KR100946774B1 - Signal Strength Prediction Method for WLAN-based Positioning - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 무선랜 기반의 측위에 있어서 경로손실 예측을 이용하여 수신신호 세기를 예측하는 방법에 있어서, 실내 공간 내의 액세스포인트(AP)의 위치값, 참조포인트(RP)의 위치값, 경로손실 예측 대상인 예측포인트(PP)의 위치값을 각각 이용하여, 액세스포인트(AP)와 참조포인트(RP) 간의 거리 및 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 간의 거리를 각각 산출하고, 액세스포인트(AP)와 참조포인트(RP) 사이의 경로손실 및 산출된 거리를 이용하여 수학식 1과 같이 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실을 예측하는, 무선랜 기반 측위를 위한 신호 세기 예측 방법이 제공된다.According to the present invention, in a method for estimating received signal strength using path loss prediction in WLAN-based positioning, a location value of an access point (AP), a location value of a reference point (RP), and a path in an indoor space The distance between the access point AP and the reference point RP and the distance between the access point AP and the prediction point PP are calculated using the position values of the prediction point PP, which is the loss prediction target, respectively. Using the path loss and the calculated distance between the (AP) and the reference point (RP) for predicting the path loss between the access point (AP) and the prediction point (PP), as shown in Equation 1 A signal strength prediction method is provided.
개시된 무선랜 기반 측위를 위한 신호 세기 예측 방법에 따르면, 실제 전파 환경의 신호 세기를 활용하여 수신신호 세기를 예측하므로 더욱 향상된 수신신호 세기 예측값을 제공할 수 있으며, 다수의 참조포인트로부터 수신된 측정값을 수신신호 세기 예측 모델에 적용함으로써 전파 환경에 크게 구애받지 않으며 정확하고 신속한 신호세기 예측값을 제공하며, 데이터 베이스 구축에 소모되는 시간을 줄이고 연산의 복잡도가 낮으며 무선랜 기반의 위치 측위 성능을 향상시킬 수 있다.According to the disclosed signal strength prediction method for WLAN-based positioning, since the received signal strength is predicted using the signal strength of the actual propagation environment, the received signal strength prediction value can be improved, and measured values received from a plurality of reference points. Is applied to the received signal strength prediction model, provides accurate and fast signal strength prediction value regardless of the propagation environment, reduces the time required for database construction, low computational complexity, and improves WLAN-based location performance. You can.
무선랜, 측위, 액세스포인트, 참조포인트, 데이터베이스 WLAN, positioning, access point, reference point, database
Description
본 발명은 무선랜 기반 측위를 위한 신호 세기 예측 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내 환경의 무선랜 기반 측위에 있어서 무선신호 세기를 수학적으로 모델링된 방식을 사용하여 예측할 수 있는 무선랜 기반 측위를 위한 신호 세기 예측 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a signal strength prediction method for WLAN-based positioning, and more particularly, to a WLAN-based positioning for predicting wireless signal strength using a mathematically modeled method in a WLAN-based positioning in an indoor environment. It relates to a signal strength prediction method.
이동통신 기술의 발달과 더불어 다양한 통신망에서 이동단말의 위치를 측위하는 기술이 활발하게 연구되고 있다. 1996년 6월, 미국의 FCC(Federal Communication Commission)는 모든 무선망 서비스 사업자에게 응급 상황을 대비하여 위치 정보를 소방서, 경찰서와 같은 공공기관에 제공하도록 요구하였다. 또는, 2001년까지 모든 911 호(call)의 약 67%가 오차범위 100m 이내로 단말기의 위치정보를 부여하도록 규정하였다.With the development of mobile communication technology, technologies for positioning mobile terminals in various communication networks have been actively studied. In June 1996, the Federal Communications Commission (FCC) in the United States required all wireless network service providers to provide location information to public agencies such as fire and police stations in case of an emergency. Or, by 2001, about 67% of all 911 calls were provided with the terminal's location information within an error range of 100m.
최근 우리나라도 위치 기반 서비스에 대한 수요가 증가함에 따라 보다 정확한 위치를 찾기 위한 기술의 필요성이 대두되고 있다. Recently, as the demand for location-based services increases in Korea, the necessity of technology for finding a more accurate location is emerging.
현재 제공되는 위치기반서비스는 GPS 위성 및 이동통신망기반의 위치 측위 방식이 주를 이루고 있다. 그러나 GPS 기반의 위치 측위 시스템은 실내 및 건물 밀접지역에서 수신율이 저하되며, 이동통신망 기반의 위치 측위 시스템은 수백 m의 오차를 가지기 때문에 긴급구조 및 재난 서비스 등에 사용하기에는 오차 범위가 매우 큰 단점이 있다.Currently, location-based services are mainly based on GPS satellites and mobile communication network. However, the GPS-based positioning system has a low reception rate in indoor and building close areas, and the mobile communication network-based positioning system has an error of several hundred meters, so the error range is very large for use in emergency rescue and disaster services. .
이를 해결하기 위해 현재 실내 환경에서 무선랜 기반의 위치 측위 기술이 주목 받고 있다. In order to solve this problem, wireless LAN-based location positioning technology is drawing attention in the indoor environment.
무선랜 기반의 측위 기술은 실내 전파 환경의 불완전성에 기인하여, 확률론적 모델링(핑거프린팅 방식;Finger printing 방식) 기반의 위치 측위 방식을 보편적으로 사용한다. 그러나 확률론적 모델링은 위치 측위를 수행하기에 앞서 반드시 실내 환경의 전파 특성을 데이터베이스로 구축하여야 하며, 벽/문/가구 등과 같은 환경 변화가 발생할 때마다 데이터베이스의 변화가 심각하게 발생하기 때문에 많은 시간과 인력을 이용하여 데이터베이스를 구축해야 하는 문제점을 가진다.Due to the imperfection of the indoor propagation environment, the WLAN-based positioning technology generally uses a location positioning method based on probabilistic modeling (Finger printing method). However, probabilistic modeling must establish the propagation characteristics of the indoor environment as a database before performing the positioning, and the database changes seriously whenever an environmental change such as a wall / door / furniture occurs. There is a problem of building a database using manpower.
기존의 신호 세기 예측 모델을 살펴보면 다음과 같다.The existing signal strength prediction model is as follows.
전자파는 송신 안테나를 떠나서 수신 안테나에 도달하기까지 실내 전파 환경에서 벽/문/가구 등과 같이 다양한 종류의 건물 재료와 구조물들에 의해 반사, 회절, 산란 등의 영향을 받아 매우 복잡한 경로를 거치게 되고 이에 따라 수신 전파는 복잡한 비선형적인 특성을 갖는다. Electromagnetic waves are subjected to very complicated paths by the reflection, diffraction and scattering of various kinds of building materials and structures such as walls / doors / furnitures etc. in the indoor radio environment from the transmitting antenna to the receiving antenna. Therefore, received radio waves have complex nonlinear characteristics.
