐지 응용 프로그램을 실행하여 탐지하고자 하는 대상인 IoT 기기를 선택하고, 비컨(Beacon) 요청 메시지를 생성하여 상기 선택한 IoT 기기로 전송하고, 상기 비컨 요청 메시지를 수신한 IoT 기기로부터 자신의 ID를 포함한 비컨 메시지를 수신하면, 상기 수신한 비컨 메시지의 ID를 기초로 본인이 찾는 비컨 메시지인 경우, 상기 수신된 비컨 메시지의 신호 세기를 측정하고, 자이로 센서를 이용하여 방향별로 측정한 신호의 세기의 평균값을 계산하며, 복수의 방향에 대한 신호 세기 벡터에 기반하여 상기 선택한 IoT 기기의 방향을 추정하는 제어부;
상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 비컨 메시지를 상기 선택한 IoT 기기로 전송하는 통신모듈; 및
상기 탐지 응용 프로그램을 실행하는 시간에 상기 제어부에서 수행되는 탐지 알고리즘을 저장하는 메모리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 탐지 시스템과 탐지 대상 IoT 기기 간에 잘 알려진 WiFi 또는 블루투스와 같은 통신 방식을 고려하고 있지만, WiFi를 사용하는 경우에도 이미 설치된 AP에 의존하지 않고, 탐지 시스템 또는 IoT 기기가 AP 역할을 하여 기존 Infrastructure에 대한 의존성이 낮아지게 되고, 이로 인해서 더욱 다양한 환경에서 IoT 기기의 위치 추정에 활용되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탐지 시스템이 탐지대상인 IoT 기기의 방향을 추정하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탐지 시스템이 탐지대상인 IoT 기기의 방향을 추정하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탐지 시스템에서 IoT 기기의 방향 추정 단계를 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에서 측정한 방향별 신호의 세기값들을 2차원 평면에서 벡터로 표시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 탐지 시스템의 방향별로 측정된 신호의 세기 벡터를 이용하여 IoT 기기의 방향을 추정한 결과 벡터를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탐지 시스템의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 기기가 건물 내의 벽 또는 장애물 뒤에 있는 모습을 나타낸 도면이다.
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.
발명에서는 IoT의 응용 분야 가운데에서도 스마트 팩토리 또는 스마트 홈과 같이 제한된 공간 안에서 사용자가 원하는 사물을 찾는 문제를 해결하고자 한다.
최근 indoor localization이라고 해서 대형 건물 안에서 자신의 위치를 확인하거나 원하는 대상의 위치를 확인하는 문제가 매우 활발히 연구되고 있다. indoor localization 분야에서 대표적으로 이용되는 기술은 각 AP(Access Point)들의 위치를 안다는 가정 하에 여러 AP에서 받은 신호의 세기를 이용해서 위치를 추정하는 기술을 많이 사용하고 있다.
본 발명과 기존의 indoor localization 접근 방식간의 차이점은 기존의 indoor localization 문제 해결을 위해서는 이미 설치된 AP, 즉, infrastructure의 도움을 필요로 하는 경우가 대부분인 반면, 본 발명에서는 기존에 설치된 infrastructure의 도움이 없이 문제를 해결하는 방안을 제시하고자 한다.
기존의 Infrastructure의 도움을 받지 못하면 많이 알려진 삼각법 또는 핑거프린팅(finger-printing)과 같은 방법론의 적용이 힘들기 때문에, 본 발명에서는 찾고자 하는 대상의 정확한 위치 추정 보다는 방향 추정에 초점을 맞추고자 한다.
본 발명에서 제안하는 탐지 시스템은 동서남북 방향을 구별하기 위해서 자이로 센서를 필요로 하고, 탐지 시스템이 찾고자 하는 대상 IoT 기기와 통신하기 위해서 통신 모듈을 필요로 한다. 이러한 탐지 시스템은 임베디드 시스템 형태로 처음부터 독립된 기기 형태로 설계가 될 수도 있고, 자이로 센서와 WiFi/블루투스 통신 기능을 이미 내장하고 있는 스마트폰에 탐지 역할을 하는 앱(App: application)을 설치하는 형태로 구현이 될 수도 있다.
