무선 측위 방법 document_id A220623070726

주로 GPS나 이동통신망을 이용한 위치기반 서비스로는 크게 공공안전 서비스, 위치추적 서비스, 항법 서비스, 정보제공 서비스 등이 있다. 공공안전 서비스는 현재에도 유선통신망을 이용하여 경찰청이나 소방본부에서 발신자의 위치를 기반으로 한 신고 접수 및 처리를 하고 있다. 이러한 서비스가 앞으로 이동통신영역으로 확대되어 긴급구조, 재난재해, 처리 등을 보다 효율적으로 실현할 것이다. 위치추적 서비스는 친구 찾기, 미아 방지나 노약자 보호 서비스, 물류분야에서도 사용될 수 있다. 항법서비스는 기존의 차량 항법 시스템과는 달리 차량뿐만 아니라 개인보행자까지 서비스범위를 확장시킴으로써 휴대형 서비스라는 차별성을 가지고 있다. 정보제공 서비스는 사용자 위치를 기반으로 사용자 주위의 은행, 편의점, 식당 등의 전화번호나 생활에 유용한 부가적인 정보를 결합하여 제공하는 형태이다. 위치인식은 실내나 음영지역에서도 위치인식이 가능하고 비교적 좁은 영역에서 수십cm이내의 정밀도를 요구하는 위치인식 서비스는 물류 자동화, 보안, 산업 자동화 및 제어를 위한 무선 센서 네트워크, 건물 자동화, 로봇 공학, 어린이 보호, 전투중 군인의 위치인식, 진화중에 고립되거나 실종된 소방관의 구출, 의료분야에서 응용이 가능하다. 의료분야의 경우 비품 또는 의료진이나 환자의 위치를 찾고자 할 때, 환자의 현재 상태를 모니터링할 때 위치인식과 통신 기능이 필요하다. 창고 및 재고 관리분야에서는 운송 및 배달 시각 아이템에 부착된 라벨에 의하여 자동으로 직하 목록을 작성하고, 상자나 컨테이너 안의 물건을 찾을 때 위치인식이 필요하며 저속의 통신기능이 제공되면 편리하다. 물류관리 및 서류배달 등의 개별 배송 시스템의 경우에도 위치정보를 활용하여 최적의 물류를 실현할 수 있다. 보안 분야에서는 운전자가 특정 영역 내로 들어오면 자동차 잠금을 해제하거나, 제품을 판매하는 경우 정확한 위치에 기반한 인증을 실행하거나 어린이의 안전과 미아방지 또는 원격 도난방지를 위해 위치인식이 필요하며 이 경우 통신기능은 별로 중요하지 않다. 건물 자동화 분야에서 각종 제어 장치의 배선을 무선으로 대체하고, 사람이 방이나 사무실 내에서 이동할 때 각종 장치들을 자동 작동시킬 수 있도록 위치인식과 통신기능이 필요하다. 진화 중에 소방관이 고립되거나 길을 잃으면 자신의 위치를 알 수가 없다. 이 경우에 위치 탐색기를 네트워크로 구축하여 소방관의 위치를 상황실에 전송하면 고립된 소방관을 구출할 수 있다. 소방관은 위치인식 서비스뿐만 아니라 산소레벨이나 심장박동, 맥박 등과 같은 건강상태 정보를 제공받고 상황실에서도 이들의 상태를 계속 모니터링함으로써 언제든지 소방관을 위험한 상황으로부터 구출할 수 있다. 위치인식 서비스를 이용한 홈 오토메이션은 사용자의 ID가 인증되면 사용자가 선호하는 장비들이 동작할 준비를 하고 사용자가 이동함에 따라 위치인식을 통해 TV, 오디오, PC, 전화기 등과 같은 사용자 주변의 기기들은 동작하기 시작한다. 주변 기기들은 사용자가 이동할 때마다 필요한 정보를 교환하거나 적절한 동작을 수행한다. 그리고 대형 유통 매장에서는 RFID와 블루투스 그리고 무선랜 기술을 결합하여 매장을 이용하여 구입한 상품에 대하여 보다 신속하게 처리할 수 있는 계산방법 도입과 매장 내의 세일품목에 대해서 카트에 장치되어 있는 모니터를 이용, 소비자들에게 실시간으로 저렴한 상품에 대한 광고를 제공하고 소비자는 자신의 현 위치와 상품의 위치를 제공받아 동선을 줄이고 이에 따라 시간 절약의 효과를 기대할 수 있다. 박물관 역시 위치기반 서비스를 적용하기에 적합한 장소 중의 하나이다. 관람객이 박물관에 입장하게 되면 자신이 미리 입력한 내용을 무선 통신모뎀을 이용해 전송받는다. 위치인식 장치를 이용하여 실내에서 자신의 위치를 인식함으로써 안내자 없이 자유롭게 박물관 내를 관람하는 서비스를 제공받게 된다. 도서관 역시 위치기반 서비스를 활용한 다양한 서비스가 제공될 수 있다. 무선 측위는 사용자의 이동 단말기와 여러 개의 이동통신망의 기지국이나 무선랜 통신망의 액세스포인트에서 송출되는 신호를 측정하여 처리함으로써 실내.외에서 사용자의 위치를 결정하게 된다. 이때 사용자의 이동 단말기의 위치를 결정하기 위해서 사용되는 측정치에는 시각 기반으로 하는 측정치와 배열 안테나를 이용한 도래각 기반으로 하는 측정치, 그리고 신호 세기를 기반으로 하는 측정치가 있다. 