이러한 복잡한 환경하에 수신되는 신호를 예측하기 위해 기존의 제안된 신호 세기 예측 알고리즘은 크게 전자기파의 물리적 원리에 의한 Deterministic 모델과 통계적 데이터를 기반으로 한 Empirical 모델이 있다.In order to predict the received signal under such a complicated environment, the existing proposed signal strength prediction algorithm is largely based on the deterministic model based on the physical principle of electromagnetic waves and the empirical model based on statistical data.
Ray Tracing 기법은 Deterministic 모델의 대표적인 알고리즘이다. 송수신단간의 전파 경로에서 각각의 광선(Ray)은 굴절, 회절, 산란 등의 여러 전파 현상을 나타내게 되는데 이 기법은 송신점에서 방사되는 전파를 광선으로 가정하여 그 광선이 전파 환경에 전파 도중 산란체에서 기하학적으로 반사, 투과 및 회절을 반복하며 수신점에 도달하는 과정을 모델링하여 반사계수 및 투과계수를 구한 후, 모델링 과정을 통하여 산출된 계수들에 근거하여 전파해 가는 광선을 추적(trace)하고, 추적된 광선들이 각 수신점에서 수신되는 신호의 세기를 예측하는 방법이다.Ray tracing is a representative algorithm of the deterministic model. In the propagation path between the transmitter and the receiver, each ray exhibits various propagation phenomena such as refraction, diffraction, and scattering. This technique assumes the radio wave radiated from the transmission point as a ray, and the ray scatters during propagation to the radio wave environment. In the model, the reflection, transmission and diffraction coefficients are modeled by repeating the reflection, transmission, and diffraction geometrically, and the ray propagates based on the coefficients calculated through the modeling process. In this way, the traced rays predict the strength of the signal received at each receiving point.
이러한 Ray tracing 기법은 전파 특성에 근거한 다양한 변수들을 사용하여 신호 세기를 예측하기 때문에 예측된 신호 세기가 정확한 특성을 가지고 있다. 그러나 전파 환경에서 전파가 기하학적으로 변화하는 과정을 모델링해야 하기 때문에 신호 세기를 예측하는 데 걸리는 시간이 길다.Since the ray tracing technique uses various variables based on propagation characteristics to predict signal strength, the predicted signal strength has accurate characteristics. However, the time required to estimate signal strength is long because of the geometric change in propagation in the propagation environment.
한편, Empirical 모델 중 One-Slope 모델(OSM)은 건물 내부 배치에 관한 세부적인 정보 없이 송수신기 사이의 거리만을 이용하여 평균 신호 레벨을 계산하는 가장 손쉬운 모델이다. 이때, 경로 손실은 송신기와 수신기 사이의 거리 함수로 표현할 수 있는데 이는 아래의 수학식 a와 같다.On the other hand, the one-slope model (OSM) of the empirical model is the easiest model to calculate the average signal level using only the distance between the transceivers without detailed information on the layout of the building. In this case, the path loss may be expressed as a distance function between the transmitter and the receiver, which is expressed by Equation a below.
[수학식 a]Equation a
여기서, 는 One-Slope 모델을 사용하였을 경우 송신기와 수신기 사이의 경로손실, 는 송신기로부터 떨어진 기준거리(일반적으로 기준거리는 1m), 는 기준거리에서의 기준 경로손실(Reference path loss), 은 경로손실계수(Path loss exponent), 는 송신기와 수신기 사이의 거리이다. 물론 와 은 통신 환경에 따라 각각 다르게 주어진다. here, In case of using One-Slope model, path loss between transmitter and receiver is Is the reference distance away from the transmitter (usually 1m). Is the reference path loss at the reference distance, Is the path loss exponent, Is the distance between the transmitter and the receiver. sure Wow Is given differently depending on the communication environment.
송신기의 송출전력으로부터 상기 구하여진 경로손실()을 가산한다면, 수신기에 수신된 수신신호 세기를 예측할 수 있으며, 이러한 One-Slope 모델은 기준거리, 송수신기 사이의 거리와 같은 거리 요소가 주요 변수를 차지한다.The path loss obtained from the transmitting power of the transmitter ( ), The received signal strength received by the receiver can be estimated. In this one-slope model, distance factors such as the reference distance and the distance between the transceivers occupy the main variables.
즉, One-Slope 모델은 신호 세기를 예측하기 위해 고려해야 하는 변수의 수가 적기 때문에 비교적 간단하게 신호 세기를 예측할 수 있다. 그러나 전파 환경의 특성을 정확하게 고려하지 않기 때문에 비교적 정확한 신호 세기 추정이 어렵다.That is, the One-Slope model has a relatively small number of variables to consider in order to predict the signal strength, so that the signal strength can be predicted relatively simply. However, since the characteristics of the propagation environment are not accurately considered, it is difficult to accurately estimate the signal strength.
또 다른 모델로서 Cost 231 Multi-Wall 모델(MWM)이 존재한다.Another model is the Cost 231 Multi-Wall Model (MWM).
Multi-Wall 모델은 자유 공간 손실에 벽과 층을 투과하며 발생한 손실들을 추가적으로 고려하여 신호 세기를 예측하는 모델로서 수학식 b와 같이 정의될 수 있다.Multi-Wall model is a model that predicts the signal strength in consideration of the losses caused by passing through the walls and layers in addition to the free space loss can be defined as Equation b.
[수학식 b][Equation b]
(여기서, 이고, 이다.)(here, ego, to be.)
이때, 는 Multi-Wall 모델을 사용하였을 경우 송신기와 수신기 사이 의 경로손실, 는 송신기로부터 거리가 1m일 때의 자유 공간 경로손실, 는 벽을 투과하며 발생한 신호의 경로손실, 는 건물의 층을 투과하며 발생한 신호의 경로손실이다.At this time, In case of using Multi-Wall model, path loss between transmitter and receiver, Is the free space path loss when the distance from the transmitter is 1m, Is the path loss of the signal Is the path loss of the signal that passes through the building floor.
또한, 는 각기 다른 재질의 벽 투과 손실 지수를 나타내며, 는 i라는 종류의 벽의 개수, 는 층간 전송 손실 지수이며, 는 신호 전송시 투과하는 층의 수이다.Also, Represents the wall penetration loss index of different materials, Is the number of walls of type i, Is the interlayer transmission loss index, Is the number of layers that transmit during signal transmission.
