KR102861885B1 - Two way ranging multi tag positioning system using ultra wide band - Google Patents
Two way ranging multi tag positioning system using ultra wide bandInfo
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Abstract
본 발명은 UWB(Ultra-Wide Band) 신호를 송수신하는 UWB태그; 상기 UWB태그와 UWB신호로 통신하는 복수의 UWB앵커; 및 상기 UWB앵커와 네트워크로 연결된 관리서버;를 포함하고, 3개 이상의 상기 UWB앵커가 서로 순차적으로 상기 UWB태그와 통신하여 TWR(Two Way Range) 방식으로 상호 거리 정보 데이터가 생성되고, 상기 관리서버는 단일 UWB태그에 대한 3개 이상의 상기 UWB앵커에서 수신된 데이터 프레임(Data Frame) 정보를 기반으로 상기 UWB태그의 측위를 산출하여 전력소모와 전파간섭을 최소화하여 보다 정밀한 측위 계산 및 위치 확인이 가능한 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a TWR multi-tag positioning system using UWB, which comprises: a UWB tag that transmits and receives a UWB (Ultra-Wide Band) signal; a plurality of UWB anchors that communicate with the UWB tag using a UWB signal; and a management server connected to the UWB anchor via a network; wherein three or more of the UWB anchors sequentially communicate with the UWB tag to generate mutual distance information data in a TWR (Two Way Range) manner, and the management server calculates the position of the UWB tag based on data frame information received from three or more of the UWB anchors for a single UWB tag, thereby minimizing power consumption and radio interference and enabling more precise positioning calculation and location confirmation.
Description
본 발명은 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UWB(Ultra Wide Band) 무선통신 기술을 이용한 TWR(Two-Way Ranging) 기반 향상된 고정밀 태그 측위 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a TWR multi-tag positioning system using UWB, and more specifically, to an improved high-precision tag positioning system based on TWR (Two-Way Ranging) using UWB (Ultra Wide Band) wireless communication technology.
UWB(Ultra Wide Band)는 기존의 주파수 대역에 비해 매우 넓은 대역에 걸쳐 낮은 전력으로 대용량의 정보를 전송하는 무선통신 기술이다. FCC(Federal Communications Commission)는 상기 UWB를 '중심주파수의 20% 이상의 점유대역폭을 가지거나 500MHz 이상 점유 대역폭을 차지하는 무선전송기술'로 정의하였다. 일반적으로는 3.1~10.6GHz 대역에서 100Mbps 이상 속도로 기존의 스펙트럼에 비해 매우 넓은 대역에 걸쳐 낮은 전력으로 초고속 통신을 실현하는 근거리 무선 통신기술로 규정하고 있다.UWB (Ultra Wide Band) is a wireless communication technology that transmits large amounts of information at low power across a very wide bandwidth compared to existing frequency bands. The Federal Communications Commission (FCC) defines UWB as "a wireless transmission technology that occupies a bandwidth of 20% or more of the center frequency or occupies a bandwidth of 500 MHz or more." Generally, it is defined as a short-range wireless communication technology that realizes ultra-high-speed communication at low power across a very wide bandwidth compared to existing spectrum at a speed of 100 Mbps or more in the 3.1 to 10.6 GHz band.
실외 측위기술로 널리 활용 중인 GPS와는 다르게, 상기 UWB는 실내에서도 정밀한 측위가 가능하므로 다양한 산업군에서 활용 빈도가 높아지고 있는 추세이다. 이때 UWB를 이용한 측위 기술은 크게 ToA(Time of Arrival) 방식, TDoA(Time Difference of Arrival) 방식, 그리고 AoA(Angle of Arrival) 방식으로 구분된다. 이 중 ToA와 TDoA는 IEEE 802.15.4a 의 표준에서 채택하고 있는 방법이다. 여기서 UWB를 이용한 측위 기술은 UWB태그 및 UWB앵커를 포함하고, UWB태그가 통상적으로 이동체에 탑재되어 주변에 데이터 패킷을 보내도록 구성된다. 그리고 상기 TDoA 방식은 서로 시간이 동기화된 다수의 UWB앵커가 상기 UWB태그에서 전송된 데이터 패킷을 수신하여 도달한 시간 차이를 기반으로 측위를 산출할 수 있는 시스템에 관한 것이다. Unlike GPS, which is widely used as an outdoor positioning technology, UWB is capable of precise positioning even indoors, and therefore its frequency of use is increasing in various industries. At this time, positioning technology using UWB is largely divided into ToA (Time of Arrival), TDoA (Time Difference of Arrival), and AoA (Angle of Arrival). Among these, ToA and TDoA are methods adopted in the IEEE 802.15.4a standard. Here, the positioning technology using UWB includes a UWB tag and a UWB anchor, and the UWB tag is typically installed on a moving object and configured to send data packets to the surrounding area. In addition, the TDoA method relates to a system that can calculate positioning based on the time difference when a plurality of UWB anchors that are synchronized with each other receive data packets transmitted from the UWB tag.
상기 ToA 방식은 기존 TDoA 방식을 탈피하여 구현의 편의성을 높이면서도 UWB앵커 간의 시간 동기화가 생략되어 정밀도가 향상되도록 TWR(Two Way Ranging) 방식을 이용한 측위 기술로, 도 1에서 도시된 바와 같이 UWB태그는 TSP를 UWB앵커로 폴(Poll) 메시지를 전송하여 초기화한다. 그리고 UWB앵커는 폴링 수신 시간인 TRP을 기록하고 TSR 시간에 응답(Response) 메시지로 응답한다. 응답 메시지 수신시 상기 UWB태그는 상기 UWB앵커의 응답 메시지의 도달시간인 TRR을 기록하고 ID 등의 고유정보와, 상기 TSP, TRR, TSF 정보가 포함된 최종(Final) 메시지를 작성한다. 상기 UWB앵커는 최종 메시지 TRF의 시간 수신 및 최종 메시지에 제공된 정보를 바탕으로, UWB ToF(Time of Flight)를 측정할 수 있다. The above ToA method is a positioning technology that uses the TWR (Two Way Ranging) method to improve the accuracy by omitting the time synchronization between UWB anchors while increasing the convenience of implementation by breaking away from the existing TDoA method. As illustrated in FIG. 1, the UWB tag is initialized by transmitting a poll message to the UWB anchor TS P . Then, the UWB anchor records the polling reception time T RP and responds with a response message at the time T SR . Upon receiving the response message, the UWB tag records the arrival time of the response message of the UWB anchor T RR and creates a final message including unique information such as ID and the T SP , T RR , and T SF information. The UWB anchor can measure the UWB ToF (Time of Flight) based on the time reception of the final message T RF and the information provided in the final message.
위와 같은 TWR 방식은 Sync를 맞출 필요가 없어 구현의 복잡성이 TDoA 방식보다 낮으나, 통신이 가능한 모든 앵커(Anchor)와 거리를 계산하기 때문에 배터리의 수명이 효율적이지 않은 문제점이 있다. 즉, UWB태그의 측위를 산출하기 위해서는 3개 이상의 UWB앵커와의 UWB TOF 정보가 요구되는데, 상기 UWB태그가 다수의 UWB앵커와 모두 교류해야하여 배터리 소모가 과도한 문제점이 발생된다. 이와 더불어 기존의 TWR 방식은, 다수의 UWB태그와 다수의 UWB앵커 사이의 신호들이 상호 간섭이 발생되어 통신 지연 및 전파 충돌이 크게 발생될 수 있는 문제점이 있다. The TWR method as described above has a lower implementation complexity than the TDoA method because it does not require synchronization, but it has a problem in that the battery life is not efficient because the distance to all anchors that can communicate is calculated. That is, in order to calculate the position of a UWB tag, UWB TOF information with three or more UWB anchors is required, but since the UWB tag must communicate with all of the UWB anchors, the problem of excessive battery consumption occurs. In addition, the existing TWR method has a problem in that the signals between multiple UWB tags and multiple UWB anchors can interfere with each other, which can cause significant communication delays and radio collisions.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 주파수 점유 시간을 최소한으로 처리하되 다수의 UWB앵커 간 상호 동기화를 통해전파 충돌을 최소화할 수 있는 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템에 관한 것이다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art, and relates to a TWR multi-tag positioning system using UWB that can minimize radio wave collisions through mutual synchronization between a plurality of UWB anchors while minimizing frequency occupancy time.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템은, UWB(Ultra-Wide Band) 신호를 송수신하는 UWB태그; 상기 UWB태그와 UWB신호로 통신하는 복수의 UWB앵커; 및 상기 UWB앵커와 네트워크로 연결된 관리서버;를 포함하고, 3개 이상의 상기 UWB앵커가 서로 순차적으로 상기 UWB태그와 통신하여 TWR(Two Way Range) 방식으로 상호 거리 정보 데이터가 생성되고, 상기 관리서버는 단일 UWB태그에 대한 3개 이상의 상기 UWB앵커에서 수신된 데이터 프레임(Data Frame) 정보를 기반으로 상기 UWB태그의 측위를 산출할 수 있다.In order to achieve the above-described object, a TWR multi-tag positioning system using UWB according to the present invention comprises: a UWB tag that transmits and receives a UWB (Ultra-Wide Band) signal; a plurality of UWB anchors that communicate with the UWB tag using a UWB signal; and a management server connected to the UWB anchors via a network; wherein three or more of the UWB anchors sequentially communicate with the UWB tag to generate mutual distance information data in a TWR (Two Way Range) manner, and the management server can calculate the positioning of the UWB tag based on data frame information received from three or more of the UWB anchors for a single UWB tag.