비컨 메시지는 일반적으로 WiFi 환경에서 무선 네트워크에 합류한 사용자 노드(wireless node)가 AP(Access Point)를 쉽게 찾을 수 있도록 AP가 주기적으로 전송하는 메시지가 하나의 예가 될 수 있으며, WiF 환경 뿐만 아니라 블루투스 등 다양한 환경에서 사용이 되고 있다.
탐지 시스템과 IoT 기기 간의 통신 방식으로 WiFi를 비롯해서 블루투스 등 근거리 네트워크 환경에서 잘 알려진 다양한 프로토콜들이 사용될 수 있다.
IoT 기기의 경우에는 하드웨어부터 새롭게 설계가 될 필요가 없으며 이하의 도 1과 도 2에서 언급된 프로토콜을 이해하고, 필요한 경우 비컨 메시지를 수신하거나 비컨 메시지를 생성하고, 측정 결과를 되돌려 줄 수 있는 응용 프로그램의 설치만으로 충분하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탐지 시스템이 탐지대상인 IoT 기기의 방향을 추정하는 방법을 나타낸 도면이다.
탐지 시스템(100)은 사용자에 의해 기설치된 탐지 응용 프로그램을 실행하고, 상기 탐지 응용 프로그램을 통해서 탐지하고자 하는 대상인 IoT 기기(200)를 선택한다(S100, S102).
다음으로, 탐지 시스템(100)은 선택한 IoT 기기(200)의 ID를 담은 비컨(Beacon) 메시지를 일정 시간 간격(D)으로 IoT 기기(200)로 전송한다(S104).
IoT 기기(200)는 비컨 메시지를 수신하는 경우, 비컨 메시지에 기록된 ID와 자신의 ID와 일치하는지 판단하고, 일치하면, 수신된 비컨 메시지의 신호의 세기값을 측정하고(S106), 측정된 신호의 세기값을 자신의 ID와 함께 탐지 시스템(100)의 방향으로 다시 전송한다(S108).
탐지 시스템(100)은 자이로 센서를 이용하여 방향별로 IoT 기기(200) 쪽에서 측정된 신호의 세기값을 수신하여 평균값을 계산한다(S110).
이때, 평균을 계산하는데 사용되는 샘플의 개수는 일정 시간을 정한 이후 그 시간 동안 수신되는 샘플을 모두 고려하는 방식을 사용할 수 있고, 처음부터 샘플의 개수를 정해두고 일정한 개수가 될 때마다 평균을 계산하는 방식도 고려할 수 있다.
그러나 탐지 시스템(100)은 방향이 달라지는 경우에 서로 다른 방향에 해당하는 신호의 세기값을 동일한 평균에 반영할 수는 없기 때문에 자이로 센서로 측정한 방향이 달라지는 경우 방향 전환 시점을 중심으로 이전에 수집된 데이터와 이후 수집된 데이터는 동일한 평균이 아닌 서로 분리된 평균에 반영이 되어야 한다.
탐지 시스템(100)은 최근 T 시간 동안 K 개의 방향별 신호 세기값이 수집되면, 신호 세기값의 최대값과 최소값에 기초하여 IoT 기기(200)의 방향을 추정하고, 추정된 방향 정보를 탐지 시스템(100)의 디스플레이부에 표시하게 된다(S112).
탐지 시스템(100)은 방향 추정 결과가 생성되면 비컨 메시지의 전송을 바로 중단할 수 있고(S114), 비컨 메시지 전송을 응용 프로그램이 종료될 때까지 계속할 수도 있다. 이하의 도 3에서 방향별 신호 세기 데이터에 기반해서 IoT 기기의 방향을 추정하는 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 탐지 시스템(100)이 전송하는 비컨 메시지의 신호 세기를 IoT 기기(200)가 측정한 결과를 이용하여 IoT 기기(200)의 방향을 추정하는 방법이다.
이에 반해, 도 2는 IoT 기기(200)가 전송하는 비컨 메시지를 탐지 시스템(100)이 측정하여 IoT 기기(200)의 방향을 추정하는 방법을 보여준다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탐지 시스템이 탐지대상인 IoT 기기의 방향을 추정하는 방법을 나타낸 도면이다.