이러한 Multi-Wall 모델(MWM)의 경우, 경로손실 예측시 One-Slope 모델(OSM)에 비하여 다양한 변수들을 고려하기 때문에 비교적 정확한 신호 세기 예측이 가능하다. 그러나 신호 세기를 예측하기 위해 실내 구조를 정확하게 파악해야 하므로, 신호 세기를 예측하는 것이 쉽지 않은 단점이 있다.In the case of the Multi-Wall model (MWM), a relatively accurate signal strength prediction is possible because various variables are considered in the path loss prediction compared to the One-Slope model (OSM). However, since it is necessary to accurately grasp the indoor structure in order to predict the signal strength, it is difficult to predict the signal strength.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 측위 대상 지역에서 추출된 신호 세기를 활용하여 경로손실을 예측하여 신호 세기 예측시 실제 전파환경 측정을 위한 시간과 노력을 줄임은 물론이며 예측의 복잡도를 개선할 수 있는 무선랜 기반 측위를 위한 신호 세기 예측 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention was created in order to solve the above-mentioned problems, by using the signal strength extracted from the positioning target region to predict the path loss to reduce the time and effort for measuring the actual propagation environment when predicting the signal strength. An object of the present invention is to provide a signal strength prediction method for WLAN-based positioning that can improve complexity.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선랜 기반 측위를 위한 신호 세기 예측 방법은, 무선랜 기반의 측위에 있어서 경로손실 예측을 이용하여 수신신호 세기를 예측하는 방법에 있어서, 실내 공간 내의 액세스포인트(AP)의 위치값, 참조포인트(RP)의 위치값, 경로손실 예측 대상인 예측포인트(PP)의 위치값을 각각 이용하여, 액세스포인트(AP)와 참조포인트(RP) 간의 거리 및 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 간의 거리를 각각 산출하고, 상기 액세스포인트(AP)와 참조포인트(RP) 사이의 경로손실 및 상기 산출된 거리를 이용하여 수학식 1과 같이 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실을 예측한다.Signal strength prediction method for WLAN-based positioning of the present invention for achieving the above object, in a method for predicting the received signal strength using the path loss prediction in the WLAN-based positioning, access in the indoor space The distance between the access point AP and the reference point RP using the position value of the point AP, the position value of the reference point RP, and the position value of the prediction point PP as a path loss prediction target, respectively Computing the distance between the AP and the prediction point PP, and using the path loss and the calculated distance between the access point (AP) and the reference point (RP), as shown in
[수학식 1][Equation 1]
(P1_est: AP와 PP 사이의 경로손실, P1_1: AP와 RP 사이의 경로손실, d1_P: AP와 PP 사이의 거리, d1 _1: AP와 RP사이의 거리, n: AP와 PP 사이의 경로손실계수)(P 1_est : path loss between AP and PP, P 1_1 : path loss between AP and RP, d 1_P : distance between AP and PP, d 1 _1 : distance between AP and RP, n: between AP and PP Path loss coefficient of
또한, 상기 참조포인트(RP)의 개수가 다수 개인 경우, 각각의 참조포인트(RP)를 통해 연산된 경로손실의 평균을 이용하여 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실을 예측하며, 수학식 1은 수학식 2로 재정의될 수 있다.In addition, when the number of reference points RP is large, the path loss between the AP and the prediction point PP is estimated using the average of the path loss calculated through each reference point RP.
[수학식 2][Equation 2]
(N: RP의 개수, P1 _j: AP와 j번째 RP 사이의 경로손실, d1 _j: AP와 j번째 RP 사이의 거리) (N: number of RP, P 1 _j : path loss between AP and j th RP, d 1 _j : distance between AP and j th RP)
그리고, 상기 참조포인트(RP) 및 액세스포인트(AP)의 개수가 다수 개인 경우, 이때 i번째 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실은 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.When the number of the reference point RP and the access point AP is large, the path loss between the i th access point AP and the prediction point PP may be defined as
[수학식 3][Equation 3]
(Pi _ est: i번째 AP와 PP 사이의 경로손실, Pi _j: i번째 AP와 j번째 RP 사이의 경로손실, di _j: i번째 AP와 j번째 RP 사이의 거리, di _P: i번째 AP와 PP 사이의 거 리)(P i _ est : path loss between i th AP and PP, P i _j : path loss between i th AP and j th RP, d i _ j: distance between i th AP and j th RP, d i _P is the distance between the i th AP and the PP)
한편, 본 발명은 상기 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실을 예측하기 이전에, 상기 액세스포인트(AP)의 위치값, 상기 참조포인트(RP)의 위치값, 상기 액세스포인트(AP)에서 전송되어 상기 참조포인트(RP)에 수신된 신호에 대한 수신신호 세기, 상기 액세스포인트(AP)에서 전송된 송신전력과 상기 참조포인트(RP)의 수신신호 세기를 이용하여 연산되는 액세스포인트(AP)와 참조포인트(RP) 사이의 경로손실을 상기 실내 공간 내에서 미리 측정하여 데이터베이스로 구축하는 단계를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the present invention, before predicting the path loss between the access point (AP) and the prediction point (PP), the position value of the access point (AP), the position value of the reference point (RP), the access point An access computed using a received signal strength for a signal transmitted from the AP and received at the reference point RP, a transmit power transmitted from the access point AP, and a received signal strength of the reference point RP The method may further include measuring a path loss between the point AP and the reference point RP in the indoor space and constructing it into a database.
또한, 본 발명은 상기 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실을 예측하기 이전에, 상기 실내 공간을 일정 범위로 나눈 다수 개의 기준포인트 상에서 상기 액세스포인트(AP)로부터 전송된 신호에 대한 수신신호 세기를 미리 측정하여, 측정된 수신신호 세기를 각 기준포인트의 위치값과 함께 데이터베이스로 구축하는 단계; 및 상기 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실을 예측한 이후, 상기 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실 값을 통해 연산되는 예측포인트(PP)의 수신신호 세기를 상기 데이터베이스 내의 수신신호 세기와 비교하여 가장 유사한 수신신호 세기를 나타내는 기준포인트의 위치값을 상기 예측포인트(PP)의 측위 결과로 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention is a signal transmitted from the access point (AP) on a plurality of reference points by dividing the indoor space by a predetermined range before predicting the path loss between the access point (AP) and the prediction point (PP) Measuring the received signal strength with respect to the data, and constructing the measured received signal strength with a position value of each reference point in a database; And after predicting a path loss between the access point AP and the prediction point PP, receiving the prediction point PP calculated through a path loss value between the access point AP and the prediction point PP. The method may further include comparing a signal strength with a received signal strength in the database and providing a position value of a reference point indicating the most similar received signal strength as a positioning result of the prediction point PP.
본 발명에 따른 무선랜 기반 측위를 위한 신호 세기 예측 방법에 따르면, 실제 전파 환경의 신호 세기를 활용하여 수신신호 세기를 예측하므로 종래에 비하여 향상된 수신신호 세기 예측값을 제공할 수 있다.According to the signal strength prediction method for WLAN-based positioning according to the present invention, since the received signal strength is predicted using the signal strength of the actual propagation environment, the received signal strength prediction value can be improved.