시각 기반으로 하는 도달시간(TOA : Time of Arrivaㅣ)과 도달시간차이(TDOA : Time Difference of Arrival) 및 도래각(AOA : Angle of Arrival)과 신호세기(RSS : Received Signal Strength)의 측정치가 얻어졌을 때, 기하학적인 방법과 통계적인 방법을 이용하여 사용자의 이동 단말기 위치를 결정할 수 있다. Cell of origin(COO) 또는 Cell-ID는 순수한 네트워크 기반(network-based) 위치 추적 방법이다. 이는 기존의 통신망을 활용하는 방법으로 기지국(Base Station)과 이동 단말기 간의 신호의 세기 또는 방향을 이용하여 이동 단말기의 위치를 알아내는 원리이다. 이 방법의 장점은 신속한 위치확인이 가능하고, 기존의 통신망을 이용함으로써 초기투자비용이 적게 든다는 장점은 있으나, 위치 정확도가 떨어지는 큰 단점이 있다. 핸드셋 기반 포지셔닝 방법으로는 GPS(Global Positioning System)를 이용하는 Time of Arrival(TOA)이 있다. GPS는 미 국방성에서 운영하고 있는 위성 기반 네비게이션(navigation) 시스템으로 고의적 오차(SA) 때문에 위치 정확도가 100m에 제한되었었으나, 최근 위성 신호에 포함되었던 SA가 제거됨으로써, 현재 GPS의 정확도는 5~40m정도이다. 이 방법은 GPS를 이용하기 때문에 위치정확도는 높은 반면 GPS 특성상 지하나 혹은 높은 건물이 많은 도심지에서는 신호가 잡히지 않기 때문에 사용할 수 없다는 단점이 있다. 하이브리드 포지셔닝 방법은 상술한 네트워크 기반 방식과 핸드셋 기반 방식의 단점을 보완한 방식으로 GPS에서 수신되는 데이터와 기지국에서 수신되는 신호의 세기를 복합하여, GPS와 기지국의 신호를 동시에 이용하는 Hybrid 3D 기법이다. 미국 퀄컴의 'gpsOne' 솔루션이 대표적인 기술이며, 이 솔루션은 실내에서 사용할 수 없다는 GPS의 단점을 극복하였다. 퀄컴의 'gpsOne' 솔루션은 A-GPS(Assisted-Global Positioning System) 기술을 바탕으로 개발되었으며, 그 오차가 10~30m 정도에 그칠 정도로 높은 정확도를 가지고 있으며 단말기의 초기 스타트 업(start-up) 시간이 짧으며, 이전 GPS기반 솔루션에 비해 단말기의 부하가 적어지면서 단말 전력 소모를 줄일 수 있는 장점을 지니고 있다. 그러나 A-GPS와 도달시간 차이를 이용한 혼합 알고리즘 방법은 실내에서 정확한 위치결정을 획득하기 쉽지 않고 복잡한 구조물 때문에 도달시간 차이 측정치가 부정확해져서 정확한 위치결정을 하기 어렵다. 신호 세기의 미약성과 실내 다중경로의 영향 및 벽과 가구 등의 전파 장애물의 영향으로 발생하는 비가시경로 오차로 인해서 수십에서 수백미터의 위치 오차가 발생하게 되어 사용자의 위치 결정의 정확성을 기대하기가 현실적으로 어렵다. 따라서, 위치기반 서비스 시장이 사용자들에게 서비스를 제공하기 위해 해결해야 할 가장 큰 문제점은 바로 실내에서 사용자의 위치를 결정하는 것이다. 사용자가 고층 빌딩에 있는 경우와 같이 3차원적인 추적이 필요한 경우에 사용자의 위치를 추적할 수는 없는 문제점이 있으며, 좁은 실내공간에서 발생하는 전자기파의 반사, 굴절, 간섭 등에 의해 발생하는 오차로 인하여 또한 지하공간이나 건물의 실내공간과 같은 다수의 음영지역에서는 위치정보를 획득하는데 어려움이 있는 문제점이 있다. 일반적으로 무선 측위 기술에는 신호 세기 측정기법, 도달시간 측정기법, 도달시간 차이 측정기법이 이용될 수 있다. 그러나 도달시간 측정기법에는 수신기와 송신기의 시각 동기화 문제점이 있고 도달시간 차이 측정기법에는 네트워크상의 시각 동기화 문제가 존재하고 있다. 이러한 상기 문제점으로 인해, 현재 신호 세기를 이용하여 실내에서의 신호 세기 분포 정보를 저장한 데이타베이스를 이용한 측위시스템에 대한 연구가 활발히 진행되어 오고 있다. 하지만 데이터베이스를이용한 무선 측위 기술은 초기 시스템 구축시 상당한 시간과 노력이 소요되고 데이타베이스의 운영 관리가 어렵다는 단점을 지니고 있다. 더욱이 무선 측위를 하기 위하여서는 무선통신장비의 위치를 알고 있어야 하고 수신장비가 송신장비로부터 받은 신호를 이용하여 거리정보를 획득해야 한다.