또한, 상기 UWB태그는 폴(Poll) 메시지를 UWB를 통해 외부로 송신하고, 복수의 상기 UWB앵커 중 활성화된 일부의 상기 UWB앵커가 수신된 상기 UWB태그의 폴 메시지에 대한 응답 메시지를 송신하되, 상기 UWB태그는 상기 폴 메시지의 송신 시간과, 상기 응답 메시지의 수신시간 및 상기 UWB태그의 고유 식별정보인 태그 ID를 포함하는 최종 메시지를 상기 UWB앵커에 전송할 수 있다. In addition, the UWB tag transmits a poll message to the outside via UWB, and some of the activated UWB anchors among the plurality of UWB anchors transmit a response message to the poll message of the received UWB tag, and the UWB tag can transmit a final message including the transmission time of the poll message, the reception time of the response message, and a tag ID, which is unique identification information of the UWB tag, to the UWB anchor.
또한, 상기 데이터 프레임은, 적어도 하나의 바이트(byte)로 이루어진, 상기 UWB앵커의 고유 식별정보인 앵커 ID, 상기 UWB태그의 고유 식별정보인 태그 ID 및, 상기 거리 정보 데이터를 포함할 수 있다. Additionally, the data frame may include an anchor ID, which is unique identification information of the UWB anchor, a tag ID, which is unique identification information of the UWB tag, and the distance information data, each of which consists of at least one byte.
또한, 상기 UWB태그의 고유 식별정보는 시리얼 정보를 포함하고, 상기 UWB태그가 복수로 이루어져 서로 다른 시리얼 정보를 가질 수 있다. In addition, the unique identification information of the UWB tag includes serial information, and the UWB tag may be composed of multiple pieces and have different serial information.
또한, 상기 관리서버는, 복수의 상기 UWB앵커를 적어도 2개의 세트로 분할하되, 1개의 세트에는 적어도 3개의 상기 UWB앵커가 포함되며, 동일한 세트에 포함된 복수의 상기 UWB앵커는, 하나의 상기 UWB앵커가 활성화되면 다른 상기 UWB앵커들이 비활성화되되, 상기 UWB앵커가 서로 순차적으로 활성화될 수 있다. In addition, the management server divides the plurality of UWB anchors into at least two sets, one set including at least three UWB anchors, and the plurality of UWB anchors included in the same set are configured so that when one UWB anchor is activated, the other UWB anchors are deactivated, but the UWB anchors can be activated sequentially.
또한, 상기 앵커는, 동일한 세트에 포함된 복수의 상기 UWB앵커들의 활성화 상태가 순차적으로 변화될 수 있도록 순환되는 순서에 대한 토큰링(Token ring) 데이터를 각 상기 UWB앵커로 전송하되, 동일한 세트 내에서 하나의 상기 UWB앵커가 다른 하나의 상기 UWB앵커로부터 토큰을 수신받으면 기 설정된 응답 메시지의 송신횟수만큼 활성화하고 또 다른 하나의 상기 UWB앵커로 토큰을 전송할 수 있다. In addition, the anchor transmits token ring data for a cyclic order to each UWB anchor so that the activation states of a plurality of UWB anchors included in the same set can be sequentially changed, and when one UWB anchor receives a token from another UWB anchor within the same set, it can activate the number of times a preset response message is transmitted and transmit the token to another UWB anchor.
또한, 동일한 세트에 포함된 복수의 상기 UWB앵커는, 하나의 상기 UWB앵커가 소정시간동안 응답 메시지의 송신횟수가 미달된 경우 또 다른 하나의 상기 UWB앵커로 토큰을 전송할 수 있다. Additionally, multiple UWB anchors included in the same set can transmit a token to another UWB anchor when one UWB anchor fails to transmit a response message within a predetermined time.
또한, 상기 관리서버는, 단일의 상기 UWB태그에 대하여, 동일한 세트에 포함된 3개 이상의 상기 UWB앵커에서 측정된 거리 정보 데이터가 누적되면, 3개 이상의 상기 거리 정보 데이터와 상기 UWB앵커의 위치를 기반으로 상기 UWB태그의 측위를 산출할 수 있다. In addition, when distance information data measured from three or more UWB anchors included in the same set is accumulated for a single UWB tag, the management server can calculate the positioning of the UWB tag based on the three or more distance information data and the location of the UWB anchor.
또한, 상기 관리서버는, 상기 UWB앵커와 네트워크로 데이터 통신하는 통신부; 상기 UWB태그의 측위를 산출하는 제어부; 및 데이터를 기록하는 데이터베이스;를 포함하고, 상기 데이터베이스에는, 각 세트에 포함되는 복수의 상기 UWB앵커에 대한 정보 및, 상기 UWB앵커의 고유 식별정보와 위치정보가 하나의 데이터셋으로 기록될 수 있다. In addition, the management server includes a communication unit that communicates data with the UWB anchor through a network; a control unit that calculates the position of the UWB tag; and a database that records data; and in the database, information on a plurality of the UWB anchors included in each set, and unique identification information and location information of the UWB anchors can be recorded as one data set.
또한, 상기 관리서버는, 사용자단말에서 가시화되는 정보를 제공하는 모니터링부를 더 포함하고, 상기 모니터링부는, 가시화되는 맵 데이터에서 상기 UWB태그의 측위가 표시되도록 상기 사용자단말에 제공할 수 있다. In addition, the management server further includes a monitoring unit that provides information visualized on a user terminal, and the monitoring unit can provide the user terminal with the positioning of the UWB tag so that it is displayed on the visualized map data.
상술한 구성에 의한 본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템은, 기존 TDoA 방식보다 정밀도가 향상되면서 ToA 방식의 문제점인 과도한 배터리 소모 및 전파 충돌 등의 문제를 해결함에 따라, 보다 정밀한 UWB태그 단말을 장기간 사용할 수 있어 효율적인 측위 측정이 가능한 장점이 있다. The TWR multi-tag positioning system using UWB according to the present invention with the above-described configuration has the advantage of being able to perform efficient positioning measurements by solving problems of the ToA method such as excessive battery consumption and radio wave collision while improving precision compared to the existing TDoA method, thereby allowing more precise UWB tag terminals to be used for a long period of time.
아울러 본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템은, UWB를 활용하여 실내 측위를 함에 따라 In addition, the TWR multi-tag positioning system using UWB according to the present invention performs indoor positioning by utilizing UWB.
아울러 본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템은, 위와 같은 장점에 의해 작업로봇 자율주행, 시설물 모니터링 등 여러 분야에서 활용이 가능하여 다양한 산업에서 보다 효율적인 작업이 가능해지는 효과로 이어질 수 있다. In addition, the TWR multi-tag positioning system using UWB according to the present invention can be utilized in various fields such as autonomous driving of work robots and facility monitoring due to the above advantages, and can lead to the effect of enabling more efficient work in various industries.
도 1은 UWB를 이용한 TWR 방식의 측위 방법을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 제1UWB앵커와 UWB태그가 통신하는 것을 도시한 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 제1UWB앵커와 UWB태그의 통신과정을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 제2UWB앵커와 UWB태그가 통신하는 것을 도시한 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 제1UWB앵커와 UWB태그의 통신과정을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 제3UWB앵커와 UWB태그가 통신하는 것을 도시한 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 제3UWB앵커와 UWB태그의 통신과정을 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 다수의 세트로 분할된 UWB앵커를 도시한 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템의 구성도.
도 10은 본 발명에 따른 다수의 UWB태그를 포함하는 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템의 구성도.
도 11은 본 발명에 따른 데이터 프레임을 도시한 도면.Figure 1 is a diagram illustrating a positioning method using the TWR method using UWB.
Figure 2 is a configuration diagram of a TWR multi-tag positioning system using UWB according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating communication between a first UWB anchor and a UWB tag according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a communication process between a first UWB anchor and a UWB tag according to the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating communication between a second UWB anchor and a UWB tag according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a communication process between a first UWB anchor and a UWB tag according to the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram illustrating communication between a third UWB anchor and a UWB tag according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a communication process between a third UWB anchor and a UWB tag according to the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a TWR multi-tag positioning system using UWB, showing UWB anchors divided into multiple sets according to the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram of a TWR multi-tag positioning system using UWB including a plurality of UWB tags according to the present invention.
Figure 11 is a diagram illustrating a data frame according to the present invention.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.The following describes in detail the TWR multi-tag positioning system using UWB according to the present invention with reference to the attached drawings. The drawings presented below are provided as examples to ensure that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms. Furthermore, like reference numerals designate like elements throughout the specification.
이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Unless otherwise defined, the technical and scientific terms used herein have the meaning commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which this invention pertains, and descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention are omitted in the following description and accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템에 관한 것으로, 도 2는 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템의 구성도를 나타낸다.FIG. 2 relates to a TWR multi-tag positioning system using UWB according to the present invention, and FIG. 2 shows a configuration diagram of a TWR multi-tag positioning system using UWB.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템(10)은, UWB태그(100), UWB앵커(200) 및 관리서버(300)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 상기 UWB태그(100)는 UWB(Ultra-Wide Band) 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다. 여기서 상기 UWB는 저전력 광대역 통신으로 IEEE 802.15.4a 의 표준에 따른 기술일 수 있다. 상기 IEEE 802.15.4a는 CSS(Chirp Spread Spectrum)와 IR(UWB)를 포함한 표준으로 CSS를 위한 2.45GHz대역의 주파수 대역과 UWB를 위한 3.1GHz 내지 10.6GHz대역 및 250MHz 내지 750MHz대역의 주파수 대역을 포함하고 있다. Referring to FIG. 2, a TWR multi-tag positioning system (10) using UWB according to the present invention may be configured to include a UWB tag (100), a UWB anchor (200), and a management server (300). At this time, the UWB tag (100) may be configured to transmit and receive a UWB (Ultra-Wide Band) signal. Here, the UWB may be a technology according to the standard of IEEE 802.15.4a as a low-power wideband communication. The IEEE 802.15.4a is a standard including CSS (Chirp Spread Spectrum) and IR (UWB), and includes a frequency band of 2.45 GHz for CSS and a frequency band of 3.1 GHz to 10.6 GHz and a frequency band of 250 MHz to 750 MHz for UWB.