또한, 본 발명에 따르면, 다수의 참조포인트로부터 수신된 측정값을 수신신호 세기 예측 모델에 적용함으로써 전파 환경에 크게 구애받지 않으며 정확하고 신속한 신호세기 예측값을 제공하며, 데이터 베이스 구축에 소모되는 시간을 줄이고 연산의 복잡도가 낮으며 무선랜 기반의 위치 측위 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, by applying the measured values received from a plurality of reference points to the received signal strength prediction model provides accurate and fast signal strength prediction value, regardless of the propagation environment, and the time required to build a database It can reduce the complexity of the calculation and improve the WLAN-based positioning performance.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 1은 확률적 모델링을 이용한 단말기 추정시 데이터베이스 구축을 위한 측정포인트 배치의 예시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선랜 기반 측위를 위한 신호 세기 예측 방법에서 RP의 수가 1개 또는 2개인 경우의 예시도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신호 예측 방법의 다른 실시예에 따른 AP 및 RP의 예시도, 도 4 및 도 5는 본 발명의 신호 예측 방법을 이용한 성능 테스트환경의 일 실시예 및 다른 실시예의 구성도이다.1 is a diagram illustrating an arrangement of measurement points for constructing a database when estimating a terminal using probabilistic modeling. 3 is an exemplary diagram of an AP and an RP according to another embodiment of a signal prediction method according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are diagrams of a performance test environment using the signal prediction method according to the present invention. It is a block diagram of one embodiment and another embodiment.
본 발명은 무선랜 기반의 측위에 있어서 경로손실 예측을 이용하여 수신신호 세기를 예측하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting received signal strength using path loss prediction in WLAN based positioning.
현재 가장 많이 사용되는 확률적 모델링을 이용한 단말기 위치 추정 방식은 도 1과 같이 위치 추정을 수행하기 위하여 반드시 데이터베이스를 구축해야 한다.In the terminal location estimation method using probabilistic modeling which is currently used most, a database must be constructed to perform location estimation as shown in FIG. 1.
일반적인 데이터베이스 구축은, 도 1과 같이 측위 대상이 되는 실내 공간을 일정한 범위로 나눈 후, 신호 세기를 측정해야 하는 포인트(P: Point)를 설정한다. 사용자 설정에 의하여 고정된 포인트(P)에 단말기를 배치하여 각각의 액세스 포인트(AP: Access Point)로부터 단말기에 수신되는 신호세기를 측정하고, 포인트(P)의 위치 좌표와 함께 상기 수신된 신호세기를 데이터베이스로 저장한다.In general database construction, as shown in FIG. 1, the indoor space to be positioned is divided into a predetermined range, and then a point (P) for measuring signal strength is set. By arranging the terminal at a fixed point P according to user setting, the terminal measures the signal strength received from the access point (AP) from each access point (AP), and together with the position coordinates of the point P, the received signal strength Save as a database.
그러나 이와 같은 방식은, 데이터베이스 구축을 위해 소모되는 시간이 오래 걸리며, 전파환경의 불안정성 때문에 측정값의 정확도를 향상시키기 위해서는 동일한 포인트(P)에서 '여러 번'의 측정(calibration)이 요구되고, 측정환경이 변화할 때마다 새로운 데이터베이스를 구축해야 한다. 또한, 데이터베이스를 구축한 후 단말기가 위치를 요청할 때, 측위서버는 단말기에 측정된 데이터와 데이터베이스를 비교하여 가장 적합한 위치값을 제공한다. However, this method takes a long time to build a database, and requires several times of calibration at the same point P to improve the accuracy of the measured values due to the instability of the radio environment. Whenever your environment changes, you need to build a new database. In addition, when the terminal requests a location after establishing a database, the positioning server compares the measured data with the database and provides the most suitable location value.
여기서, 무선랜 기반의 위치 측위 시스템의 성능을 향상시키기 위해서는 데이터베이스 구축 시간에 소모되는 시간을 줄이며, 실제 측정값에 가까운 데이터베이스를 구축하여야 한다. 이에 본 발명에서는 무선랜 기반의 실내 측위 시스템을 위한 신호 세기 예측 알고리즘을 제안하고자 한다.Here, in order to improve the performance of the WLAN-based positioning system, it is necessary to reduce the time required for the database construction time and to build a database close to the actual measurement value. Accordingly, the present invention proposes a signal strength prediction algorithm for a wireless LAN-based indoor positioning system.
앞서 배경기술 부분에 소개한 바와 같이, 기존에 제안된 신호 세기 예측 알고리즘은 복잡한 모델링 과정과 낮은 정확도를 가진다. 따라서 본 논문에서는 신호 세기 예측 시 결정론적 모델이 가지는 복잡도를 개선하고 실제 전파 환경 측정을 위한 시간과 노력을 필요로 하는 경험론적 모델의 단점을 개선하는 새로운 신호 세기 예측 알고리즘을 제안하고자 한다.As introduced in the background section above, the proposed signal strength prediction algorithm has a complex modeling process and low accuracy. In this paper, we propose a new signal strength prediction algorithm that improves the complexity of the deterministic model in signal strength prediction and improves the shortcomings of empirical models that require time and effort to measure the actual propagation environment.
제안하는 본 발명의 예측 방법은 건물 내부의 세부 정보 없이 사용 가능한 One-Slope 모델(OSM)을 활용하여, 경로손실을 계산하는 과정에서 기준거리()와 기준 노드에서의 손실값() 대신 실제 환경에서 측정된 기준노드의 전파 특성값을 사용하는 방법이다. 또한, 기존의 Deterministic 모델은 측위 대상 위치와는 상관없는 다른 환경에서 측정된 값들을 이용하여 만들어진 수학적 모델링인데 반해, 본 발명은 실제 측위 대상지역에서 추출된 신호 세기를 활용함으로써 대상 지역의 전파 특성을 포함하게 된다.The proposed prediction method of the present invention utilizes a One-Slope Model (OSM) that can be used without detailed information inside a building, and calculates a reference distance in the process of calculating path loss. ) And the loss value at the reference node ( Instead, the propagation characteristic value of the reference node measured in the actual environment is used. In addition, the conventional deterministic model is a mathematical modeling made using values measured in other environments irrespective of the positioning target position, whereas the present invention utilizes the signal strength extracted from the actual positioning target region to improve the propagation characteristics of the target region. It will be included.
본 발명은 도 2와 같이 측위 대상이 되는 실내 공간 내의 액세스포인트(AP;Access Point)의 위치값과 몇 개의 측정된 참조포인트(RP;Reference Point)의 위치값과, 상기 액세스포인트(AP)에서 상기 참조포인트(RP) 측으로 도달하는 수신신호 세기를 이용하여, 측위 대상 포인트(PP;Predict Point)의 신호 세기를 예측한다. In the present invention, as shown in FIG. 2, a position value of an access point (AP) and a number of measured reference points (RP) in an indoor space to be positioned, and at the access point AP, The signal strength of the positioning target point (PP) is predicted using the received signal strength reaching the reference point RP side.
