유영훈의 IT & Music Studio

​

안녕하세요 

유영훈입니다.

지난번 포스팅에 이어서 UWB와 RFID, DR를 선택하지 않은 이유에 대해서 살펴보겠습니다.

2. UWB(Ultra Wideband)

    - 동향 : Ubisense 사의 측위 방식은 정확도가 15cm 내외로 알려져 있습니다.

      그리고 최근에 SKT에서도 UWB방식을 활용하여 필룩스 박물관에 50cm의 정확도를 가진

      측위를 적용시켰다고 합니다.

    - 단점 : 가격이 비싸고, 추가적인 단말과 AP가 필요한 것입니다.

      그래서 15~50cm라는 엄청난 정확도가 있지만, 시간적, 비용적, 물리적으로 단점이 있으므로

      대중화되기가 힘들고, 스마트폰에 UWB기능이 추가 되지 않는 한 '박물관'처럼 어느 한정적인

      장소에만 사용이 될 것으로 판단이 되었습니다.

    → 결론적으로, 매장안에서 조금만 움직여도 각 상품을 바라보는 위치가 달라지는 특수한 범위가

       아닌 이상, 저는 와이파이 핑거프린팅 방식을 보완하여 활용하는 것이 더욱 대중적인 방법이라고

       생각하였습니다. 제가 제안하는 방식인 '주변 환경을 고려'가 측위 정확성을 올려줄 수 있을지는

       잘 모르겠습니다. 저는 단지 이러한 다른 방식을 복합적으로 활용하지 않아도 충분히 커버가

       가능하다는 것을 증명하고 싶었고, 이로 인해서 다른 논문들이 제 연구를 바탕으로 이어나갔으면

       하는 목표를 가지고 있습니다. 그렇다면, 와아피이도 추후에 UWB 만큼의 정확한 측위가 가능할

       것이라고 확신하기 때문입니다.

3. RFID(Radio Frequency Identification)

    - 블루투스와 마찬가지로 한 때는 RFID를 활용해서 측위를 하려고 연구한 적이 있습니다.

      그런데, RFID도 UWB와 마찬가지로 단말기의 값이 비쌌고, AP와 단말의 시간, 비용..등의

      문제가 있었습니다. 그러던 중에, 제가 발견한 기사가 SKT에서 스마트폰에 USIM 칩 형식으로

      RFID기능을 추가하여서 상용화를 하였다는 내용이었습니다.

       저에게는 한 줄기 희망과 같이 느껴져서 기사를 통해서 양주를 식별하는데 상용화가 되었다는

     사실도 알게 되었고, 2009년부터 기사가 있었기 때문에 현재는 조금더 발전된 연구 및 기술들이

     있을 것이라고 판단하였습니다.

      그래서 SKT에 문의를 하여 결국 이 RFID USIM 카드를 제작한 업체와 전화 통화를 할 수 있게

     되었습니다. 그러나, 그 업체 관계자와 통화한 결과, 그 RFID는 마치 NFC 처럼 수신거리가 10cm

     이하이므로 활용도가 굉장히 낮았다고 말하였습니다. 그래서 현재는 더 연구가 더 발전되지도

     더 이상 상용화를 추진하고 있지 않은 상태라는 답변이 돌아왔습니다.

     (이 기술이 가짜 양주를 식별하는 것으로 나온 것이기 때문에, 사실 NFC처럼 10cm내외라면

      눈으로 식별하는 것과 같다고 생각합니다. 한번에 스캔이 안되기 때문에 크게 유용하지 않아서

      더이상 발전되지 않은 것으로 보입니다.)

   → 스마트폰에 RFID USIM 카드를 넣어서 수신 거리가 20~30m만 되었어도 연구를 진행하였을텐데,

      이를 충족하지 못해서 저는 와이파이를 추진하기로 하였습니다.

4. DR(Dead Reckoning) 방식

    - 이 방식은 스마트폰에 내장되어 있는 가속도 및 지자기, 자이로스코프 센서를 활용하여

      측위를 하는 방법입니다.

    - 가속도 센서 : 걸음 수, 지자기 및 자이로스코프 센서 : 방향

       → 이를 종합적으로 판단하여, 디바이스를 중심으로 사용자가 얼마나 위치를 이동했는지 파악이

           가능합니다. 단, 이 DR을 활용하기 위해서는 초기 위치 좌표를 알고 있어야 하는 전제가

           있습니다.

    - 단점

       1) 스마트폰에 내장되어 있는 센서의 성능의 비신뢰성

           - 개인적으로 당시 스마트폰으로 Galaxy S3를 사용하고 있을 때, 삼성전자에 센서의 정확성을

             문의를 한 적이 있습니다. 그때에도 관계자분께서 스마트폰에 센서들이 내장되어 있는 것은

             알 수 있으나 더 정확한 성능을 알 수가 없다고 답변해주셨습니다.

