< WPAN (Wireless Personal Area Network) - 근거리무선통신 IEEE 802.15.x >
IEEE 802.11이 고전력, 중간범위, 고속 Access 기술인 반면, 802.15.1은 랩탑,주변장치,샐룰러폰,PDA 등을 연결하는 저전력, 작은범위, 저속 '케이블 대체' 기술임.
기술
IEEE
설명
Bluetooth
802.15.1
주파수 : 2.4GHz 전송방식 : 주파수호핑 Piconet : 여러개의 장치가 블루투스나 기타 비슷한 기술을 이용해서 하나의 망을 구성하는 것으로 8개의 지국으로 구성할 수 있음 8개의 지국중 하나는 Primary(Master) 라고 부르고 나머지는 Secondaries(Slave) 라고 합니다 . 즉 1:7 까지 연결 가능. Scatternet : 피코넷의 집합으로 피코넷의 Secondaries 중 하나가 다른 피코넷 의 Primary 가 될수 있음 10 ~ 100 m 이내 무선 Ad-Hoc 네트워크 방식 ( Wifi (WLAN)는 AP방식 )
WLAN
802.15.2
UWB (Ultra Wide Band/HR-WPAN)
802.15.3
광대역주파수로 단거리에서 고용량 ,고속 송수신 무선기술 주파수대역이 넓기때문에 간섭이 적다. 기존의 협대역시스템이나 광대역 CDMA 시스템에 비해 매우 넓은 주파수대역에 걸쳐 존재하므로 기존의 무선통신시스템에 간섭을 주지 않고 주파수를 공유하여 사용할 수있다는 장점이 있다
Zigbee (LR-WPAN)
802.15.4
최소능력, 저전력, 저가 ( Wifi는 방대한 대역폭을 제공하기 위해 값비싼 무선 대역이 요구되며, Bluetooth는 충전식의 배터리로 대량의 전력을 소모하지만 7개의 디바이스만 지원이 가능하고 Zigbee는 소량의 전력으로 수천개의 디바이스를 접속시 킬수 있다. 즉 Wifi나 Bluetooth 까지는 필요없는 단순한 데이터 통신이 요구되는경우에 사용) - 10 ~ 20 m 이내 - 2.4GHz, 868MHz, 915MHz 의 3가지 대역 사용
ZigBee는 저속 전송 속도와 근거리 통신을 위해 ZigBee Alliance에서 개발한 무선 네트워크 기술인데 , 작은 크기로 전력 소모량이 적고 값이 싸 홈 네트워크 등 유비쿼터스 구축 솔루션으로 각광받고 있으며 지능형 홈 네트워크, 빌딩등의 근거리 통신 시장과 산업용 기기 자동화, 물류, 휴먼 인터페이스, 텔레매틱스, 환경 모니터링, 군사 등에 활용된다.
ZigBee 프로토콜은 ① 물리 계층, ② 미디어 액세스 제어(MAC) 계층, ③ 네트워크 계층, ④ 어플리케이션 계층 으로 이루어져 있다. ZigBee의 물리 계층과 MAC 계층은 IEEE 802.15.4 표준에 정의되어 있으며, 그 외의 프로토콜 스택은 ZigBee 사양에 정의되어 있다. IEEE 802.15.4 초기 버전에서 유럽은 868MHz 대역에서 20kbps를, 미국은 915MHz에서 40kbps를 지원하였다.
ZigBee 네트워크 계층은 트리 구조와 메쉬 구조를 위한 라우팅과 어드레싱를 지원하고 있으며, 어플리케이션 프로파일로는 ZigBee Home Automation Public Profile과 ZigBee Smart Energy Profile이 대표적으로 사용된다. 또 새로운 ZigBee 사양인 RF4CE는 가전의 원격 제어를 위한 솔루션과 스타 토폴로지를 위한 간단한 네트워크 스택을 정의하고 있는데, RF4CE는 2.4GHz의 주파수 대역을 사용하고 AES-128을 이용한 보안을 제공한다.