탐지 시스템(100)은 사용자에 의해 기설치된 탐지 응용 프로그램을 실행하고, 탐지 응용 프로그램을 통해서 탐지하고자 하는 대상 IoT 기기(200)를 선택한다(S200).
다음으로, 탐지 시스템(100)은 IoT 기기(200) 쪽으로 비컨 메시지의 전송을 요청하는 비컨 Request 메시지를 생성하여 IoT 기기(200)로 전송한다(S202). 여기서, 비컨 Request 메시지를 수신한 IoT 기기(200)는 일정한 시간 간격(D)으로 자신의 ID를 포함한 비컨 메시지를 브로드케스트(Broadcast)하게 된다(S204).
탐지 시스템(100)은 IoT 기기(200)로부터 수신한 비컨 메시지의 ID를 기초로 자신이 찾는 비컨 메시지가 맞는지 확인하고, ID 일치 여부로 비컨 메시지가 맞는 경우에, 수신된 비컨 메시지의 신호 세기를 n번 측정하고, 자이로 센서를 이용하여 방향별로 측정한 신호 세기값의 평균값을 계산한다(S206, S208).
탐지 시스템(100)은 최근 T 시간 동안 K 개의 방향별 신호 세기 데이터가 수집되면, 신호 세기 데이터의 최대값과 최소값에 기초하여 IoT 기기(200)의 방향을 추정하고, 추정된 방향 정보를 탐지 시스템(100)의 디스플레이부에 표시하게 된다(S210).
탐지 시스템(100)은 방향별 신호 세기들로부터 IoT 방향을 추정하여 탐지 시스템의 디스플레이에 표시하고, 더 이상 비컨 메시지의 전송이 필요 없는 경우에 탐지 대상 IoT 기기(200)에 비컨 메시지 전송 중단 요청 메시지를 보내게 된다. 이 메시지가 손실되는 경우를 대비해서 탐지대상 IoT 기기는 비컨 메시지 요청(Request) 메시지를 받는 시점부터 타이머를 시작해 충분히 긴 시간이 지난 이후에도 비컨 중단 메시지가 들어오지 않으면, 배터리 소모를 줄이기 위해 비컨 메시지를 자동 중단하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탐지 시스템에서 IoT 기기의 방향 추정 단계를 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a)는 탐지 대상인 IoT 기기(200)가 탐지 시스템(100)의 북쪽에 위치하고 있는 상태에서 사용자가 탐지 시스템(100)을 북쪽으로 향하도록 위치시킨 후, 도 1에서 설명한 절차에 따라 탐지 시스템(100)이 비컨 메시지를 전송하며, 목표물에 해당하는 IoT 기기(200)가 비컨 메시지의 신호 세기를 측정하는 상황을 보여준다. 도 2도 동일한 원리로 탐지 시스템(100)에서 비컨 메시지의 신호 세기를 측정한다.
도 3의 (b)는 도 3의 (a)를 기준으로 사용자가 탐지 시스템(100)을 시계 방향으로 90도 회전시킨 상태에서 비컨 메시지의 신호 세기를 측정하는 상황을 나타낸다. 도 3의 (c)는 도 3의 (a)를 기준으로 사용자가 탐지 시스템(100)을 시계 방향으로 180도 회전시킨 상태에서 비컨 메시지의 신호 세기를 측정하는 상황을 나타낸다. 도 3의 (d)는 도 3의 (a)를 기준으로 사용자가 탐지 시스템(100)을 시계 방향으로 270도 회전시킨 상태에서 비컨 메시지의 신호 세기를 측정하는 상황을 나타낸다.
현재 사용자의 위치를 원점으로 하고, 탐지 시스템(100)의 자이로 센서가 판단한 2차원 평면 상에서 i번째 측정 각도
Figure 112019086157078-pat00001
, 이 각도에서 측정한 신호 세기
Figure 112019086157078-pat00002
를 라고 하자.
탐지 시스템(100)은 측정한 각도가 n개이면,
Figure 112019086157078-pat00003
과 같은 측정값들을 얻을 수 있다.
가로축 각도 0도를 기준선으로 하고, 각도를 반시계 방향으로 측정하는 것으로 하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 측정한 결과는
Figure 112019086157078-pat00004
으로 표시할 수 있다.