상기 UWB태그(100)는 UWB 신호의 송신과 수신 기능을 모두 포함할 수 있으며, 상기 UWB앵커(200) 또한 UWB 신호의 송신 및 수신 기능을 모두 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 UWB태그(100)와 UWB앵커(200)는 서로 UWB 프로토콜 통신함에 따라 TWR(Tow Way Ranging) 방법을 통해 상기 UWB태그(100)의 위치를 측위할 수 있도록 구현될 수 있다. The above UWB tag (100) may include both transmission and reception functions of UWB signals, and the above UWB anchor (200) may also include both transmission and reception functions of UWB signals. Accordingly, the UWB tag (100) and the UWB anchor (200) may be implemented to be able to determine the location of the UWB tag (100) through the TWR (Tow Way Ranging) method by communicating with each other using the UWB protocol.
상기 UWB앵커(200) 및 관리서버(300)는 서로 유무선 네트워크(Network)를 통해 통신할 수 있도록 구성될 수 있다. 이때 상기 네트워크는 각각의 노드가 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 상기 네트워크의 예로 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다. 그리고 상기 관리서버(300)는 고정형 단말기인 데스크 탑 PC, 노트북 컴퓨터(laptop computer), 울트라북(ultrabook) 등으로 구현되거나 서버에 디스플레이가 장착된 형태로 구현될 수 있음과 더불어, 디지털방송용 단말기, 휴대폰, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 태블릿 PC(tablet PC), 웨어러블 디바이스(wearable device) 등 다양한 형태의 이동형 단말로 구현될 수도 있다. The above UWB anchor (200) and management server (300) may be configured to communicate with each other via a wired or wireless network. At this time, the network refers to a connection structure in which each node can exchange information with each other, and examples of the network include, but are not limited to, a 3GPP (3rd Generation Partnership Project) network, an LTE (Long Term Evolution) network, a WIMAX (World Interoperability for Microwave Access) network, the Internet, a LAN (Local Area Network), a Wireless LAN (Wireless Local Area Network), a WAN (Wide Area Network), a PAN (Personal Area Network), a Bluetooth network, a satellite broadcasting network, an analog broadcasting network, a DMB (Digital Multimedia Broadcasting) network, etc. In addition, the above management server (300) may be implemented as a fixed terminal such as a desktop PC, laptop computer, or ultrabook, or may be implemented as a form in which a display is mounted on the server, and may also be implemented as various types of mobile terminals such as a digital broadcasting terminal, a mobile phone, a PDA (personal digital assistant), a PMP (portable multimedia player), a navigation device, a tablet PC, or a wearable device.
본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템(10)은, 복수의 UWB앵커(200)를 포함할 수 있으며, 복수의 상기 UWB앵커(200)는 적어도 3개 이상의 상기 UWB앵커(200)를 포함할 수 있다. 그리고 복수의 상기 UWB앵커(200)는 서로 소정거리 이격되어 위치가 고정되어 상기 관리서버(300)에서 기록하고 있거나, 상기 UWB앵커(200)의 위치가 가변된 경우에는 변경된 위치를 상기 관리서버(300)에서 파악할 수 있도록 구성될 수 있다. 아울러 복수의 상기 UWB앵커(200)는 하나의 UWB앵커(200)만이 활성화될 수 있도록 구현될 수 있으며, 여기서 활성화는 상기 UWB태그(100)의 신호가 도달될 시에 응답하는 것을 기준으로 할 수 있다. 즉, 상기 UWB앵커(200)에 상기 UWB태그(100)의 신호가 도달될 시에, 상기 UWB앵커(200)가 응답하는 설정이면 활성화로, 응답하지 않는 설정이면 비활성화로 정의할 수 있다. The TWR multi-tag positioning system (10) using UWB according to the present invention may include a plurality of UWB anchors (200), and the plurality of UWB anchors (200) may include at least three or more UWB anchors (200). In addition, the plurality of UWB anchors (200) may be configured so that their positions are fixed and recorded by the management server (300) at a predetermined distance from each other, or when the positions of the UWB anchors (200) change, the changed positions can be identified by the management server (300). In addition, the plurality of UWB anchors (200) may be implemented so that only one UWB anchor (200) can be activated, and here, activation may be based on responding when a signal of the UWB tag (100) arrives. That is, when the signal of the UWB tag (100) reaches the UWB anchor (200), if the UWB anchor (200) is set to respond, it can be defined as activated, and if the UWB anchor (200) is set to not respond, it can be defined as deactivated.
복수의 상기 UWB앵커(200)는 서로 토큰링(Token ring) 방식으로 서로 토큰 데이터를 주고 받을 수 있으며, 토큰 데이터의 송수신은 상술한 UWB 또는 네크워크를 통해 구성되거나 별개의 데이터 전달 방식을 활용할 수도 있다. 복수의 상기 UWB앵커(200) 중 하나의 UWB앵커(200)가 활성화된 상태에서 기 설정된 응답횟수에 도달하거나 기 설정된 토큰(T)을 보유하고 있는 소정시간이 경과하면 다른 하나의 UWB앵커(200)로 토큰(T)에 대한 데이터를 전달할 수 있다. 그리고 다른 상기 UWB앵커(200)가 토큰(T)에 대한 데이터를 전달받고 보유하고 있으면, 활성화상태가 되어 상기 UWB태그(100)로부터 전달된 UWB 신호에 응답할 수 있다. 여기서 복수의 상기 UWB앵커(200)는 서로 토큰(T)을 순환시켜서 순차적으로 활성화가 될 수 있도록 구현될 수 있다. 이때 상기 UWB앵커(200)가 상기 토큰(T)을 보유하는 소정시간은 토큰을 전달하는 전달시간 보다 길도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 아울러 상기 응답횟수와 소정시간은 서로 우선순위가 설정될 수 있으며, 상기 UWB앵커(200)가 기 설정된 응답횟수만큼의 메시지를 전송하면 소정시간이 경과되기 이전에 상기 토큰(T)을 전달하되, 소정시간 경과 전까지 응답횟수에 미달되면 소정시간이 된 시점에 상기 토큰(T)을 다른 하나의 상기 UWB앵커(200)로 전달할 수 있다. 이하, 후술되는 내용에서는 단일의 상기 UWB태그(100)가 3개의 상기 UWB앵커(200)와 UWB 통신하여 상기 UWB태그(100)의 측위를 산출하기 위한 상대거리를 측정하는 법에 대해서 설명한다.The plurality of UWB anchors (200) can exchange token data with each other in a token ring manner, and the transmission and reception of token data can be configured through the above-described UWB or network, or can utilize a separate data transmission method. When one of the plurality of UWB anchors (200) is activated and reaches a preset number of responses or holds a preset token (T) for a predetermined period of time, the UWB anchor (200) can transmit data for the token (T) to another UWB anchor (200). When the other UWB anchor (200) receives and holds data for the token (T), it becomes activated and can respond to the UWB signal transmitted from the UWB tag (100). Here, the plurality of UWB anchors (200) can be implemented so that they can be activated sequentially by circulating the token (T) with each other. At this time, it may be desirable that the predetermined time for which the UWB anchor (200) holds the token (T) be longer than the transmission time for transmitting the token. In addition, the number of responses and the predetermined time may be given priority, and when the UWB anchor (200) transmits a message equal to the preset number of responses, the token (T) is transmitted before the predetermined time elapses. However, if the number of responses is less than the predetermined time elapses, the token (T) may be transmitted to another UWB anchor (200) at the time when the predetermined time elapses. Hereinafter, in the content described below, a method for measuring a relative distance for calculating the positioning of the UWB tag (100) by having a single UWB tag (100) communicate with three UWB anchors (200) through UWB communication is described.
도 3 내지 도 8은 본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템에 관한 것으로, 도 3은 제1UWB앵커와 UWB태그가 통신하는 것을 도시한 구성도를 도 4는 이의 통신과정을 도시한 도면을, 도 5는 제2UWB앵커와 UWB태그가 통신하는 것을 도시한 구성도를 도 6은 이의 통신과정을 도시한 도면을, 도 7은 제3UWB앵커와 UWB태그가 통신하는 것을 도시한 구성도를 도 8은 이의 통신과정을 도시한 도면을 각각 나타낸다.FIGS. 3 to 8 relate to a TWR multi-tag positioning system using UWB according to the present invention, wherein FIG. 3 is a configuration diagram illustrating communication between a first UWB anchor and a UWB tag, FIG. 4 is a diagram illustrating the communication process thereof, FIG. 5 is a configuration diagram illustrating communication between a second UWB anchor and a UWB tag, FIG. 6 is a diagram illustrating the communication process thereof, FIG. 7 is a configuration diagram illustrating communication between a third UWB anchor and a UWB tag, and FIG. 8 is a diagram illustrating the communication process thereof.