측정해야 하는 지역에서 i번째 액세스포인트(AP)의 위치를 , j번째 참조포인트(RP)의 위치를 , 신호를 예측할 대상인 예측포인트(PP)의 위치를 라고 가정한다. 여기서, 상기 AP, RP 및 P는 고정된 위치로 정의되어 있다.Locate the i th access point (AP) in the area , the position of the j reference point (RP) , The location of the prediction point (PP) Assume that Here, the AP, RP and P is defined as a fixed position.
먼저, 그림 2(a)와 같이 참조포인트(RP)의 수가 1개인 경우를 살펴보면, 예측포인트(PP)의 경로손실 예측을 위해, 그 위치값이 미리 정해진 액세스포인트(AP;AP1)와 참조포인트(RP;RP1)를 이용하여 액세스포인트(AP:AP1)와 참조포인트(RP;RP1) 간의 거리를 아래의 수학식 1a와 같이 연산한다.First, referring to the case where the number of reference points RP is one as shown in FIG. 2 (a), in order to predict the path loss of the prediction point PP, the position value of the access point AP1 and the reference point AP are predetermined. Using (RP; RP1), the distance between the access point (AP: AP1) and the reference point (RP; RP1) is calculated as in Equation 1a below.
[수학식 1a]Equation 1a
이와 동일한 원리로, 액세스포인트(AP;AP1)와 예측포인트(PP) 간의 거리는 아래의 수학식 1b와 같다.In the same principle, the distance between the access point AP1 and the prediction point PP is expressed by Equation 1b below.
[수학식 1b][Equation 1b]
한편, 이러한 수학식 1a, 수학식 1b, 그리고 액세스포인트(AP;AP1)와 참조포인트(RP;RP1) 사이의 경로손실() 값을 이용하여, 액세스포인트(AP;AP1)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실()을 예측할 수 있으며 이는 다음의 수학식 1c와 같다. Meanwhile, Equations 1a, 1b, and the path loss between the access point AP1 and the reference point RP1RP1 ), The path loss between the access point AP1 and the prediction point PP ) Can be predicted as shown in Equation 1c below.
[수학식 1c]Equation 1c
즉, P1 _ est는 AP와 PP 사이의 경로손실(dB), P1 _1은 AP와 RP 사이의 경로손실(dB), d1 _P는 AP와 PP 사이의 거리(m), d1 _1은 AP와 RP사이의 거리(m), n은 AP와 PP 사이의 경로손실계수를 의미한다.That is, P 1 _ est is the path loss (dB) between AP and PP, P 1 _1 is the path loss (dB) between AP and RP, d 1 _P is the distance (m) between AP and PP, d 1 _1 Is the distance (m) between AP and RP, and n is the path loss coefficient between AP and PP.
제안하는 본 발명은 One-Slope 모델(OSM)과 마찬가지로 측정 환경에 의해 결정되는 경로손실계수는 기본적으로 정해져 있지만, 기준경로 손실 값은 기존 모델과 다르게 측정환경에 따라 다르게 결정된다. 도 2의 (a)와 같이 단지 한 개의 참조포인트(RP;RP1)만을 사용하여 경로 손실을 예측할 때, 액세스포인트(AP)로부터 상기 참조포인트(RP;RP1)에 수신된 신호가 좋지 않은 전파환경을 경험한다면 참조포인트(RP;RP1)에 수신된 신호는 심각한 손상을 입게 된다. Like the one-slope model (OSM), the proposed invention has a path loss coefficient determined by the measurement environment, but the reference path loss value is determined differently according to the measurement environment. When estimating path loss using only one reference point (RP) RP1 as shown in FIG. 2A, a signal received from the access point (AP) to the reference point (RP) RP1 is poor Experience a severe damage to the signal received at the reference point (RP).
따라서, 단순히 한 가지의 참조포인트(RP;RP1)만을 사용하여 전체 예측포인트(PP)들의 신호를 예상하는 것은, 전파환경에 기인하여 불안정한 신호 예측 값(경로손실값, 수신신호 세기 값을 포괄하는 개념)을 제공한다.Therefore, simply predicting the signals of all the prediction points PP using only one reference point RP1 may include unstable signal prediction values (path loss value and received signal strength value) due to the propagation environment. Concept).
이러한 불안정한 신호 예측 값을 보상하기 위하여, 도 2의 (b)와 같이 다수의 참조포인트(RP; 예를 들어 RP1, RP2)를 사용하여 신호 세기를 예상할 수 있다.In order to compensate for this unstable signal prediction value, as shown in FIG. 2B, a plurality of reference points RP (for example, RP1 and RP2) may be used to estimate signal strength.
따라서, 도 2(b)에서 두 가지의 RP를 통해 얻어진 경로손실 값의 평균을 통해 수학식 2a와 같이 예측포인트(PP)의 경로손실을 예측할 수 있다.Therefore, the path loss of the prediction point PP can be predicted as shown in Equation 2a through the average of the path loss values obtained through the two RPs in FIG. 2 (b).
[수학식 2a]Equation 2a
즉, 본 발명에 따르면, 참조포인트(RP)의 개수가 다수 개이고, 이러한 다수 개의 각각의 참조포인트(RP; RP1, RP2, ... , RPj)를 통해 연산된 경로손실의 평균을 이용하여 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실을 예측할 수 있으며, 이에 따라 수학식 2a는 수학식 2b로 재정의될 수 있다.That is, according to the present invention, the number of reference points (RP) is a plurality, and access using the average of the path loss calculated through each of the plurality of reference points (RP; RP1, RP2, ..., RPj) The path loss between the point AP and the prediction point PP may be predicted, and accordingly, Equation 2a may be redefined by Equation 2b.
[수학식 2b][Equation 2b]
여기서, N: RP의 개수, P1 _j는 AP와 j번째 RP 사이의 경로손실(dB), d1 _j는 AP와 j번째 RP 사이의 거리(m)이다.Here, N: the number of RP, P 1 _ j is the path loss (dB) between the AP and j-th RP, d 1 _ j is the distance (m) between the AP and j-th RP.
한편, 이외에도 도 3과 같이, 참조포인트(RP) 및 액세스포인트(AP)의 개수가 다수 개인 경우, i번째 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실은 수학식 3a과 같이 정의될 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 3, when the number of the reference point (RP) and the access point (AP) is a large number, the path loss between the i th access point (AP) and the prediction point (PP) is defined as in Equation 3a Can be.
[수학식 3][Equation 3]
여기서, Pi _ est는 i번째 AP와 PP 사이의 경로손실(dB), Pi _j는 i번째 AP와 j번째 RP 사이의 경로손실, di _j는 i번째 AP와 j번째 RP 사이의 거리(m), di _P는 i번째 AP와 PP 사이의 거리(m)이다.Here, P i _ est is the distance between the i-th AP and the path loss (dB) between PP, P i _j is a path loss between the i-th AP and the j-th RP, d i _j is the i-th AP and the j-th RP (m), d i _ P is the distance m between the i th AP and the PP.