도 4는 도 3에서 측정한 방향별 신호의 세기값들을 2차원 평면에서 벡터로 표시한 도면이다.
각 방향별 벡터의 크기(
Figure 112019086157078-pat00005
)는 신호의 세기가 클수록 벡터의 크기가 커지도록 하는 함수 f()를 통해서 결정된다. 즉,
Figure 112019086157078-pat00006
, 함수 f()의 일례는
Figure 112019086157078-pat00007
등을 고려할 수 있다.
Figure 112019086157078-pat00008
로 정해지는 벡터는 다음의 [수학식 1]과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112019086157078-pat00009
도 4에 도시된 바와 같이, n개의 벡터, 즉
Figure 112019086157078-pat00010
가 얻어지고 나면 찾고자 하는 IoT 기기의 방향은 다음과 같이 정해진다.
앞에서 언급한 것처럼 함수 f()의 특성에 의해서 신호의 세기가 가장 큰 각도에서 벡터의 크기도 가장 커지게 된다.
무선 환경에서 측정하는 신호의 세기는 일반적으로 송신기와 수신기의 거리가 가까울수록 커지는 경향이 있기 때문에 도 4에서 벡터의 크기가 탐색 시스템(10)이 IoT 기기(200)를 향하고 있을 때 가장 커지게 될 것이라 쉽게 예상할 수 있다.
탐색 시스템(100)이 목표물인 IoT 기기(200)의 반대 방향을 향하게 되는 경우 거리가 가장 멀 뿐만이 아니라 사용자, 즉, 사람 자체가 탐지 시스템(100)과 IoT 기기(200)의 사이에 장애물 역할을 하기 때문에 이러한 경우 벡터의 크기가 가장 작아지게 될 것이라 쉽게 예상할 수 있다.
따라서, 벡터의 크기가 큰 쪽을 선호하고 벡터의 크기가 작은 쪽의 반대를 취하는 개념으로 본 발명에서는 IoT 기기(200)의 방향으로 다음의 [수학식 2]와 같은 벡터
Figure 112019086157078-pat00011
의 방향을 추정한다.
Figure 112019086157078-pat00012
여기서,
Figure 112019086157078-pat00013
는
Figure 112019086157078-pat00014
의 성질을 만족하는 실수이고,
Figure 112019086157078-pat00015
는
Figure 112019086157078-pat00016
가운데 크기 순으로 정렬했을 때 크기가 i번째로 큰 벡터를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 탐지 시스템의 방향별로 측정된 신호의 세기 벡터를 이용하여 IoT 기기의 방향을 추정한 결과 벡터를 나타낸 도면이다.
도 5는 n=4이고,
Figure 112019086157078-pat00017
일 때, 도 4와 같이 4개의 방향에 대한 신호 세기 벡터가 구해졌을 때 수학식 2에 따라 계산한 최종 벡터 의 모양을 보여주는 그림이다.
수학식 2에 의해 구해진 벡터가 도 3와 같은 환경에서는 목표물의 방향을 잘 보여주는 것을 확인할 수 있다.
만약에 도 3과 달리 사용자가 별로 움직이지 않아서 충분한 개수의 각도가 나오지 않거나 개수가 n개 나와도 같은 방향으로 몰려 있는 경우에는 도 4와 같이 벡터 크기의 변화가 심하지 않을 것이고, 수학식 2에 따라 계산된 벡터의 크기는 작아질 수 밖에 없을 것이다.
이러한 경우 사용자가 좋은 방향을 찾기 위해서 탐지 시스템의 방향을 더욱 많이 변화시키면, 벡터의 방향과 크기에 변화가 많이 생겨 더 좋은 방향을 찾아가게 될 확률이 높아지게 된다.
만약,
Figure 112019086157078-pat00018
으로 둔다면, 크기가 가장 작은 벡터의 방향은 무시하고, 항상 크기가 가장 큰 벡터의 방향만으로 목표물의 방향을 추정하는 방식도 수학식 2에 의해 표현될 수 있다.
찾고자 하는 건물 내의 벽 또는 장애물 뒤에 있는 경우에는 도 1 또는 도 2에서 제시하는 방식을 한 번만 적용해서 정확한 위치의 확인이 어려울 수도 있다.