Zigbee
Z-Wave
Z-Wave는 ZenSys가 주축이 된 Z-Wave Alliance에서 제정한 홈오토메이션 무선 전송 방식이며, Z-Wave의 주목적은 무선 네트워크에서 하나 이상의 노드들과 제어 유니트 사이에서 신뢰성 있는 통신을 제공하는 것이다. Z-Wave는 물리 계층, 미디어 액세스 제어(MAC) 계층, 전송 계층, 라우팅 계층, 그리고 어플리케이션 계층 으로 구성되어 있으며, 900MHz 대역(유럽 : 869MHz, 미국 : 908MHz)과 2.4GHz 대역을 사용하면서 9.6kbps, 40kbps, 그리고 200kbps의 속도를 제공한다. Z-Wave 기술은 장치 간 통신을 위해 콘트롤러와 슬레이브의 두 가지 장치를 정의하는데, 콘트롤러는 슬레이브에서 명령을 전송하며, 슬레이브는 명령에 대한 응답을 하거나 명령을 수행하는 무선 센서 네트워크 기반의 IoT 기술 기능을 한다. Z-Wave의 라우팅 계층은 소스 라우팅 기반의 라우팅을 지원한다
Z-Wave
INSTEON
SmartLabs에서 개발한 INSTEON은 무선 기술을 활용하여 조명 스위치를 연결하는 기술로, RF 링크와 AC-전원 링크 간 메쉬 네트워크 토폴로지를 구성하여 작은 구역에서 장치 간 통신을 실현한다. INSTEON 기술은 904MHz 대역에서 동작하며, 38.4 kbps 데이터 전송 속도를 제공한다. INSTEON의 디바이스들은 전송자의 역할, 수신자의 역할, 혹은 중계자의 역할을 수행할 수 있으며, 동일한 구간에 위치하지 않은 디바이스들 간의 통신은 시간 구간 동기화 방법을 이용한 멀티-홉 라우팅을 사용하여 가능하게 한다.
INSTEON
6LoWPAN (IPv6 over Low Power WPAN)
비IP 네트워크 기술을 구현하고 있는 전통적 센서 노드 구조는 싱크 노드(Sink Node)를 통해 인터넷과 연결되어 정보를 공유할 수가 있다. 이를 위해, 센서 노드는 6LoWPAN 같은 기술을 적용할 필요가 있다. 6LoWPAN(IPv6 over Low power WPAN)은 IEEE 802.15.43를 PHY/MAC으로 하는 저전력 WPAN상에 IPv6를 탑재하여 기존 IP네트워크에 연결하는 기술이며, IPv6 기술로 인해 다양한 스마트 디바이스와 센서 디바이스들이 IP 기반의 네트워크에 연결이 게이트웨이와 같은 중간 장치 없이 가능하게 되었다
6LoWPAN
Weightless
white space 무선 대역을 사용하는 사물 간 통신 기술이다. Weightless 통신 기술은 최근 몇 년 동안 급증하는 사물 통신의 요구 사항을 만족하기 위해 제안된 것으로 저비용,초저전력, 광역 통신, 신뢰성, 보안, 다수의 사물 단말 지원, 브로드캐스팅, small data burst 등을 지원하는 기술을 포함하고 있다. 이 같은 기능들을 지원하기 위하여 BPSK, QPSK, 16-QAM 등의 변조 기술을 사용하고 고속의 다운링 크는 500kbps~16Mbps, 저속의 다운링크는 2.5Kbps~500Kbps 속도를 지원한다.
D2D 통신 (Device to Device)
기지국, 무선접속 공유기(AP) 등의 네트워크 인프라를 거치지 않고 근거리에서 서로 다른 기기와 통신하는 기술을 말한다. 여기에는 UPnP(Universal Plug and Play) DPWS(Device Profile for Web Services) , WiFi Direct 등이 있으며, 모든 사물을 통신 주체로 하는 ‘M2M/IoT’ 기술에 포함되지만 범위가 무선통신이 가능한 기기간의 통신에 국한되어 있다. 대표적인 D2D 기술로는 모바일 블루투스를 들 수 있으며, 블루투스를 통해 자신의 스마트폰과 타인의 스마트폰을 연결했을 때 사진이나 데이터 자료 등과 같은 콘텐츠가 기기 간에 전송되는 것과 같은 기술이다.
D2D 통신
Beamforming (Spatial Filtering)
신호처리 기술로 안테나에서 전파를 원하는 특정 방향으로 전송/수신되는 직진 지향성을 갖는 전파를 만들어내는 기술로 공간적으로 멀티플랙싱(공간분할 다중화)을 가능하게 하여 각 안테나별로 위상정보를 조정하여 주변의 간섭을 제거하여 성능을 높이는 기술이다. 이 기술은 실용화 되어 802.11ad 에 채택되었고, 이동전화망 2G,3G,4G,LTE에서도 사용중이다.