이상과 같이, 여러 액세스포인트(AP)를 이용하는 경우, 각각의 액세스포인 트(AP) 별로 연산된 경로손실 값을 이용하여 보다 정확한 경로손실의 연산이 가능할 수 있다. 예를 들면 각 액세스포인트(AP) 별로 연산된 경로손실의 평균을 이용하여 최종 경로손실을 연산하여 보다 정확한 측위 결과를 제공할 수 있다.As described above, when using multiple access points (APs), it is possible to more accurately calculate the path loss by using the path loss value calculated for each access point (AP). For example, the final path loss may be calculated using an average of path losses calculated for each access point to provide more accurate positioning results.
본 발명은 실내 이동단말의 위치를 측위하는 기술로서 무선랜 기반 측위 시스템 상에서 신호세기 예측모델을 제시하는 알고리즘이며, 이상과 같은 예측포인트(PP)는 실내 공간 내의 측위하고자 하는 이동성 단말기의 위치와 상통한다.The present invention is an algorithm for positioning a location of an indoor mobile terminal, and an algorithm for presenting a signal strength prediction model on a WLAN-based positioning system. The prediction point (PP) described above is in communication with the location of a mobile terminal to be positioned in an indoor space. do.
한편, 수학식 1c에서 액세스포인트(AP;AP1)와 참조포인트(RP;RP1) 사이의 경로손실()은, 예측포인트(PP)의 경로손실() 연산 이전에 미리 측정된 값으로서, 후술하겠지만 데이터베이스로 기 구축된 데이터에 해당된다.Meanwhile, the path loss between the access point AP1 and the reference point RP1RP1 in Equation 1c ) Is the path loss of the predicted point (PP) This value is measured in advance before the operation, and corresponds to data that has been previously constructed in a database, as will be described later.
더 상세하게는, 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실()을 예측하기 이전에, 별도로 데이터베이스 구축 단계를 거칠 수 있다. More specifically, the path loss between the access point AP and the prediction point PP ), You can go through the database construction step separately.
이러한 데이터베이스 구축 단계란, '액세스포인트(AP)의 위치값'(), '참조포인트(RP)의 위치값'(), '상기 액세스포인트(AP)에서 전송되어 참조포인트(RP)에 수신된 신호에 대한 수신신호 세기', 액세스포인트(AP)에서 전송된 송신전력과 참조포인트(RP)의 수신신호 세기를 이용하여 연산되는 '액세스포인트(AP)와 참조포인트(RP) 사이의 경로손실()'을 실내 공간상에서 미리 측정하여 데이터베이스화하는 단계이다.This database construction step means the location value of the access point (AP). ), 'Position value of reference point (RP)' ( ), 'Received signal strength of the signal transmitted from the access point (AP) received at the reference point (RP)', using the transmit power transmitted from the access point (AP) and the received signal strength of the reference point (RP) 'Path loss between access point (AP) and reference point (RP) ) Is the step of pre-measure and database the indoor space.
예를 들어, 액세스포인트(AP)와 참조포인트(RP) 사이의 경로손실()은, AP의 신호 송신전력으로부터 RP의 수신신호 세기를 차감함으로써 계산 가능하다.For example, the path loss between an access point (AP) and a reference point (RP) ( ) Can be calculated by subtracting the received signal strength of the RP from the signal transmission power of the AP.
이상과 같은 본 발명을 요약하면, 실내 공간 내의 액세스포인트(AP)의 위치값, 참조포인트(RP)의 위치값, 경로손실 예측 대상인 예측포인트(PP)의 위치값을 각각 이용하여, 액세스포인트(AP)와 참조포인트(RP) 간의 거리 및 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 간의 거리를 각각 산출하고, 상기 액세스포인트(AP)와 참조포인트(RP) 사이의 경로손실 및 상기 산출된 거리를 이용하여 수학식 1c과 같이 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실()을 예측할 수 있다.Summary of the Invention As described above, the access point (AP) is used by using the position value of the access point (AP) in the indoor space, the position value of the reference point (RP), and the position value of the prediction point (PP) that is a path loss prediction target. Computing the distance between the AP and the reference point (RP) and the distance between the access point (AP) and the prediction point (PP), respectively, the path loss between the access point (AP) and the reference point (RP) and the calculated distance By using the path loss between the access point (AP) and the prediction point (PP) as shown in equation (1c) ) Can be predicted.
이렇게 예측된 경로손실을 이용한다면 추후, 액세스포인트(AP)에서 전송된 전송전력과의 연산(예를 들면, AP의 전송전력-AP와 PP 간의 경로손실=PP에서의 수신신호 세기, 혹은 상술한 식에 다른 요소를 더 부가한 복잡한 수식 등)을 통해 예측포인트(PP)에서의 수신신호 세기를 예측할 수 있다.If the predicted path loss is used, the calculation with the transmission power transmitted from the AP (for example, the transmission power of the AP-the received signal strength at the path loss = PP between the AP and the PP, or the aforementioned A complex equation in which other elements are added to the equation can be used to predict the received signal strength at the prediction point PP.
이렇게 예측된 수신신호 세기는, 실내 공간 내의 각각의 위치(기준포인트)별 데이터베이스화되어 저장된 수신신호 세기와 비교되어, 가장 유사한 수신신호세기에 해당되는 위치값이 예측포인트(PP)의 측위 결과로 제공될 수 있음은 물론이다.The received signal strength predicted in this way is compared with the received signal strength stored in a database for each location (reference point) in the indoor space, and the position value corresponding to the most similar received signal strength is determined as a result of the positioning of the prediction point PP. Of course, it can be provided.
이를 위해, 본 발명은, 액세스포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실()을 예측하기 이전, 실내 공간을 일정 범위로 나눈 다수 개의 기준포인트(예를 들면 도 2의 포인트, P) 상에서 액세스포인트(AP)로부터 각각의 기준포인트 측에 전송된 신호에 대한 수신신호 세기를 미리 측정하여, 측정된 수신신호 세기를 각 기준포인트의 위치값과 함께 데이터베이스로 구축할 수 있다.To this end, the present invention, the path loss between the access point (AP) and the prediction point (PP) ( ), The received signal strength of the signal transmitted from the access point AP to each reference point on a plurality of reference points (for example, point P in FIG. 2) divided by the indoor space into a predetermined range. By measuring in advance, the measured received signal strength may be constructed as a database together with the position value of each reference point.