이러한 경우에는 한 번 적용 후,
Figure 112019086157078-pat00019
의 방향으로 이동하고, 도 3의 방향별 신호 세기 측정을 다시 적용 후
Figure 112019086157078-pat00020
벡터를 다시 계산하는 식으로 도 1 또는 도 2의 방식을 반복적으로 적용함으로써 위치 탐지의 정확도를 높이는 것이 가능할 것으로 예상된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탐지 시스템의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 탐지 시스템(100)은 제어부(110), 메모리부(120), 저장장치(130), 디스플레이부(140), 자이로 센서(150), 통신모듈(160) 및 주변장치(170)를 포함한다.
제어부(110)는 메모리부(120)에 저장된 탐지 알고리즘(제1 실시예)을 선택하여 기설치된 탐지 응용 프로그램을 실행하고, 탐지하고자 하는 대상인 IoT 기기를 선택하고, 상기 선택한 IoT 기기의 ID를 담은 비컨(Beacon) 메시지를 일정 시간 간격으로 상기 선택한 IoT 기기로 전송하고, 상기 선택한 IoT 기기로부터 측정된 비컨 메시지의 신호 세기를 수신하고, 자이로 센서를 이용하여 방향별로 상기 수신된 신호의 세기의 평균값을 계산하며, 복수의 방향에 대한 신호 세기 벡터에 기반하여 상기 선택한 IoT 기기의 방향을 추정한다.
제어부(110)는 메모리부(120)에 저장된 탐지 알고리즘(제2 실시예)을 선택하여 기설치된 탐지 응용 프로그램을 실행하고, 탐지하고자 하는 대상인 IoT 기기를 선택하고, 비컨(Beacon) 요청 메시지를 생성하여 상기 선택한 IoT 기기로 전송하고, 상기 비컨 요청 메시지를 수신한 IoT 기기로부터 자신의 ID를 포함한 비컨 메시지를 수신하면, 상기 수신한 비컨 메시지의 ID를 기초로 본인이 찾는 비컨 메시지인 경우, 상기 수신된 비컨 메시지의 신호 세기를 측정하고, 자이로 센서를 이용하여 방향별로 측정한 신호의 세기의 평균값을 계산하며, 복수의 방향에 대한 신호 세기 벡터에 기반하여 상기 선택한 IoT 기기의 방향을 추정한다.
메모리부(120)는 탐지 응용 프로그램을 실행하는 시간에 제1 실시예(도 1) 또는 제2 실시예(도 2)의 탐지 알고리즘을 일시적으로 불러와 저장하고 있다.
저장장치(130)는 제1 실시예(도 1) 또는 제2 실시예(도 2)의 탐지 알고리즘을 영구적으로 저장한다.
디스플레이부(140)는 상기 제어부(110)의 제어 신호에 따라 전술한 도 3, 도 4 및 도 5와 같은 탐지 결과를 사용자에게 보여줄 수 있도록 출력한다. 여기서, 탐지 결과는 탐지된 IoT 기기(200)의 방향 정보와 이에 해당하는 벡터의 크기를 동서남북 방향으로 하여 화면에 표시한다.
자이로 센서(150)는 2차원 평면에서 현재 탐지 시스템(100)이 향하는 방향을 찾기 위하여 동서남북의 방향 정보를 계산하는 기능을 수행한다.
통신모듈(160)은 예를 들어, 와이파이 랜카드, 블루투스 송수신기 등으로 구성되어 제어부(110)의 제어 신호에 따라 비컨 메시지를 선택한 IoT 기기로 전송하거나 비컨 메시지를 수신한다.
주변장치(170)는 타임아웃을 체크하는 타이머, 경고 신호를 출력하는 알람부, 입력부 등을 포함할 수 있다.
탐지 시스템(100)은 도 6에 도시된 바와 같이, 독립된 시스템으로 하드웨어부터 새롭게 설계가 될 수도 있다. 대부분의 스마트폰이 도 6에서 언급된 소자 또는 장치들을 대부분 포함하고 있기 때문에, 스마트폰 또는 자이로 센서가 탑재된 노트북, 넷북 등에 응용 프로그램만 설치하여 구현이 될 수도 있다.