도 3 및 도 4를 참조하면, 3개의 상기 UWB앵커(200)는 제1UWB앵커(210), 제2UWB앵커(220) 및 제3UWB앵커(230)로 구분될 수 있다. 이때 상기 제1UWB앵커(210)는 제2UWB앵커(220)로 토큰을 전달하고, 상기 제2UWB앵커(220)는 제3UWB앵커(230)로 토큰을 전달하며, 상기 제3UWB앵커(230)는 제1UWB앵커(210)로 토큰을 전달하여 순환식 토큰링이 형성될 수 있다. 상기 UWB태그(100) 및 UWB앵커(200)는 이동형 노드 또는 고정형 노드로 형성될 수 있으며, 이하 상기 UWB태그(100)가 이동형 노드로 상기 UWB앵커(200)가 고정형 노드로 형성되는 것으로 가정하여 설명한다.Referring to FIGS. 3 and 4, the three UWB anchors (200) can be divided into a first UWB anchor (210), a second UWB anchor (220), and a third UWB anchor (230). At this time, the first UWB anchor (210) transmits a token to the second UWB anchor (220), the second UWB anchor (220) transmits a token to the third UWB anchor (230), and the third UWB anchor (230) transmits a token to the first UWB anchor (210), so that a circular token ring can be formed. The above UWB tag (100) and UWB anchor (200) can be formed as a mobile node or a fixed node, and the following description assumes that the UWB tag (100) is formed as a mobile node and the UWB anchor (200) is formed as a fixed node.
상기 UWB태그(100)는 일정간격으로 UWB 신호를 외부로 전송할 수 있으며, 폴(Poll) 메시지에 관련된 폴 데이터(DP)를 전송할 수 있다. 그리고 상기 제1UWB앵커(210)가 토큰(T)을 보유하고 있는 경우에 상기 폴 데이터(DP)가 수신되면, 상기 제1UWB앵커(210)는 응답신호에 관한 응답 데이터(DR)를 외부로 전송할 수 있으며 상기 응답 데이터(DR)가 상기 UWB태그(100)에서 수신될 수 있다. 그러면 상기 UWB태그(100)에서는 상기 폴 데이터(DP)를 전송한 시간인 TSP와 상기 응답 데이터(DR)가 수신된 시간인 TRR 및 상기 UWB태그(100)의 고유 식별정보인 태그 ID(Identification)를 최종 데이터(DF)에 포함시켜 전송할 수 있다. 아울러 상기 고유 식별정보는 시리얼 정보(serial) 등 각 장치들을 식별할 수 있는 여러 형태의 데이터일 수 있다.The above UWB tag (100) can transmit a UWB signal to the outside at regular intervals and can transmit poll data (D P ) related to a poll message. When the first UWB anchor (210) holds a token (T) and the poll data (D P ) is received, the first UWB anchor (210) can transmit response data (D R ) related to a response signal to the outside, and the response data (D R ) can be received in the UWB tag (100). Then, the UWB tag (100) can transmit the final data (D F ) by including T SP , which is the time at which the poll data (D P ) was transmitted, TRR , which is the time at which the response data (D R ) was received, and the tag ID (Identification) which is unique identification information of the UWB tag (100). In addition, the above unique identification information may be various types of data that can identify each device, such as serial information.
상기 최종 데이터(DF)에는 최종 데이터(DF)의 전송시간인 TSF가 포함될 수 있다. 그리고 상기 제1UWB앵커(210)는 상기 최종 데이터(DF)에 포함된 데이터들과 함께 폴 데이터(DP)의 수신시간인 TRP와 응답 데이터(DR)의 송신시간인 TSR 및 상기 최종 데이터(DF)의 수신시간인 TRF를 내장하고 있으므로, TWR(Two Way Ranging) 방법을 통해 상호 거리 데이터를 산출할 수 있다. 혹은 최종 데이터(DF), TRP, TSR, TRF 및 상기 제1UWB앵커(210)의 고유 식별정보인 앵커 ID에 대한 로우 데이터를 네트워크를 통해 상기 관리서버(300)로 전송하도록 구성될 수도 있다. 여기서 상기 TWR 방법은 ToA(Time of Arrival)에서 OWR(One Way Ranging)과 구분되는 방법으로, 상기 UWB태그(100) 및 제1UWB앵커(210)가 서로 동기화되어 활용될 수도 있다. 그리고 비동기된 경우에는 상기 UWB태그(100) 및 제1UWB앵커(210) 간의 시간차와, 상기 UWB태그(100) 및 제1UWB앵커(210) 간의 전송 지연을 클록 오프셋에 합산하여 산출될 수 있다. 이때 상기 UWB태그(100) 및 제1UWB앵커(210)는 반 이중(Half-Duplex) 패킷 교환을 가지고 시간 다중 통신(Time-Multiplex)이 될 수도 있으며, 상기 폴 데이터(DP)에 상기 UWB태그(100)의 동기 시간정보를 포함한 패킷이 포함되어 상기 제1UWB앵커(210)가 자신과의 동기를 맞추어 기 설정된 시간지연을 통해 응답 데이터(DR)를 발송할 수 있다. 그리고 응답 수신을 통해 상기 UWB태그(100)의 Round-Trip ToF(Time of Flight) 정보를 결정함에 따라, 왕복 ToF를 산출하여 UWB 전파 속도와의 곱 연산을 통해 상호 거리 정보 데이터가 산출되어 생성될 수 있다. 상기 로우 데이터 혹은 산출된 상호 거리 정보 데이터들은 데이터 프레임(Data Frame)의 리포트(Report) 형태로 상기 관리서버(300)로 전송될 수 있다. The final data (D F ) above may include T SF , which is the transmission time of the final data (D F ). In addition, the first UWB anchor (210) includes T RP , which is the reception time of poll data (D P ), T SR , which is the transmission time of response data (D R ), and T RF , which is the reception time of the final data (D F ), along with the data included in the final data (D F ). Therefore, the mutual distance data can be calculated through the TWR (Two Way Ranging) method. Alternatively, the raw data for the final data (D F ), T RP , T SR , T RF , and anchor ID, which is the unique identification information of the first UWB anchor (210), may be configured to be transmitted to the management server (300) through a network. Here, the TWR method is a method that is distinguished from OWR (One Way Ranging) in ToA (Time of Arrival), and the UWB tag (100) and the first UWB anchor (210) may be utilized while being synchronized with each other. In addition, in the asynchronous case, the time difference between the UWB tag (100) and the first UWB anchor (210) and the transmission delay between the UWB tag (100) and the first UWB anchor (210) may be calculated by adding them to the clock offset. At this time, the UWB tag (100) and the first UWB anchor (210) may have a half-duplex packet exchange and may be time-multiplexed, and the poll data (D P ) may include a packet including the synchronization time information of the UWB tag (100), so that the first UWB anchor (210) can synchronize with itself and transmit response data (D R ) through a preset time delay. Then, by determining the Round-Trip ToF (Time of Flight) information of the UWB tag (100) through the reception of the response, the round-trip ToF may be calculated and mutual distance information data may be calculated and generated through a product operation with the UWB propagation speed. The raw data or the calculated mutual distance information data may be transmitted to the management server (300) in the form of a report of a data frame.
상기 제1UWB앵커(210)는 토큰(T)을 보유한 시간이 소정시간을 경과하거나, 상기 응답 데이터(DP)를 발송한 횟수가 기 설정된 응답횟수에 도달한 경우, 토큰(T)을 상기 제2UWB앵커(220)로 전달하도록 제1토큰 데이터(DT1)를 전송할 수 있다. The first UWB anchor (210) can transmit the first token data (D T1 ) to transfer the token (T) to the second UWB anchor (220) when the time for which the token (T) is held has elapsed for a predetermined time or when the number of times the response data (D P ) has been transmitted reaches a preset number of responses.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제2UWB앵커(220)가 토큰(T)을 보유하고 있는 경우에 상기 UWB태그(100)의 폴 데이터(DP)가 수신되면, 상기 제2UWB앵커(220)는 응답신호에 관한 응답 데이터(DR)를 외부로 전송할 수 있으며 상기 응답 데이터(DR)가 상기 UWB태그(100)에서 수신될 수 있다. 그러면 상기 UWB태그(100)에서는 상기 폴 데이터(DP)를 전송한 시간인 TSP와 상기 응답 데이터(DR)가 수신된 시간인 TRR 및 상기 UWB태그(100)의 고유 식별정보인 태그 ID(Identification)를 최종 데이터(DF)에 포함시켜 전송할 수 있다. Referring to FIGS. 5 and 6, when the second UWB anchor (220) holds a token (T) and the poll data (D P ) of the UWB tag (100) is received, the second UWB anchor (220) can transmit response data (D R ) regarding the response signal to the outside, and the response data (D R ) can be received in the UWB tag (100). Then, the UWB tag (100) can transmit the final data (D F ) by including T SP , which is the time at which the poll data (D P ) was transmitted, TRR , which is the time at which the response data (D R ) was received, and the tag ID (Identification) which is the unique identification information of the UWB tag ( 100 ).