그리고, 수학식 1c와 같이, 상기 경로손실()을 예측한 이후에는, 액세스 포인트(AP)와 예측포인트(PP) 사이의 경로손실() 값을 통해 연산되는 예측포인트(PP)의 수신신호 세기를, 상기 데이터베이스 내의 수신신호 세기와 비교하여 가장 유사한 수신신호 세기를 나타내는 기준포인트의 위치값을 예측포인트(PP)의 측위 결과로 제공할 수 있다. 물론, 본 발명의 기술범주 내에서 이러한 측위 결과를 제공하기 위한 보다 다양한 실시예가 존재할 수 있다.And, as shown in Equation 1c, the path loss ( ), The path loss between the access point AP and the prediction point PP The received signal strength of the predicted point PP, which is computed through the value of), is compared with the received signal strength in the database to provide the position value of the reference point indicating the most similar received signal strength as the positioning result of the predicted point PP. Can be. Of course, there may be more various embodiments to provide such positioning results within the technical scope of the present invention.
이상과 같은 본 발명에 개시된 모든 일련의 연산은, PP 상의 단말기, AP 또는 RP와 각각 통신(각종 정보 교환)을 수행을 수행하는 별도의 측위서버(미도시)에서 이루어질 수 있으며 이는 당업자에게 자명한 사실이다.All of the series of operations disclosed in the present invention as described above can be made in a separate positioning server (not shown) that performs communication (various information exchange) with each terminal, AP or RP on the PP, which is obvious to those skilled in the art. It is true.
예를 들면, 측위서버(미도시)는 상술한 모든 데이터베이스의 구축, 경로손실 연산 및 예측, 예측된 경로손실을 통한 수신신호 세기 예측, 단말기로부터 예측포인트(PP)의 현재 위치값(x,y) 정보의 수신 등을 수행할 수 있다.For example, the positioning server (not shown) may be configured for all the above-described databases, path loss calculation and prediction, prediction of received signal strength through predicted path loss, and the current position value (x, y) of the prediction point PP from the terminal. ) Reception of information, and the like.
이상과 같은 본 발명의 방법에 관한 성능 분석을 위하여 ○○대학교 소재관 2층을 테스트 장소로 선택하였다.In order to analyze the performance of the method of the present invention as described above, the second floor of the ○○ University Material Center was selected as the test site.
도 4 및 도 5는 본 발명의 신호세기 예측 방법의 성능 테스트를 위한 두 가지 테스트환경(테스트환경1,2)이다. 4 and 5 are two test environments (
기준포인트(P) 사이 간격은 2m이며, 테스트환경1은 개방 형태의 강의실(Open area, n=2~3.2), 테스트환경2는 장애물이 다수 개로 존재하는 연구실(Large number of obstacles, n=3~3.4)이다. The distance between the reference points (P) is 2m,
도 4(테스트환경1)의 AP1은 LOS환경으로 수신되며, AP3,4는 벽을 통과하여 수신되므로 NLOS(Non Light Of Sight) 환경, 도 5(테스트환경2)의 AP2는 OLOS(Obstructed Line Of Sight) 환경으로 수신되며, AP3,5는 벽을 통과하여 수신되므로 NLOS(Non Light Of Sight) 환경이다.AP1 of FIG. 4 (Test Environment 1) is received in the LOS environment, and AP3 and 4 are received through the wall, so the NLOS (Non Light Of Sight) environment and AP2 of FIG. 5 (Test Environment 2) are OLOS (Obstructed Line Of). It is received in a Sight environment, and AP3, 5 is received through a wall, so it is an NLOS (Non Light Of Sight) environment.
각각의 실험 공간은 총 3개의 무선랜 액세스포인트(AP)를 설치하여, 하나는 LOS(Light Of Sight), 다른 2개는 벽을 한 개 투과한 지점과 두 개 투과한 지점에 각각 설치하였다. 또한 IEEE 802.11a/b/g Cisco Aironet이 탑재된 HP dv4000노트북을 이용하여 수신신호 세기를 확인하였다.Each experimental space installed a total of three WLAN access points (AP), one at the light of sight (LOS), the other two at one point and two points through the wall. In addition, the received signal strength was checked using an HP dv4000 notebook equipped with IEEE 802.11a / b / g Cisco Aironet.
실험 환경에 따라 경로손실계수는 다르게 설정되었으며, 신호들이 벽을 통과하여 수신되기 때문에 기존의 Multi-Wall 모델(MWM)에서는 벽에 의한 손실 지수를 고려하였다.The path loss coefficient was set differently according to the experimental environment. Since the signals are received through the wall, the loss index due to the wall is considered in the existing Multi-Wall model (MWM).
그리고, 각각의 실험지점(P)에서 수신신호 세기를 10회 측정하였다. And, the received signal strength was measured 10 times at each experimental point (P).
참조포인트(RP)에서 측정된 신호 세기의 10회 평균값을 대입하여 제안하는 본 발명의 방법을 검증하였고, 이를 One-Slope 모델(OSM)과 Multi-Wall 모델(MWM)의 결과값과 비교하였다. 그리고 성능을 비교하여 표현한 각각의 결과값은 전체 포인트들에서 얻어진 수신신호 세기 예상값의 평균값으로 표현하였다.The proposed method was verified by substituting 10 average values of the signal strength measured at the reference point (RP) and compared with the results of the One-Slope model (OSM) and the Multi-Wall model (MWM). Each result expressed by comparing the performance is expressed as an average value of the received signal strength expected values obtained at all points.
[표 1]: RP의 개수에 따른 PP의 수신신호 세기 예측값과 실제 측정값 간의 차이 비교(테스트환경1, Open area)[Table 1]: Comparison of the difference between the PP received signal strength prediction value and the actual measured value according to the number of RP (
[표 2]: RP의 개수에 따른 PP의 수신신호 세기 예측값과 실제 측정값 간의 차이 비교(테스트환경2, Large number of obstacles)[Table 2]: Comparison of the difference between the PP received signal strength prediction value and the actual measured value according to the number of RP (
상기 표 1 및 표 2는 RP에 따른 수신신호 세기 예측값을 비교한 것이다. 신호세기 예상 모델은 이동개체와 기준점 사이의 거리에 의하여 신호세기가 많이 변화하는 전파 모델이다. 전파는 이동통신 채널 환경에서 전파에 간섭을 미치는 여러 요인에 의하여 감쇄되게 된다. Tables 1 and 2 compare the received signal strength prediction values according to RP. The signal strength prediction model is a propagation model in which the signal strength varies greatly by the distance between the moving object and the reference point. Radio waves are attenuated by various factors that interfere with radio waves in a mobile communication channel environment.
그러므로 전파가 간섭을 비교적 적게 경험하는 LOS환경(테스트환경1)보다 이동개체와 기준점 사이에 장애물이 존재하거나, 시설물에 의한 굴절, 반사 등으로 인한 전파를 방해하는 요인이 많은 환경(테스트환경2)에서 전파 변화가 많이 발생한다. 그러므로 수신신호 세기 예상값은 LOS환경보다 장애물 또는 전파 변화를 많이 경험하는 NLOS(Non Line of Sight) 환경에서 보다 우수한 결과값을 보여준다.Therefore, there are more obstacles between the moving object and the reference point than the LOS environment (test environment 1) where radio waves experience less interference (test environment 2). A lot of radio wave changes occur in Therefore, the received signal strength estimate shows better results in the NLOS (Non Line of Sight) environment, which experiences more obstacles or propagation changes than the LOS environment.