만약, 도 3과 다르게 사용자가 별로 움직이지 않아서 충분한 개수의 각도가 나오지 않거나 개수가 n개 나와도 동일한 방향으로 몰려 있는 경우 도 4와 같이 벡터 크기의 변화가 심하지 않을 것이며, 전술한 [수학식 2]에 따라 계산된 벡터의 크기가 작아질 수 밖에 없다.
따라서, 제어부(110)는 복수의 방향에 대한 신호 세기 벡터로 계산하는 경우, 기설정된 벡터 크기값 이하인 경우, 가로축을 0도로 하고 탐지 시스템(100)의 세로축 90도를 기준으로 기설정된 탐지 시스템(100)의 회전 각도마다 비컨 메시지의 신호 세기를 측정하는 위치를 다르게 하며, 상기 회전 각도를 설정할 수 있다.
예를 들면, 탐지 시스템(100)의 각도 90도를 기준으로 시계 방향으로 45도마다 회전시켜 방향별 신호 세기를 IoT 기기(200) 또는 탐지 시스템(100)에서 측정할 수 있다.
탐지 시스템(100) 또는 IoT 기기(200)는 복수의 방향에 대한 신호 세기 벡터로 계산하는 경우, 기설정된 벡터 크기값 이상이 될 때까지 가로축을 0도로 하고 상기 탐지 시스템(100)의 세로축 90도를 기준으로 기설정된 탐지 시스템(100)의 회전 각도마다 비컨 메시지의 신호 세기를 측정하는 위치를 다르게 하며, 상기 탐지 시스템(100)의 회전 각도를 일정한 각도(90도, 75도, 60도, 45도, 30도 등) 간격마다 회전 각도를 줄여가면서 각 회전 각도별 신호 세기를 측정할 수 있다.
이러한 경우, 사용자가 좋은 방향을 찾기 위해서 탐지 시스템(100)의 방향을 더욱 많이 변화시키면, 벡터의 방향과 크기에 변화가 많이 생겨 더 좋은 방향을 찾아가게 될 확률이 높아지게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 탐지 시스템(100)은 IoT 기기(200)가 건물 내의 벽 또는 장애물 뒤에 있는 경우, 제1 실시예(도 1) 또는 제2 실시예(도 2)에서 제시한 방식을 한 번만 적용해서 정확한 위치의 확인이 어려울 수 있다.
이러한 경우, 탐지 시스템(100)은 제1 실시예(도 1) 또는 제2 실시예(도 2)에서 제시한 방식을 한 번 적용한 후,
Figure 112019086157078-pat00021
의 방향으로 이동하고, 도 3의 방향별 신호 세기의 측정을 다시 적용한 후,
Figure 112019086157078-pat00022
벡터를 다시 계산하는 식으로 제1 실시예(도 1) 또는 제2 실시예(도 2)의 방식을 반복적으로 적용함으로써 위치 탐지의 정확도를 높일 수 있다.
제어부(110)는 IoT 기기(200)가 건물 내의 벽 또는 장애물 뒤에 있는 경우, 비컨 메시지의 송수신이 안되어 방향별 신호 세기 측정에 실패하면, 제1 실시예(도 1) 또는 제2 실시예(도 2)에서 제시한 알고리즘을 기설정된 횟수만큼 반복 적용할 수 있다.
다른 실시예로서, 제어부(110)는 IoT 기기(200)가 건물 내의 벽 또는 장애물 뒤에 있는 경우, 비컨 메시지의 송수신이 안되어 방향별 신호 세기 측정에 실패하면, 사용자에게 가로축을 0도로 하고 상기 탐지 시스템의 세로축 90도를 기준으로 비컨 메시지의 신호 세기를 측정하는 상기 탐지 시스템의 회전 각도를 변경하는 메시지를 생성하여 알람부를 통해 출력하며, 제1 실시예(도 1) 또는 제2 실시예(도 2)에서 제시한 알고리즘을 기설정된 횟수만큼 반복 적용할 수 있다.
예를 들면, 신호 세기를 측정하는 위치인 탐지 시스템(100)의 회전 각도가 90도에서 45도로 변경하는 알람 메시지를 출력할 수 있다.