상기 최종 데이터(DF)에는 최종 데이터(DF)의 전송시간인 TSF가 포함될 수 있다. 그리고 상기 제2UWB앵커(220)는 상기 최종 데이터(DF)에 포함된 데이터들과 함께 폴 데이터(DP)의 수신시간인 TRP와 응답 데이터(DR)의 송신시간인 TSR 및 상기 최종 데이터(DF)의 수신시간인 TRF를 내장하고 있으므로, TWR(Two Way Ranging) 방법을 통해 상호 거리 데이터를 산출할 수 있다. 혹은 최종 데이터(DF), TRP, TSR, TRF 및 상기 제2UWB앵커(220)의 고유 식별정보인 앵커 ID에 대한 로우 데이터를 네트워크를 통해 상기 관리서버(300)로 전송하도록 구성될 수도 있다. 여기서 상기 TWR 방법은 ToA(Time of Arrival)에서 OWR(One Way Ranging)과 구분되는 방법으로, 상기 UWB태그(100) 및 제2UWB앵커(220)가 서로 동기화되어 활용될 수도 있다. 그리고 비동기된 경우에는 상기 UWB태그(100) 및 제2UWB앵커(220) 간의 시간차와, 상기 UWB태그(100) 및 제2UWB앵커(220) 간의 전송 지연을 클록 오프셋에 합산하여 산출될 수 있다. 이때 상기 UWB태그(100) 및 제2WB앵커(220)는 반 이중(Half-Duplex) 패킷 교환을 가지고 시간 다중 통신(Time-Multiplex)이 될 수도 있으며, 상기 폴 데이터(DP)에 상기 UWB태그(100)의 동기 시간정보를 포함한 패킷이 포함되어 상기 제2UWB앵커(220)가 자신과의 동기를 맞추어 기 설정된 시간지연을 통해 응답 데이터(DR)를 발송할 수 있다. 그리고 응답 수신을 통해 상기 UWB태그(100)의 Round-Trip ToF(Time of Flight) 정보를 결정함에 따라, 왕복 ToF를 산출하여 UWB 전파 속도와의 곱 연산을 통해 상호 거리 정보 데이터가 산출되어 생성될 수 있다. 상기 로우 데이터 혹은 산출된 상호 거리 정보 데이터들은 데이터 프레임(Data Frame)의 리포트(Report) 형태로 상기 관리서버(300)로 전송될 수 있다. The final data (D F ) above may include T SF , which is the transmission time of the final data (D F ). In addition, the second UWB anchor (220) includes T RP , which is the reception time of the poll data (D P ), T SR , which is the transmission time of the response data (D R ), and T RF , which is the reception time of the final data (D F ), along with the data included in the final data (D F ), so that mutual distance data can be calculated through the TWR (Two Way Ranging) method. Alternatively, the raw data for the final data (D F ), T RP , T SR , T RF , and anchor ID, which is unique identification information of the second UWB anchor (220), may be configured to be transmitted to the management server (300) through a network. Here, the TWR method is a method that is distinguished from OWR (One Way Ranging) in ToA (Time of Arrival), and the UWB tag (100) and the second UWB anchor (220) can be utilized while being synchronized with each other. In addition, in the asynchronous case, the time difference between the UWB tag (100) and the second UWB anchor (220) and the transmission delay between the UWB tag (100) and the second UWB anchor (220) can be calculated by adding them to the clock offset. At this time, the UWB tag (100) and the second UWB anchor (220) may have a half-duplex packet exchange and may be time-multiplexed, and the poll data (D P ) may include a packet including the synchronization time information of the UWB tag (100), so that the second UWB anchor (220) can synchronize with itself and transmit response data (D R ) through a preset time delay. Then, by determining the Round-Trip ToF (Time of Flight) information of the UWB tag (100) through the reception of the response, the round-trip ToF may be calculated and mutual distance information data may be calculated and generated through a product operation with the UWB propagation speed. The raw data or the calculated mutual distance information data may be transmitted to the management server (300) in the form of a report of a data frame.
상기 제2UWB앵커(220)는 토큰(T)을 보유한 시간이 소정시간을 경과하거나, 상기 응답 데이터(DP)를 발송한 횟수가 기 설정된 응답횟수에 도달한 경우, 토큰(T)을 상기 제3UWB앵커(230)로 전달하도록 제2토큰 데이터(DT2)를 전송할 수 있다. The second UWB anchor (220) can transmit second token data (D T2 ) to transfer the token (T) to the third UWB anchor (230) when the time for which the token (T) is held has elapsed for a predetermined period of time or when the number of times the response data (D P ) has been transmitted reaches a preset number of responses.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 제3UWB앵커(230)가 토큰(T)을 보유하고 있는 경우에 상기 UWB태그(100)의 폴 데이터(DP)가 수신되면, 상기 제3UWB앵커(230)는 응답신호에 관한 응답 데이터(DR)를 외부로 전송할 수 있으며 상기 응답 데이터(DR)가 상기 UWB태그(100)에서 수신될 수 있다. 그러면 상기 UWB태그(100)에서는 상기 폴 데이터(DP)를 전송한 시간인 TSP와 상기 응답 데이터(DR)가 수신된 시간인 TRR 및 상기 UWB태그(100)의 고유 식별정보인 태그 ID(Identification)를 최종 데이터(DF)에 포함시켜 전송할 수 있다. Referring to FIGS. 7 and 8, when the third UWB anchor (230) holds a token (T) and the poll data (D P ) of the UWB tag (100) is received, the third UWB anchor (230) can transmit response data (D R ) regarding the response signal to the outside, and the response data (D R ) can be received in the UWB tag (100). Then, the UWB tag (100) can transmit the final data (D F ) by including T SP , which is the time at which the poll data (D P ) was transmitted, TRR , which is the time at which the response data (D R ) was received, and the tag ID (Identification) which is the unique identification information of the UWB tag ( 100 ).
상기 최종 데이터(DF)에는 최종 데이터(DF)의 전송시간인 TSF가 포함될 수 있다. 그리고 상기 제3UWB앵커(230)는 상기 최종 데이터(DF)에 포함된 데이터들과 함께 폴 데이터(DP)의 수신시간인 TRP와 응답 데이터(DR)의 송신시간인 TSR 및 상기 최종 데이터(DF)의 수신시간인 TRF를 내장하고 있으므로, TWR(Two Way Ranging) 방법을 통해 상호 거리 데이터를 산출할 수 있다. 혹은 최종 데이터(DF), TRP, TSR, TRF 및 상기 제3UWB앵커(230)의 고유 식별정보인 앵커 ID에 대한 로우 데이터를 네트워크를 통해 상기 관리서버(300)로 전송하도록 구성될 수도 있다. 여기서 상기 TWR 방법은 ToA(Time of Arrival)에서 OWR(One Way Ranging)과 구분되는 방법으로, 상기 UWB태그(100) 및 제3UWB앵커(230)가 서로 동기화되어 활용될 수도 있다. 그리고 비동기된 경우에는 상기 UWB태그(100) 및 제3UWB앵커(230) 간의 시간차와, 상기 UWB태그(100) 및 제3UWB앵커(230) 간의 전송 지연을 클록 오프셋에 합산하여 산출될 수 있다. 이때 상기 UWB태그(100) 및 제3WB앵커(230)는 반 이중(Half-Duplex) 패킷 교환을 가지고 시간 다중 통신(Time-Multiplex)이 될 수도 있으며, 상기 폴 데이터(DP)에 상기 UWB태그(100)의 동기 시간정보를 포함한 패킷이 포함되어 상기 제3UWB앵커(230)가 자신과의 동기를 맞추어 기 설정된 시간지연을 통해 응답 데이터(DR)를 발송할 수 있다. 그리고 응답 수신을 통해 상기 UWB태그(100)의 Round-Trip ToF(Time of Flight) 정보를 결정함에 따라, 왕복 ToF를 산출하여 UWB 전파 속도와의 곱 연산을 통해 상호 거리 정보 데이터가 산출되어 생성될 수 있다. 상기 로우 데이터 혹은 산출된 상호 거리 정보 데이터들은 데이터 프레임(Data Frame)의 리포트(Report) 형태로 상기 관리서버(300)로 전송될 수 있다. The final data (D F ) above may include T SF , which is the transmission time of the final data (D F ). In addition, the third UWB anchor (230) includes T RP , which is the reception time of the poll data (D P ), T SR , which is the transmission time of the response data (D R ), and T RF , which is the reception time of the final data (D F ), along with the data included in the final data (D F ). Therefore, the mutual distance data can be calculated through the TWR (Two Way Ranging) method. Alternatively, the raw data for the final data (D F ), T RP , T SR , T RF , and anchor ID, which is the unique identification information of the third UWB anchor (230), may be configured to be transmitted to the management server (300) through a network. Here, the TWR method is a method that is distinguished from OWR (One Way Ranging) in ToA (Time of Arrival), and the UWB tag (100) and the third UWB anchor (230) can be utilized while being synchronized with each other. In addition, in the asynchronous case, the time difference between the UWB tag (100) and the third UWB anchor (230) and the transmission delay between the UWB tag (100) and the third UWB anchor (230) can be calculated by adding them to the clock offset. At this time, the UWB tag (100) and the third UWB anchor (230) may be time-multiplexed with half-duplex packet exchange, and the poll data (D P ) may include a packet including the synchronization time information of the UWB tag (100), so that the third UWB anchor (230) can synchronize with itself and transmit response data (D R ) through a preset time delay. Then, by determining the Round-Trip ToF (Time of Flight) information of the UWB tag (100) through the reception of the response, the round-trip ToF may be calculated, and mutual distance information data may be calculated and generated through a product operation with the UWB propagation speed. The raw data or the calculated mutual distance information data may be transmitted to the management server (300) in the form of a report of a data frame.
상기 제3UWB앵커(230)는 토큰(T)을 보유한 시간이 소정시간을 경과하거나, 상기 응답 데이터(DP)를 발송한 횟수가 기 설정된 응답횟수에 도달한 경우, 상기 토큰(T)을 상기 제1UWB앵커(210)로 전달하여 순환되는 토큰링이 형성되도록 제3토큰 데이터(DT3)를 전송할 수 있다. 아울러 본 발명에 따른 본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템(10)은, 각 노드들 사이에서 중계할 수 있도록 토큰(T)를 교환할 수 있는 게이트웨이를 더 포함하여 구현될 수도 있다. The third UWB anchor (230) can transmit the third token data (DT3) to the first UWB anchor (210) so that a circulating token ring is formed by transferring the token (T) to the first UWB anchor (210) when the time of holding the token (T) has passed a predetermined time or the number of times the response data (D P ) has been transmitted reaches a preset number of responses. In addition, the TWR multi-tag positioning system (10) using UWB according to the present invention can be implemented by further including a gateway that can exchange the token (T) so that it can be relayed between each node.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템에 관한 것으로, 도 9는 다수의 세트로 분할된 UWB앵커를 도시한 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템의 구성도를, 도 10은 다수의 UWB태그를 포함하는 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템의 구성도를 각각 나타낸다.FIG. 9 and FIG. 10 relate to a TWR multi-tag positioning system using UWB according to the present invention. FIG. 9 shows a configuration diagram of a TWR multi-tag positioning system using UWB showing UWB anchors divided into a plurality of sets, and FIG. 10 shows a configuration diagram of a TWR multi-tag positioning system using UWB including a plurality of UWB tags.