또한, 표 1 및 표 2에서 RP의 개수가 증가함에 따라 수신신호 세기 예측값과 실제 측정값 간의 차이(예측 오차)가 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 RP의 개수가 증가함에 따라 불완전한 전파 환경을 보상하여 주기 때문에 수신신호 세기 예측값과 실제 측정값 간의 차이를 현저히 감소시킬 수 있다는 의미이다.In addition, in Tables 1 and 2, it can be seen that as the number of RPs increases, the difference (prediction error) between the received signal strength prediction value and the actual measurement value decreases. This means that as the number of RPs increases, the incomplete propagation environment is compensated for, so that the difference between the received signal strength prediction value and the actual measured value can be significantly reduced.
그러나, 단순히 RP의 개수를 증가시킴으로 수신신호 세기 예측값이 향상되는 것은 아니다. 실내 전파 환경이 불완전하게 변화하며 또한 수신신호 세기를 예상하기 위해 기준이 되는 RP의 위치와 RP의 개수에 따라 나머지 신호 세기들이 영향을 받기 때문에 향후 보다 최적의 RP 위치 선정과 RP 개수의 결정을 통해 수신신호 세기 예측값의 성능을 향상시킬 수 있을 것이다.However, simply increasing the number of RP does not improve the received signal strength prediction value. The indoor propagation environment is incompletely changed, and the remaining signal strengths are affected by the location of the RP and the number of RPs to predict received signal strength. The performance of the received signal strength prediction value may be improved.
[표 3] : 제안하는 본 발명과 기존의 방법 간의 수신신호 세기 차이 비교[Table 3]: Comparison of received signal strength difference between the proposed method and the conventional method
(테스트환경1, Open area)(
[표 4] : 제안하는 본 발명과 기존의 방법 간의 수신신호 세기 차이 비교[Table 4]: Comparison of received signal strength difference between the proposed method and the conventional method
(테스트환경2, Large number of obstacles)(
표 3 및 표 4는 각각의 테스트환경에서 측정된 데이터를 바탕으로 종래의 One-Slope 모델(OSM), Multi-Wall 모델(MWM)과 본 발명의 방법 간의 수신신호 세기 예측 성능을 비교한 것이다. Table 3 and Table 4 compare the received signal strength prediction performance between the conventional One-Slope model (OSM), Multi-Wall model (MWM) and the method of the present invention based on the data measured in each test environment.
기존 Multi-Wall 모델(MWM)은 자유공간손실에 벽과 층에 의해 발생한 손실들을 추가적으로 고려하여 수신신호 세기를 예측하기 때문에 벽에 의한 손실이 고려되지 않을 경우(nw=0)에는 One-Slope 모델(OSM)과 동일한 신호 세기 예측값을 가진다. 이때, 신호 세기 예측값은 고정된 기준 세기, 기준 거리값에 의하여 결정되기 때문에 예측값이 실제 환경에서 측정된 값과 오차를 가진다. The existing Multi-Wall model (MWM) predicts the received signal strength by taking into account the losses caused by walls and layers in addition to the free space loss, so the one-slope model when the loss due to the wall is not considered (nw = 0) Has the same signal strength prediction as (OSM). In this case, since the signal strength prediction value is determined by the fixed reference strength and the reference distance value, the prediction value has an error with the value measured in the real environment.
반면, 제안하는 본 발명의 알고리즘은 실제 전파 환경의 신호 세기를 활용하여 수신신호 세기를 예측하기 때문에 기존의 알고리즘에 비하여 향상된 수신신호 세기 예측값을 가지게 된다.On the other hand, since the proposed algorithm of the present invention predicts the received signal strength by using the signal strength of the actual propagation environment, the proposed algorithm has an improved received signal strength prediction value compared to the conventional algorithm.
다음으로 벽이 한 개(nw=1) 또는 두 개(nw=2)가 고려되는 경우, One-Slope 모델(OSM)은 다른 손실 요인을 추가로 고려하지 않기 때문에 수신신호 세기 예측값이 실제 측정치에 비해 10dB 이상 떨어지는 오차를 보인다. Multi-Wall 모델(MWM)은 벽에 의한 손실을 추가적으로 고려하였기 때문에 One-Slope 모델(OSM)보다는 우수한 성능을 보이지만, 수신신호 세기 예측을 위하여 사용되는 요인들이 이미 모델링화된 값을 사용하므로 수신신호 세기 예측값이 실제 환경을 반영하지 못한다.Next, if one wall (nw = 1) or two (nw = 2) is considered, the One-Slope model (OSM) does not consider another loss factor, so the received signal strength estimates The error is more than 10dB. The Multi-Wall model (MWM) shows better performance than the one-slope model (OSM) because it additionally takes into account the losses due to the wall, but since the factors used to predict the received signal strength are already modeled, the received signal The intensity estimates do not reflect the real environment.
그러나, 본 발명의 방법은 다수의 참조포인트(RP)들로부터 수신된 측정값을 수신신호 세기 예측 모델에 적용함으로써 전파 환경에 크게 구애받지 않고 기존에 제시된 알고리즘보다 훨씬 정확한 수신신호 세기 예측값을 제공한다.However, the method of the present invention provides a much more accurate received signal strength prediction value than the conventionally presented algorithm by applying the measured values received from the plurality of reference points to the received signal strength prediction model without being greatly affected by the propagation environment. .
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
도 1은 확률적 모델링을 이용한 단말기 추정시 데이터베이스 구축을 위한 측정포인트 배치의 예시도,1 is an exemplary diagram of measurement point arrangement for building a database when estimating a terminal using probabilistic modeling;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선랜 기반 측위를 위한 신호 세기 예측 방법에서 RP의 수가 1개 또는 2개인 경우의 예시도,2 is an exemplary diagram when the number of RPs is one or two in the signal strength prediction method for WLAN-based positioning according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신호 예측 방법의 다른 실시예에 따른 AP 및 RP의 예시도,3 is an exemplary diagram of an AP and an RP according to another embodiment of a signal prediction method according to an embodiment of the present invention;
도 4 및 도 5는 본 발명의 신호 예측 방법을 이용한 성능 테스트환경의 일 실시예 및 다른 실시예의 구성도이다.4 and 5 are configuration diagrams of one embodiment and another embodiment of the performance test environment using the signal prediction method of the present invention.
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Citations (1)
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050245252A1 (en) * | 2004-04-28 | 2005-11-03 | Martin Kappes | Method and apparatus for generating a signal strength model for an access point at an arbitrary location |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180083095A (en) * | 2017-01-12 | 2018-07-20 | 충북대학교 산학협력단 | Indoor positioning method and system using RSSI in beacon |
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