다른 실시예로서, 제어부(110)는 IoT 기기(200)가 건물 내의 벽 또는 장애물 뒤에 있고, 벡터의 크기가 벽 또는 장애물로 인하여 기설정된 벡터값보다 작은 경우, 장애물을 고려하여 전술한 [수학식 1]를 이용한 벡터의 크기를 계산하는 경우 장애물을 고려하여 기설정된 가중치를 더하여 벡터의 크기를 계산할 수 있다.
다른 실시예로서, IoT 기기(200)가 건물 내의 벽 또는 장애물 뒤에 있는 경우, 비컨 메시지가 송수신이 안되어 방향별 신호 세기 측정에 실패하면, 상기 탐지 시스템(100)으로부터 IoT 기기(200)의 ID를 포함한 미리 설정된 저주파수 대역의 저주파(Low Frequency) 신호를 생성하여 IoT 기기(200)로 전송한다. 여기서, 저주파 신호는 파장이 길어서 장애물 또는 벽을 잘 통과할 수 있는 특성을 가지고 있기 때문에 방향의 측정 정확도가 떨어지는 문제를 방지할 수 있다.
제2 실시예는 탐지 시스템(100)으로부터 비컨 요청을 나타내는 미리 설정된 저주파 신호를 생성하여 IoT 기기(200)로 전송하거나, IoT 기기(200)로부터 자신의 ID를 포함한 미리 설정된 저주파 신호를 생성하여 IoT 기기(200)로 전송할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 탐지 시스템
110: 제어부
120: 메모리부
130: 저장장치
140: 디스플레이부
150: 자이로 센서
160: 통신모듈
170: 주변장치
200: IoT 기기

Claims (9)

  1. 기설치된 탐지 응용 프로그램을 실행하여 탐지하고자 하는 대상인 IoT 기기를 선택하고, 상기 선택한 IoT 기기의 ID를 포함한 비컨(Beacon) 메시지를 일정 시간 간격으로 상기 선택한 IoT 기기로 전송하고, 상기 선택한 IoT 기기로부터 측정된 비컨 메시지의 신호 세기를 수신하고, 자이로 센서를 이용하여 방향별로 상기 수신된 신호의 세기의 평균값을 계산하며, 복수의 방향에 대한 신호 세기 벡터에 기반하여 상기 선택한 IoT 기기의 방향을 추정하는 제어부;
    상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 비컨 메시지를 상기 선택한 IoT 기기로 전송하는 통신모듈; 및
    상기 탐지 응용 프로그램을 실행하는 시간에 상기 제어부에서 수행되는 탐지 알고리즘을 저장하는 메모리부를 포함하고,
    상기 제어부가 상기 신호의 세기의 평균값을 계산하는 것은,
    일정시간 동안 수신되는 상기 신호의 세기의 개수를 사용하여 상기 평균값을 계산하거나,
    수신되는 상기 신호의 세기의 개수가 일정 개수만큼 수신될 때 마다 상기 평균값을 계산하는 것을 특징으로 하는 탐지 시스템.