도 9를 참조하면, 상기 관리서버(300)는 복수의 상기 UWB앵커(200)를 적어도 2개의 세트로 분할하되, 1개의 세트에는 적어도 3개의 상기 UWB앵커(200)가 포함되며, 동일한 세트에 포함된 복수의 상기 UWB앵커(200)는, 하나의 상기 UWB앵커(200)가 활성화되면 다른 상기 UWB앵커(200)들이 비활성화되되, 상기 UWB앵커(200)가 서로 순차적으로 활성화될 수 있다. 보다 명확히는 복수의 UWB앵커(200)가 복수의 세트로 분할될 수 있으며, 각 세트에는 3개 이상의 상기 UWB앵커(200)가 배치될 수 있다. 그리고 각 세트의 3개 이상의 상기 UWB앵커(200)는 일부의 UWB앵커(200)가 활성화될 수 있으며, 일 예로 하나의 UWB앵커(200)가 활성화되는 형태로 토큰링을 형성할 수 있다. 혹은 둘 이상의 UWB앵커(200)가 활성화될 수도 있으며 본 발명은 하나의 세트에 배치된 UWB앵커(200)의 전체 수보다 활성화된 UWB앵커(200)의 수가 적도록 구성되는 것이 바람직할 수 있다. 이에 UWB앵커(200)가 전송하는 전파에 의한 상호 간섭을 최소화할 수 있으며, 각 장치들의 배터리가 보다 효율적으로 관리될 수 있다. 각 세트에 구성되는 UWB앵커(200)들은 서로 변경될 수 있으며, 일 예로 세트 1(Set 1)에 포함된 하나의 UWB앵커(200)가 상기 관리서버(300)의 설정에 의해 세트 2(Set 2)에 속하도록 재편성될 수도 있다. 아울러 각 세트의 1사이클 회전 후에 상기 UWB앵커(200)에서 생성된 거리 정보 데이터 혹은 원본 데이터가 상기 관리서버(300)로 전송될 수도 있다.Referring to FIG. 9, the management server (300) divides the plurality of UWB anchors (200) into at least two sets, and one set includes at least three UWB anchors (200), and the plurality of UWB anchors (200) included in the same set may be sequentially activated when one UWB anchor (200) is activated, while the other UWB anchors (200) are deactivated. More specifically, the plurality of UWB anchors (200) may be divided into multiple sets, and three or more UWB anchors (200) may be arranged in each set. In addition, three or more UWB anchors (200) of each set may form a token ring in which some of the UWB anchors (200) may be activated, and for example, one UWB anchor (200) may be activated. Alternatively, two or more UWB anchors (200) may be activated, and it may be preferable that the number of activated UWB anchors (200) be less than the total number of UWB anchors (200) arranged in one set. Accordingly, mutual interference caused by radio waves transmitted by the UWB anchors (200) can be minimized, and the batteries of each device can be managed more efficiently. The UWB anchors (200) configured in each set can be changed, and for example, one UWB anchor (200) included in Set 1 can be reorganized to belong to Set 2 by the settings of the management server (300). In addition, after one cycle of rotation of each set, distance information data or original data generated from the UWB anchor (200) can be transmitted to the management server (300).
상기 관리서버(300)는 상기 UWB앵커(200)와 네트워크로 데이터 통신하는 통신부(310), 상기 UWB태그(100)의 측위를 산출하는 제어모듈(320) 및 데이터를 기록하는 데이터베이스(330)를 포함하고, 사용자단말(20)에서 가시화되는 정보를 제공하는 모니터링부(340)를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 UWB태그(100)도 상기 통신부(310)와 네트워크를 통해 통신할 수 있는 기능이 부가될 수도 있으며, 상기 UWB태그(100)가 탑재된 장비에 네트워크 통신을 위한 모듈이 포함되거나 상기 UWB태그(100)가 네트워크 통신 기능이 포함된 제어모듈을 포함할 수도 있다. The above management server (300) includes a communication unit (310) that communicates data with the UWB anchor (200) via a network, a control module (320) that calculates the position of the UWB tag (100), and a database (330) that records data, and may further include a monitoring unit (340) that provides information that is visualized on the user terminal (20). At this time, the UWB tag (100) may also be provided with a function that allows communication with the communication unit (310) via a network, and a module for network communication may be included in the equipment equipped with the UWB tag (100), or the UWB tag (100) may include a control module that includes a network communication function.
상기 제어부는(320)는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세스(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. The above control unit (320) can be implemented using at least one of ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), controllers, micro-controllers, microprocessors, and other electrical units for performing functions.
상기 데이터베이스(330)는 DBMS 등을 통해 데이터가 입출력되고 기록될 수 있다. 이때 상기 데이터베이스(330)는 상기 UWB태그(100)의 고유 식별정보인 태그 ID, 상기 UWB앵커(200)의 고유 식별정보인 앵커 ID, 상기 UWB앵커(200)가 설치된 기준위치, 상기 기준위치를 결정하는 맵 데이터 등이 기록될 수 있으며, 상기 사용자단말(20)의 접근권한 등을 기록 관리 할 수 있다. 여기서 복수의 상기 UWB앵커(200)는 세트 단위로 데이터셋이 분류되어 기록 및 관리될 수 있으며, 분할된 각 세트들은 고유한 세트 정보를 가질 수 있다. 그리고 상기 제어부(320)는 상기 데이터베이스(330)의 각 세트를 생성하거나, 수정하거나 삭제할 수 있으며, 상기 세트의 연관 데이터로 각 세트로 분류되는 상기 UWB앵커(200)의 앵커 ID와 기준위치 등을 연관데이터로 기록 및 보존할 수 있다. 아울러 각 세트에 따라 분류되는 정보들은 설치된 상기 UWB앵커(200)를 제어하는 시스템으로 전파되어, 상기 UWB(200)들의 토큰링을 가변할 수 있다. The database (330) can input/output and record data through DBMS, etc. At this time, the database (330) can record the tag ID, which is unique identification information of the UWB tag (100), the anchor ID, which is unique identification information of the UWB anchor (200), the reference location where the UWB anchor (200) is installed, map data that determines the reference location, etc., and can record and manage the access rights of the user terminal (20), etc. Here, the plurality of UWB anchors (200) can be classified into sets and recorded and managed as data sets, and each divided set can have unique set information. In addition, the control unit (320) can create, modify, or delete each set of the database (330), and can record and preserve the anchor ID and reference location of the UWB anchor (200) classified into each set as related data of the set. In addition, information classified according to each set is transmitted to a system that controls the installed UWB anchors (200), thereby allowing the token ring of the UWBs (200) to be varied.
상기 모니터링부(340)는 상기 데이터베이스(330)의 맵 데이터에서 상기 UWB태그(100)의 측위가 표시되도록 제공할 수 있다. 즉, 상기 모니터링부(340)는 상기 제어부(320)에서 산출된 상기 UWB태그(100)의 측위 좌표 결과를 원격지에 위치한 사용자가 모니터링 가능하도록 제공할 수 있으며, Restful API 등을 제공하여 외부 시스템과의 데이터 교환이 가능할 수도 있다. 상기 제어부(320)는 상기 통신부(310)를 통해 수신된 각 UWB앵커(200)들의 거리 정보 데이터를 통해 상기 UWB태그(100)의 위치를 산출할 수 있으며, 다수의 하나의 세트에 배치된 3개 이상의 UWB앵커(200)에서 거리 정보 데이터가 수신되면 3개 이상의 거리 정보 데이터와 상술한 UWB앵커(200)들의 기준위치 데이터를 통해 상기 UWB태그(100)의 측위를 산출할 수 있다. 그리고 상기 모니터링부(340)는 상기 UWB앵커(200)들의 기준위치 좌표를 기반으로 동적으로 생성된 지도를 출력할 수 있으며, 이 지도에 각 상기 UWB태그(100)의 지점을 마킹할 수 있다. 그리고 각 상기 UWB태그(100)의 최신 지점을 표기하거나 설정에 따라 일정 시간 내 행적을 실선 또는 점선으로 표시할 수도 있다. 상기 제어부(320)에서 세트의 정보가 변경된 경우에는, 즉각 업데이트된 정보를 기반으로 계산을 수행하며, 업데이트 이전에 수집된 데이터 중, 해당 세트로부터 제외된 UWB앵커(200)가 포함된 경우에는 제외하여 수행할 수 있다. 즉, 세트의 재편성 이후에, 이전 하나의 세트에 포함된 하나의 UWB앵커(200)가 다른 세트로 이전된 경우, 하나의 세트를 중심으로 상기 UWB태그(100)의 측위를 산출하는 과정에서 상기 하나의 UWB앵커(200)의 정보는 제외하여 수행할 수 있다. 아울러 상기 모니터링부(340)는 상기 데이터베이스(330)에 기록된 특정 세트의 특정 UWB태그(100)의 가장 마지막 측위 정보를 표현할 수 있다. The monitoring unit (340) can provide the positioning of the UWB tag (100) to be displayed in the map data of the database (330). That is, the monitoring unit (340) can provide the positioning coordinate result of the UWB tag (100) calculated by the control unit (320) so that a user located at a remote location can monitor it, and can also provide a Restful API, etc. to enable data exchange with an external system. The control unit (320) can calculate the position of the UWB tag (100) through the distance information data of each UWB anchor (200) received through the communication unit (310), and when the distance information data is received from three or more UWB anchors (200) arranged in a plurality of sets, the positioning of the UWB tag (100) can be calculated through the three or more distance information data and the reference position data of the UWB anchors (200) described above. And the monitoring unit (340) can output a map dynamically generated based on the reference position coordinates of the UWB anchors (200), and mark the location of each UWB tag (100) on this map. And the latest location of each UWB tag (100) can be marked, or the movement within a certain period of time can be displayed as a solid line or a dotted line depending on the settings. If the information of the set is changed in the control unit (320), the calculation is performed based on the immediately updated information, and if the UWB anchor (200) excluded from the set is included in the data collected before the update, the calculation can be performed by excluding it. That is, if one UWB anchor (200) included in one previous set is transferred to another set after the set is reorganized, the information of the one UWB anchor (200) can be excluded in the process of calculating the positioning of the UWB tag (100) centered on one set. In addition, the monitoring unit (340) can express the most recent positioning information of a specific UWB tag (100) of a specific set recorded in the database (330).