Beamforming
Beacon
- 블루투스나 인간이 들을 수 없는 2.4GHz 비가청영역의 주파수를 이용해서 단말과 정보를 주고받는 기술로서 - 일정한 주기로 전송되는 비지향성 단속형 신호를 사용하며 - 근거리 저전력에 적합한 기술이다. - 주로 저전력 블루투스 (BLE : Bluetooth Low Energy) 4.0 장치 브로드 캐스팅을 이용한 근거리 저전력 기술 - BLE 신호와 연동해 GPS정보 등 다양한 정보를 송수신하는 무선통신기술
자동차를 운전할 때 필수기기가 되어버린 네이게이션, 요즘은 네비게이션 단말기도 한물 가버렸고 지금은 스마트폰이 그 역할을 한지 오래되었는데, 이 네이게이션의 핵심 기능이 바로 GPS(위성위치확인시스템) 이다. 위성과 통신을 해서 내 차 (정확하게 말하면 스마트폰) 의 위치를 인식하는 시스템인데 이 GPS의 가장 큰 단점은 위성신호를 받지 못하는 실내에서는 작동이 안 된다는 것이다. IPS는 WiFi, 블루투스,Beacon, 자기장 등을 이용하여 건물 내부에 있는 사용자의 위치를 파악하고, 이를 스마트폰에 내장된 지도와 대조해 물건이나 장소의 위치를 쉽게 찾아주는 시스템으로서 ‘실내 내비게이션’이라고도 한다 (참조 : [네이버 지식백과] IPS[Indoor Positioning System] - 실내 위치 확인 시스템, 실내 위치 측위 시스템 (지형 공간정보체계 용어사전, 2016. 1. 3., 이강원, 손호웅) 더군다나 최근 지속적인 무선통신 및 인터넷의 폭발적인 성장은 사용자의 모빌리티를 크게 강화시켰고, 특히 2007년 애플사의 아이폰의 등장과 함께 무선통신, GNSS, 카메라, 관성센서 등이 결합된 스마트폰의 보급 확대를 통해 이동 단말의 위치 인식 범위가 확대되고 위치 장확도가 정차 향상되고 있는 추세이다 ([출처] 사용자 참여 기반 실내 위치인식 플랫폼 기술|작성자 센서로세계로미래로)
IPS의 특징
특징
설명
관련사례
Device Mobility 확장
사용자가 실외에서 실내로 이동 시 Beacon 신호 송수신 을 통해 실시간 위치기반서비스(LBS) 제공 가능
애플의 iBeacon CSR의 SiRFusion 제품
실내외 네트워킹 연계
인공위성의 GPS 신호를 삼각측량한 정보와 인접한 Cell-ID 정보를 결합하여 높은 수준의 위치측정
실내외 참조포인트 무선WPS
산업간 융복합 플랫폼 구축
공장, 쇼핑몰 등에서 센서 부착한 로봇, 사용자의 이동 경로를 추적하여 서비스 모니터링 및 공급망 관리 수행
물류로봇 스마트팩토리
다양한 사용자 경험 제공
스마트폰, HMD 기기와 연계하여 현실세계와 가상세 계가 유기적으로 결합된 향상된 UX/UI 제공
AR, VR게임 옴니채널, O2O
< 출처 : 정보관리기술사 118회 모임 - 두드림 >
비콘 (Beacon) 을 이용한 위치측위기술
구분
설명
체크포인트 (Check Point) 방식
비콘(Beacon) 1대의 신호를 받아서 그 위치를 통과한 경우 그 대상물이 그 위치를 통과한 정보를 기록하는 것으로 RFID태그가 RFID 리더를 통과했을 때의 위치정보를 확인하는 방식이다.
존 (Zone) 방식
비콘(Beacon) 1대 혹은 여러 대가 신호 범위별로 배치되어 있고, 대상물이 특정 비콘 주변에 놓여 있을 때, 그 비콘 위치 주변에 있다는 정보를 기록하는 것대부분의 BLE (Bluetooth Low Energy) 비콘이 이 방식을 사용
실시간 위치 (Track) 방식
여러 대의 비콘이 실내에 신호 범위별로 배치되어 있고, 대상물이 3대 이상의 비콘으로부터 ID신호와 신호세기를 수신해 그 위치를 측위 알고리즘으로 계산, 위치를 파악하는 방식이다. 정확한 측위 알고리즘을 위한 AOA(Angle of Attach), ROA,FingerPrint,TDOA(Time Difference of Arrial),TOA(Time of Arrival) 등의 기술이 있으며, 실외에서 사용하는 GPS도 3개 이상의 위성으로부터 오는 신호를 삼각측량 방식으로 계산한다
Radio 기반 IPS 측위 기술
구분
측위 기술
설명
기지국 기반
Cell-ID
기지국에서 위상, 전계강도 정보 받아 측위서버 전송 셀의 전파세기 측정하여 구축DB의 유사패턴매칭
Fingerprint
실제환경에서 위치별로 RSSI(Received Signal Strength Indicator)값을 측정하여 테이블 생성 기존에 구축된 전파맵과 수신한 비콘 신호를 비교