           - 요즘 스마트폰 어플에서도 센서를 측정할 수 있는 어플이 여럿 있습니다.

             그래서 제가 테스트로 측정을 해보았을 때에도 조금만 디바이스의 각도를 변경해도 굉장히

             많은 값들이 변동됨을 볼 수 있습니다.

       2) 스마트폰을 소지방법에 따른 차이

           - 초기에는 스마트폰의 화면이 하늘을 바라보고, 이를 중심으로 수평으로 이동하였을 때

             가속도와 지자기 센서 등의 값들을 보고 피크 값이 나타났을 때, 이동한 것으로 판단하는

             방식을 취하였었는데, 사실 실제 이용자가 이렇게 활용하는 것은 불가능에 가깝습니다.

             아무리, 본인이 스마트폰 지도 어플을 활용해서 현재 위치를 파악한다고 하더라도

             바로 수평이 되지도 않을 것이고, 팔이 아프다는 등의 요소들로 인해서 스마트폰을 옆으로

             쥐고 팔을 흔들면서 걸어갈 수도 있기 때문입니다.

           - 그래서 더 발전된 논문에서는 유저를 중심으로 스마트폰을 양손으로 들고 앞에서 바라보는

             방향과 한 손으로 들고 팔을 흔들면서 갔을 때를 우선적으로 구분하고, 그 구분한 다음에는

             각 소지형태에 따라서 조금은 다른 측위를 한다는 것입니다.

              그러나, 아직 스마트폰을 가방에 넣는다거나 바지 주머니에 넣었을 때는 어떻게 구분하고

             대처해야하는 지에 대해서는 의문이 남아있습니다.

    → 결론적으로, 스마트폰에 내장되어 있는 센서를 아직까지는 신뢰하지 못하고, 또 소지방법에 따라

        측정 값들이 현저하게 달라지는 것에서 측위 방법으로 선택하지 못하였습니다.

         하지만, 이 위의 2가지 방법들이 추후에 70% 이상 효율성이 생긴다면 조금은 관심을 가져야 할

        방법이 아닌가 싶습니다. 왜냐하면, 현재 제가 위에서 말씀드린 것들은 모두 건물들이 건재했을

        경우입니다. 만약, 자연재해나 다른 환경적인 위험으로 인해 건물들이 무너지고, 구급 요청을

        위해 사고 피해자가 119에 본인의 위치를 알릴 경우가 생긴다면 이때는 다시 이야기가 달라

        질 것입니다. 건물이 무너진다면 와이파이 등 AP를 구축한 것에 장애가 발생하여 측위가 제한이

        될 것이고, 혹여나 AP가 살아 있다 하더라도 핑거프린팅 방식같은 경우 DB구축한 것이 모두

        달라졌을 테니 더이상 활용할 수 없을 것입니다.

         이때, 다른 AP가 전혀 필요없는 DR방식이 각광받을 것이고, 와이파이나 다른 방식들과 복합적

        으로 사용되었을 때, 그 활용도는 극대화 될 것라고 생각합니다.

         그러나, 아직은 시기 상조이므로 발전되는 시간동안 저는 와이파이 핑거프린팅을 개선하는 것을

        Contribution Point로 선정하기로 하였습니다.

지금까지 조금은 두서 없고, 글씨만 적었는데

다음부터는 그림도 추가하면서 여러분들께서 조금은 이해가 더 쉽도록 설명해드리겠습니다.

여기까지가 제가 서베이를 하고 방향을 잡은 부분이고,

다음 포스팅부터는 제가 연구해나가는 방식과 실험 소개, 실험을 통한 결과 도출 및 결론으로 진행할

계획입니다. 조금은 부족할 수 있겠지만, 여러분들께서 혹시나 조언을 해주신다면 조금더 퀄리티가

있는 논문으로 변해나갈 수 있을 것 같습니다.

감사합니다.

안녕하세요

유영훈입니다.

앞으로 이전 네이버 블로그에 포스팅하였던 총 6건의 글들을 우선, 본 티스토리 블로그에 옮겨두고

연재를 이어서 시작하겠습니다.

이번 연재는 저의 석사 논문 주제인 '측위'에 대해 연재를 시작하려고 합니다.

현재 석사는 수료상태이고, 이번이 연구학기인데 논문을 작성을 위해 자연스럽게

블로그에 포스팅하면서 정리도 하고, 또 여러분들의 좋은 의견이 있으면 반영하기 위해서 씁니다.

우선 저의 주제는 '주변 환경을 고려한 실내 측위 시스템'으로 실내에서 위치를 추정하는 내용입니다.