상기 데이터베이스(330)는 각 UWB태그(100)를 기준으로 데이터를 취합하여 측정 기록을 최신화 및 메모리에 보존할 수도 있다. 그리고 보존 데이터는 해당 UWB태그(100)에 대한 UWB앵커(200)의 거리 정보 데이터와, 측정을 시도한 UWB앵커(200)의 고유 식별정보가 포함되며, 최소 3개 이상의 기록이 누적될 때 좌표 계산 과정으로 판단하여 산출할 수 있다. 여기서 좌표 계산은 계산을 위한 필요 정보가 사전에 정의된 계산 대기열 선입선출 큐에 입력될 수 있으며, 해당 큐는 쓰레드 풀에서 관리될 수 있다. 이때 상기 쓰레드 풀에는 작업 쓰레드와 작업 분배용 쓰레드가 포함되며, 각 쓰레드는 서버의 유휴 CPU 자원에 맞춰 능동적 최대 개수로 동작하거나, 다른 서비스가 함께 동작하는 등의 기타 작업이 있는 경우에는 사용자가 혹은 관리자가 임의로 수를 지정하여 쓰레드를 제한할 수도 있다. 아울러 계산 대기열 큐에 추가되는 정보는 좌표 계산 대상의 신속성 여부에 따라 작업 단위의 업데이트 시에 수치가 반영될 수도 있고, 포인터 정보를 통해 계산 시점에서의 최신 데이터가 계산에 사용될 수도 있다. 여기서 포인터 정보를 통한 측위 계산 시에, 앞서 요청한 계산이 끝나지 않은 경우 해당 UWB태그(100)는 대기열에 포함될 수 있다. 또한 상기 작업 분배 쓰레드는 각 작업 쓰레드가 유휴 상태에 도달했을 때, 계산 대기열 큐로부터 작업을 분배할 수 있다. 이때 작업을 위한 정보를 분배받은 쓰레드는 즉시 좌표 계산을 수행할 수 있으며, 계산된 좌표는 즉각 상기 데이터베이스(330)에 업데이트 후, 작업 쓰레드는 다음작업을 요청할 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 관리서버(300)는 다수의 서버로 구현되어 작업을 분산 수행할 수 있으며, 하나의 데이터베이스(330)를 공유하거나 각각의 데이터베이스(330)를 통해 기록 관리 될 수도 있다.The above database (330) can collect data based on each UWB tag (100) to update the measurement records and store them in memory. In addition, the stored data includes distance information data of the UWB anchor (200) for the corresponding UWB tag (100) and unique identification information of the UWB anchor (200) that attempted measurement, and can be calculated by determining that it is a coordinate calculation process when at least three records are accumulated. Here, the coordinate calculation can be input into a first-in-first-out calculation queue where necessary information for calculation is defined in advance, and the queue can be managed in a thread pool. At this time, the thread pool includes a work thread and a thread for work distribution, and each thread actively operates with the maximum number according to the idle CPU resources of the server, or in cases where there are other tasks such as other services operating together, the user or administrator can arbitrarily specify the number of threads to limit them. In addition, the information added to the calculation queue may be reflected in the numerical value when the work unit is updated depending on the speed of the coordinate calculation target, or the latest data at the time of calculation may be used for the calculation through pointer information. Here, when calculating the positioning using the pointer information, if the previously requested calculation is not completed, the corresponding UWB tag (100) may be included in the queue. In addition, the work distribution thread may distribute the work from the calculation queue queue when each work thread reaches an idle state. At this time, the thread that has received the information for the work can immediately perform the coordinate calculation, and the calculated coordinates are immediately updated in the database (330), and then the work thread can request the next work. In addition, the management server (300) according to the present invention may be implemented as a plurality of servers to perform the work in a distributed manner, and may share a single database (330) or may be recorded and managed through each database (330).
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템(10)은, 다수의 UWB앵커(200) 간 무선 주파수 트래픽 제어를 위한 주파수 점유 우선권이라는 개념을 도입할 수 있으며, 이와 같은 주파수 점유 우선권을 상기 토큰(T)으로 정의할 수 있다. 그리고 상기 토큰(T)은 각 앵커(200)들 사이에서만 주고 받을 수 있는 정보로 구현될 수도 있다. 이처럼 상기 UWB태그(100)와의 메시지 교환은 토큰(T)을 가지고 있는 UWB앵커(200)만 할 수 있어 무선 주파수 트래픽 충돌을 방지하고 UWB앵커(200) 및 UWB태그(10) 간의 N:N통신이 가능한 장점이 있다. 그리고 거리 측정 정보를 획득하기 위해 토큰(T)을 어떤 순서대로 전달할 것인지 상기 관리서버(300)에서 기 설정하여 무선 주파수 트래픽을 제어하고 어느 위치에 있는 UWB앵커(200)에서 어떤 정보가 들어왔는지 용이하게 파악 가능한 장점이 있다. 아울러 상기 UWB앵커(200) 및 UWB태그(100) 간 교환 정보는 UWB 클럭 정보를 기반으로 한 고유 시간 값을 교환하여, 사전에 입력되거나 상기 관리서버(300)로부터 전송받은 제어정보를 통해 1 사이클 내 측위 횟수와 범위를 지정할 수 있으며, 이 정보를 기반으로 저지연 시분할 통신을 수행하여 대기 중 전파 대기 시간을 최소화할 수 있다. 그리고 서로 간의 통신 시간차와 대기 중 전파속도를 기반으로 상호간 거리를 측정할 수 있다. Referring to FIG. 10, the TWR multi-tag positioning system (10) using UWB according to the present invention can introduce the concept of frequency occupation priority for controlling radio frequency traffic between multiple UWB anchors (200), and can define such frequency occupation priority as the token (T). In addition, the token (T) can be implemented as information that can only be exchanged between each anchor (200). In this way, only the UWB anchor (200) having the token (T) can exchange messages with the UWB tag (100), so there is an advantage in that radio frequency traffic collisions are prevented and N:N communication is possible between the UWB anchor (200) and the UWB tag (10). In addition, there is an advantage in that the management server (300) can preset the order in which the token (T) is to be transmitted in order to obtain distance measurement information, thereby controlling radio frequency traffic and easily identifying which information came from which UWB anchor (200) at which location. In addition, the information exchanged between the UWB anchor (200) and the UWB tag (100) exchanges a unique time value based on UWB clock information, and the number of positioning measurements and range within one cycle can be specified through control information input in advance or transmitted from the management server (300), and low-latency time division communication can be performed based on this information to minimize the radio wave waiting time during standby. In addition, the distance between them can be measured based on the communication time difference between them and the radio wave speed during standby.
도 11은 본 발명에 따른 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템에 관한 것으로, 도 11은 데이터 프레임을 도시한 도면을 나타낸다.FIG. 11 is a diagram showing a TWR multi-tag positioning system using UWB according to the present invention, and FIG. 11 is a diagram showing a data frame.
도 11을 참조하면, 상술한 바와 같이 상기 UWB앵커(200)는 상기 관리서버(300)로 측정데이터 데이터 프레임(Data Frame)을 전송할 수 있으며, 상기 데이터 프레임은 적어도 하나의 바이트(byte)로 이루어진, 상기 UWB앵커(200)의 고유 식별정보인 앵커 ID, 상기 UWB태그(100)의 고유 식별정보인 태그 ID 및, 상기 거리 정보 데이터를 포함할 수 있다. 이때 상기 데이터 프레임은 데이터를 구분을 위해 STX와 ETX를 통해 데이터를 구분할 수 있으며, 상기 앵커 ID, 태그 ID, 거리 정보 데이터들 사이에 구분자를 두어 데이터의 식별력을 높이도록 구현될 수 있다. 일 예로 상기 앵커 ID가 3바이트, 태그 ID가 3바이트 및 상기 거리 측정 데이터가 6바이트 이상으로 구현될 수 있으며, 측정 대상인 UWB태그(100)가 늘어나면 데이터의 총 길이가 증가될 수도 있다. Referring to FIG. 11, as described above, the UWB anchor (200) can transmit a measurement data data frame to the management server (300), and the data frame can include an anchor ID, which is unique identification information of the UWB anchor (200), a tag ID, which is unique identification information of the UWB tag (100), and the distance information data, which are made up of at least one byte. At this time, the data frame can distinguish data through STX and ETX to distinguish data, and a delimiter can be placed between the anchor ID, tag ID, and distance information data to increase the distinguishability of the data. For example, the anchor ID can be implemented as 3 bytes, the tag ID as 3 bytes, and the distance measurement data as 6 bytes or more, and the total length of the data can increase as the number of UWB tags (100) that are measurement targets increases.
이상에서 본 발명에 따른 실내측위를 이용한 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템에 대하여 설명하였지만, UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 및 실내관리 자동화 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램 역시 구현 가능함은 물론이다.Although the TWR multi-tag positioning system using UWB for indoor positioning according to the present invention has been described above, it is also possible to implement a computer-readable recording medium storing a program for implementing a TWR multi-tag positioning system using UWB and a program stored in a computer-readable recording medium for implementing an indoor management automation method.