  2. 기설치된 탐지 응용 프로그램을 실행하여 탐지하고자 하는 대상인 IoT 기기를 선택하고, 비컨(Beacon) 요청 메시지를 생성하여 상기 선택한 IoT 기기로 전송하고, 상기 비컨 요청 메시지를 수신한 IoT 기기로부터 자신의 ID를 포함한 비컨 메시지를 수신하면, 상기 수신한 비컨 메시지의 ID를 기초로 본인이 찾는 비컨 메시지인 경우, 상기 수신된 비컨 메시지의 신호 세기를 측정하고, 자이로 센서를 이용하여 방향별로 측정한 신호의 세기의 평균값을 계산하며, 복수의 방향에 대한 신호 세기 벡터에 기반하여 상기 선택한 IoT 기기의 방향을 추정하는 제어부;
    상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 비컨 메시지를 상기 선택한 IoT 기기로 전송하는 통신모듈; 및
    상기 탐지 응용 프로그램을 실행하는 시간에 상기 제어부에서 수행되는 탐지 알고리즘을 저장하는 메모리부를 포함하고,
    상기 제어부가 상기 신호의 세기의 평균값을 계산하는 것은,
    일정시간 동안 측정한 상기 신호의 세기의 개수를 사용하여 상기 평균값을 계산하거나,
    측정한 상기 신호의 세기의 개수가 일정 개수만큼 수신될 때 마다 상기 평균값을 계산하는 것을 특징으로 하는 탐지 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 복수의 방향에 대한 신호 세기 벡터로 계산하는 경우, 기설정된 벡터 크기값 이하인 경우, 가로축을 0도로 하고 상기 탐지 시스템의 세로축 90도를 기준으로 기설정된 탐지 시스템의 회전 각도마다 비컨 메시지의 신호 세기를 측정하는 위치를 다르게 하며, 상기 회전 각도를 설정하는 것을 특징으로 하는 탐지 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탐지 시스템 또는 상기 선택한 IoT 기기는 복수의 방향에 대한 신호 세기 벡터로 계산하는 경우, 기설정된 벡터 크기값 이상이 될 때까지 가로축을 0도로 하고 상기 탐지 시스템의 세로축 90도를 기준으로 기설정된 탐지 시스템의 회전 각도마다 비컨 메시지의 신호 세기를 측정하는 위치를 다르게 하며, 상기 탐지 시스템의 회전 각도를 일정한 각도 간격마다 회전 각도를 줄여가면서 각 회전 각도별 신호 세기를 측정하는 것을 특징으로 하는 탐지 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 하기의 수학식 1에 의해 하나 이상의 방향에 대한 신호 세기 벡터가 구해졌을 때, 최종 벡터
    Figure 112019086157078-pat00023
    의 모양을 상기 추정한 IoT 기기의 방향 정보와 이에 해당하는 벡터의 크기를 동서남북 방향으로 디스플레이부에 표시하는 하는 것을 특징으로 하는 탐지 시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112019086157078-pat00024

    여기서,
    Figure 112019086157078-pat00025
    는
    Figure 112019086157078-pat00026
    의 성질을 만족하는 실수이고,
    Figure 112019086157078-pat00027
    는
    Figure 112019086157078-pat00028
    가운데 크기 순으로 정렬했을 때 크기가 i번째로 큰 벡터를 나타냄.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수학식 1에서 n=4이고,
    Figure 112019086157078-pat00029
    일 때, 4개의 방향에 대한 신호 세기 벡터가 구해졌을 때, 최종 벡터
    Figure 112019086157078-pat00030
    의 모양을 상기 추정한 IoT 기기의 방향 정보와 이에 해당하는 벡터의 크기를 동서남북 방향으로 디스플레이부에 표시하는 하는 것을 특징으로 하는 탐지 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수학식 1에서
    Figure 112019086157078-pat00031
    을 가정하면, 크기가 가장 작은 벡터의 방향을 무시하고, 크기가 가장 큰 벡터의 방향으로 상기 IoT 기기의 방향을 추정하는 것을 특징으로 하는 탐지 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 IoT 기기가 벡터의 크기가 벽 또는 장애물로 인하여 기설정된 벡터값보다 작은 경우, 하기의 수학식 2를 이용한 벡터의 크기를 계산하는 경우 장애물을 고려하여 기설정된 가중치를 더하여 벡터의 크기를 계산하는 것을 특징으로 하는 탐지 시스템.
    [수학식 2]
    Figure 112019086157078-pat00032

    여기서, 각 방향별 벡터의 크기(
    Figure 112019086157078-pat00033
    ), 현재 사용자의 위치를 원점으로 하고, 자이로 센서가 판단한 2차원 평면 상에서 i번째 측정 각도
    Figure 112019086157078-pat00034
    , 이 각도에서 측정한 신호 세기
    Figure 112019086157078-pat00035
    로 하며,
    Figure 112019086157078-pat00036
    로 정해지는 벡터를 수학식 2로 표현됨.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 IoT 기기가 건물 내의 벽 또는 장애물 뒤에 있는 경우, 상기 비컨 메시지가 송수신이 안되어 방향별 신호 세기 측정에 실패하면, 상기 탐지 시스템으로부터 상기 IoT 기기의 ID를 포함한 미리 설정된 저주파 신호를 생성하여 상기 IoT 기기로 전송하는 것을 특징으로 하는 탐지 시스템.
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