최근에 스마트폰이 발전함에 따라 실외에서는 GPS위성을 사용해서 10m 이하의 비교적 정확한 측위를

할 수가 있었습니다.

 그러나, 실내에서는 GPS위성과 단말과의 LoS(Line of Sight)가 제한이 되기 때문에, GPS가 아닌

다른 측위 방법을 활용해야 합니다. 그래서 일반적으로 Wi-Fi, 블루투스, UWN, RFID..등 다양한

인프라를 활용하는 방법들이 연구되고 상용화되고 있습니다.

저는 우선 Wi-Fi를 활용한 측위를 선택하였습니다.

그 이유에 대해서는 다음 포스팅에서 소개해드리겠습니다.

 Wi-Fi를 활용한 측위에는 크게 두가지가 있습니다.

1. ToA(Time of Arrival), TDoA(Time Difference of Arrival), AoA(Angle of Arrival) 방식

2. 핑거프린팅(FingerPrinting) 방식

그런데, 저는 핑거프린팅 방식을 선택을 하였습니다.
그 이유는, 1번 방식을 활용하면 기본적으로 AP와 단말간의 RSS를 활용하게 되는데

실내에서는 사람의 움직임, 창문, 문이 열려 있는지, 벽의 두께, 재질.. 등등의 환경요소로

실제 RSS를 구분하기 힘들어 정확한 측위에 제한이 되기 때문입니다.

(실제로는 가까이 있으나, 벽의 재질과 두께가 상당하여 RSS가 적게 측정될 수 있으므로)

그런 반면, 핑거프린팅 방식에는 그러한 RSS를 모두 DB에 구축하므로 이러한 환경요소가

모두 포함이 된 상태이므로, 더욱 정확한 측위가 가능하기 때문입니다.

 * 참고.

    - 핑거프린팅(5~10m 측위 가능)

       1) DB 구축 단계 : 이름대로 손가락의 '지문'처럼 단말이 위치한 곳에 따라 AP와의 RSS가

                                다른 점을 특징으로 각각의 RSS를 DB로 구축합니다.

       2) 위치 측정 단계 : 실제 위치에서 각 AP별로 측정한 RSS를 DB와 비교해서 가장 가까운 값을

                                 가진 좌표 값을 위치로 추정합니다.

그런데, 이 핑거프린팅 방식에도 치명적인 단점이 있습니다.

1. 주변 환경에 따라서 RSS값이 달라집니다.

    - 앞에서 말씀드린 1번(ToA, TDoA, AoA)에서도 이러한 이유 때문에 핑거프린팅 방식을

      활용한다고 말씀드려서 이 부분에 대해서 좀 의아해 하실 수 도 있습니다.

      그 이유는 DB를 구축하고 난 뒤에 위치를 측정해야 하는데, DB구축 때 각 지점별로 RSS를

      측정하였기 때문에 벽의 재질과 두께는 더 이상 문제가 되지 않지만, 주변 사람들이 움직이거나

      사무실의 파티션 하나만 위치가 바뀌어도 RSS값에 영향을 미치기 때문입니다.

      (심지어 단말기의 앞, 뒤, 옆.. 등 각도만 바꾸어도 어느정도 영향을 미칩니다.)

2. 구축한 AP에 변화가 생길 수가 있습니다.

    - 새로 AP가 추가되는 것은 크게 영향이 미치지 않아서 문제가 되지 않을 것으로 판단이 됩니다.

      어차피 DB는 기존의 AP를 3개정도를 활용하므로 추가된 AP는 활용되지 않기 때문이지요.

      새로 추가된 AP의 전파가 기존 AP 전파에 크게 영향을 미치지 않을 것으로 판단되기 때문에

      저는 본 논문에서는 이를 무시하는 것으로 하겠습니다.

    - DB구축할 때 사용된 AP가 고장이 나거나, 위치를 변경한다면?

      이때에는 DB를 새로 구축한다는 것 보다는 이를 대응할 수 있는 대책이 더 중요시 됩니다.

      왜냐하면 이런 DB를 구축하는 데에는 시간, 비용적 소모가 너무 심하기 때문입니다.

그래서 저는 논문의 Contribution Point를 이러한 핑거프린팅 방식의 단점을 보완하기 위한

'주변 환경을 고려한 실내 측위 시스템'에 대해서 논문 주제로 선정하여 다른 측위들과 복합이 아닌

오직 Wi-Fi 핑거프린팅 방식만 활용하는 단일 측위방식을 선택하였습니다.

Wi-Fi 이외의 다른 측위의 장ㆍ단점과 복합적으로 활용하고 있는 예시를 그 다음 글에 포스팅 하겠습니다.

감사합니다.