즉, 상술한 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써, 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공될 수도 있음을 당업자들이 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 다시 말해, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, USB 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.That is, it will be readily understood by those skilled in the art that the TWR multi-tag positioning system using the above-described UWB may be provided by including the program of commands for implementing it in a computer-readable recording medium by being tangibly implemented. In other words, it may be implemented in the form of program commands that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program commands, data files, data structures, etc., singly or in combination. The program commands recorded on the computer-readable recording medium may be those specially designed and configured for the present invention or may be known and usable by those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and hardware devices specially configured to store and execute program commands such as ROMs, RAMs, flash memories, and USB memories. Examples of program instructions include not only machine language codes, such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described with specific details such as specific components and limited example drawings, but these are provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from this description.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the idea of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all things that are equivalent or equivalent to the scope of the patent claims described below as well as the scope of the invention should be considered to fall within the scope of the idea of the present invention.
10 : UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템
20 : 사용자단말
100 : UWB태그
200 : UWB앵커
210 : 제1UWB앵커
220 : 제2UWB앵커
230 : 제3UWB앵커
300 : 관리서버
310 : 통신부
320 : 제어부
330 : 데이터베이스
340 : 모니터링부10: TWR multi-tag positioning system using UWB
20: User terminal
100: UWB tag
200: UWB anchor
210: 1st UWB anchor
220: 2nd UWB anchor
230: 3rd UWB anchor
300: Management Server
310: Communications Department
320: Control unit
330: Database
340: Monitoring Department
Claims (10)
상기 UWB태그와 UWB신호로 통신하는 복수의 UWB앵커; 및
상기 UWB앵커와 네트워크로 연결된 관리서버;
를 포함하고,
3개 이상의 상기 UWB앵커가 서로 순차적으로 상기 UWB태그와 통신하여 TWR(Two Way Range) 방식으로 상호 거리 정보 데이터가 생성되고,
상기 관리서버는 단일 UWB태그에 대한 3개 이상의 상기 UWB앵커에서 수신된 데이터 프레임(Data Frame) 정보를 기반으로 상기 UWB태그의 측위를 산출하며,
상기 UWB태그는 폴(Poll) 메시지를 UWB를 통해 외부로 송신하고,
복수의 상기 UWB앵커 중 활성화된 일부의 상기 UWB앵커가 수신된 상기 UWB태그의 폴 메시지에 대한 응답 메시지를 송신하되,
상기 UWB태그는 상기 폴 메시지의 송신 시간과, 상기 응답 메시지의 수신시간 및 상기 UWB태그의 고유 식별정보인 태그 ID를 포함하는 최종 메시지를 상기 UWB앵커에 전송하고,
상기 관리서버는,
복수의 상기 UWB앵커를 적어도 2개의 세트로 분할하되, 1개의 세트에는 적어도 3개의 상기 UWB앵커가 포함되며,
동일한 세트에 포함된 복수의 상기 UWB앵커는,
하나의 상기 UWB앵커가 활성화되면 다른 상기 UWB앵커들이 비활성화되되, 상기 UWB앵커가 서로 순차적으로 활성화되고,
상기 관리서버는,
동일한 세트에 포함된 복수의 상기 UWB앵커들의 활성화 상태가 순차적으로 변화될 수 있도록 순환되는 순서에 대한 토큰링(Token ring) 데이터를 각 상기 UWB앵커로 전송하되,
동일한 세트 내에서 하나의 상기 UWB앵커가 다른 하나의 상기 UWB앵커로부터 토큰을 수신받으면 기 설정된 응답 메시지의 송신횟수만큼 활성화하고 또 다른 하나의 상기 UWB앵커로 토큰을 전송하며,
동일한 세트에 포함된 복수의 상기 UWB앵커는,
하나의 상기 UWB앵커가 소정시간동안 응답 메시지의 송신횟수가 기 설정된 응답횟수에 미달된 경우, 소정시간이 경과하면 또 다른 하나의 상기 UWB앵커로 토큰을 전송하고,
상기 관리서버는,
상기 UWB앵커와 네트워크로 데이터 통신하는 통신부;
상기 UWB태그의 측위를 산출하는 제어부; 및
데이터를 기록하는 데이터베이스;
를 포함하고,
상기 데이터베이스에는,
각 세트에 포함되는 복수의 상기 UWB앵커에 대한 정보 및, 상기 UWB앵커의 고유 식별정보와 위치정보가 하나의 데이터셋으로 기록되며,
상기 데이터베이스에서는,
복수의 상기 UWB앵커에 대해 상기 세트의 단위로 데이터셋이 분류되어 기록 및 관리되되 분할된 각 세트들이 고유한 세트 정보를 가지며,
상기 제어부는,
복수의 상기 UWB앵커 중, 하나의 세트에 포함된 일 UWB앵커가 다른 하나의 세트에 속하도록 재편성하도록 설정하는 기능 및, 상기 데이터베이스의 각 세트를 생성, 수정 및 삭제하는 기능을 포함하여,
세트의 재편성 이후에 하나의 상기 세트에 포함된 일 UWB앵커에서 수신된 정보는 제외하여 상기 UWB태그의 측위를 산출하는 것을 특징으로 하는 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템.
UWB tag that transmits and receives UWB (Ultra-Wide Band) signals;
A plurality of UWB anchors communicating with the UWB tag using UWB signals; and
A management server connected to the above UWB anchor via a network;
Including,
Three or more of the above UWB anchors sequentially communicate with the above UWB tags to generate mutual distance information data in a TWR (Two Way Range) manner.
The above management server calculates the positioning of the UWB tag based on data frame information received from three or more UWB anchors for a single UWB tag.
The above UWB tag transmits a poll message to the outside via UWB,
Among the plurality of UWB anchors, some of the activated UWB anchors transmit a response message to the poll message of the received UWB tag,
The UWB tag transmits a final message including the transmission time of the poll message, the reception time of the response message, and the tag ID, which is the unique identification information of the UWB tag, to the UWB anchor,
The above management server,
Divide the plurality of above UWB anchors into at least two sets, wherein one set includes at least three of the above UWB anchors,
Multiple UWB anchors included in the same set,
When one of the above UWB anchors is activated, the other above UWB anchors are deactivated, but the above UWB anchors are activated sequentially.
The above management server,
Token ring data for a cyclic order is transmitted to each UWB anchor so that the activation states of multiple UWB anchors included in the same set can be sequentially changed.
When one UWB anchor within the same set receives a token from another UWB anchor, it activates the number of transmissions of the preset response message and transmits the token to another UWB anchor.
Multiple UWB anchors included in the same set,
If the number of times a response message is transmitted by one of the above UWB anchors within a predetermined period of time is less than the preset number of responses, after the predetermined period of time has elapsed, a token is transmitted to another of the above UWB anchors.
The above management server,
A communication unit that communicates data with the above UWB anchor via a network;
A control unit for calculating the position of the UWB tag; and
A database that records data;
Including,
In the above database,
Information about the plurality of UWB anchors included in each set, and unique identification information and location information of the UWB anchors are recorded as one data set.
In the above database,
For the plurality of UWB anchors, the dataset is classified and recorded and managed in units of the above sets, and each divided set has unique set information.
The above control unit,
A function for reorganizing a UWB anchor included in one set among a plurality of said UWB anchors to belong to another set, and a function for creating, modifying and deleting each set of said database,
A TWR multi-tag positioning system using UWB, characterized in that the positioning of the UWB tag is calculated by excluding information received from one UWB anchor included in one of the sets after the reorganization of the sets.
상기 데이터 프레임은,
적어도 하나의 바이트(byte)로 이루어진,
상기 UWB앵커의 고유 식별정보인 앵커 ID, 상기 UWB태그의 고유 식별정보인 태그 ID 및, 상기 거리 정보 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템.
In the first paragraph,
The above data frame is,
Consisting of at least one byte,
A TWR multi-tag positioning system using UWB, characterized in that it includes an anchor ID, which is unique identification information of the UWB anchor, a tag ID, which is unique identification information of the UWB tag, and the distance information data.
상기 UWB태그의 고유 식별정보는 시리얼 정보를 포함하고,
상기 UWB태그가 복수로 이루어져 서로 다른 시리얼 정보를 가지는 것을 특징으로 하는 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템.
In the third paragraph,
The unique identification information of the above UWB tag includes serial information,
A TWR multi-tag positioning system using UWB, characterized in that the above UWB tags are composed of multiple tags and have different serial information.
상기 관리서버는,
단일의 상기 UWB태그에 대하여,
동일한 세트에 포함된 3개 이상의 상기 UWB앵커에서 측정된 거리 정보 데이터가 누적되면,
3개 이상의 상기 거리 정보 데이터와 상기 UWB앵커의 위치를 기반으로 상기 UWB태그의 측위를 산출하는 것을 특징으로 하는 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템.
In the first paragraph,
The above management server,
For a single UWB tag,
When distance information data measured from three or more of the above UWB anchors included in the same set is accumulated,
A TWR multi-tag positioning system using UWB, characterized in that the positioning of the UWB tag is calculated based on three or more pieces of distance information data and the position of the UWB anchor.
상기 관리서버는,
사용자단말에서 가시화되는 정보를 제공하는 모니터링부;
를 더 포함하고,
상기 모니터링부는,
가시화되는 맵 데이터에서 상기 UWB태그의 측위가 표시되도록 제공하는 것을 특징으로 하는 UWB를 이용한 TWR 다중 태그 측위 시스템.In paragraph 8,
The above management server,
A monitoring unit that provides information visualized on the user terminal;
Including more,
The above monitoring unit,
A TWR multi-tag positioning system using UWB, characterized in that the positioning of the UWB tag is displayed in the visualized map data.
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