삼각측량법
3개 이상의 기준점과 한 점과의 거리를 통해 좌표 측정 기준점과의 거리를 반지름으로 하는 원을 그려 교점 탐색 Wi-Fi환경에서는 AP를 기준점으로 상대적 거리 계산
WLAN 기반
WPS
무선AP의 SSID와 MAC주소를 주요 파라미터로 활용 핑거프린팅방식으로 GPS가 지원되지 않는 영역에서 측위
RSSI
센서로부터 전압레벨을 측정하여 실내위치 측위 무선주파수 내에서 송수신된 전력으로 거리 측정
WPAN 기반
UWB
UWB 단말에서 고유ID를 32bit로 송출 광대역주파수를 활용하여 뛰어난 투과력과 고속성 제공 * UWB(Ultra Wide Band) 협대역 시스템 및 3G 셀룰러 기술로 설명되는 광대역 시스템과 구분하기 위해 중심 주파수의 20% 이상의 점유대역폭을 차지하는 시스템이나 500MHz 이상의 점유대역폭을 차지하는 무선 전송 기술을 말함. (500Mbps의 고속 전송이 가능)
Zigbee
ZigBee 탑재단말이 AP통해 단말위치 전송 저전력성 제공 및 다수 노드와 클러스터링 용이
Bluetooth
Bluetooth 4.0, iBeacon 사용, 최대 50m까지 전송 가능 블루투스 AP 활용하여 지오펜싱 기반의 전파맵 생성
< 출처 : 정보관리기술사 118회 모임 - 두드림>
Non-Radio 기반 IPS 측위 기술
구분
측위 기술
설명
센서기반
자기장센서
스마트 폰 자기장 센서 센서로 측정하여 미리 입력된 건물 내부 자기장 지도와 비교해 길을 안내
관성센서
단말기 내 관성센서(가속도,방향계 등) 이용하여 측위 - 실내의 특정 기준점을 근간으로 상대적인 위치 측위
LED
실내 LED 조명마다 식별번호 부여하고 스마트폰이 감지 - 식별번호를 데이터베이스와 대조해 현재 위치를 파악
주파수기반
RFID
RFID Tag로 Bluetooth, WiFi등의 전송망을 이용하여 서비스 제공 - Tag의 위치 정보 수집 및 분석에 별도의 서버 필요
적외선
실내 곳곳에 부착된 적외선 센서가 고유 ID 코드를 가진 적외선 장치를 인식하여 위치를 찾아내는 방식 - 디바이스 내부에 IrDA 컨트롤러 탑재필요
초음파
스마트폰으로 초음파를 발사해 벽에 부딪혔다가 반사되는 것을 포착해 위치와 건물내부의 형태 파악
영상기반
비주얼 마커
모바일의 카메라로 위치좌표를 디코딩하여 실내위치 결정 - 라이더, 스테레오 카메라로 주변 공간의 좌표 정보와 특징점 정보를 추출하여 3차원의 공간정보 DB화
CCTV기반
CCTV 실시간 영상, 이미징 정보를 기반으로 상대측위 최근 고해상도 CCTV 출시로 실내 및 실외감시 서비스
이동단말기의 위치를 측정하기 위해 이동통신망의 기지국 셀정보인 RF전파환경정보를 이용하여 소트프웨어적으로 위치를 계산하는 네트워크기반 방식과 이동단말기내에 장착된 GPS 수신기를 이용한 GPS측위방식으로 크게 분류할 수 있으며. GPS가 수신되는 실외에서는 GPS방식을 사용하고 GPS음영 지역 (보통 실내)에서는 네트워크 방식을 수행함으로써 seamless 한 측위에 기반한 LBS 서비스를 제공 한다.
구분
종류
설명
1. 네트워크 기반 측위방식 (특별한 장치를 추가로 사용하지 않으나 위치의 정확도는 차이가 많다)
Cell-ID 방식
기지국 단위 반경의 중심점을 측위정보로 제공 가장 단순한 기술로서 이용자가 현재 속해있는 기지국의 서비스셀ID를 통해 이용자의 위치를 3초 이내에 파악하는 장점이 있지만, 셀반경의 크기가 크면 클수록 정확도는 떨어질수 밖에 없다.
AOA (Angle of Arrival)
이동단말기에서 보내는 신호를 기지국에서 수신하면서 방향각을 계산하여 위치를 계산하는 방식 이론상으로는 50~150m의 정확도를 보장하지만, 실제로는 150~200m의 정확도를 보여준다.
TOA 방식 (Time of Arrival)
3개 이상의 기지국에서 발사한 전파의 도착시간으로 이동단말기 의 위치를 계산하는 방식.
TDOA 방식 (Time Difference of Arrival)
이동단말기에서 3개의 기지국으로부터 수신한 파일롯 신호의 도착시간차이를 측정하여 기지국 간의 거리차이를 계산하여 얻어진 2개의 쌍곡선이 교차하는 지점을 이동단말기의 위치로 결정하는 방식.
RF Fingerprint 방식
서비스 대상지역을 격자로 분할하고 각각의 격자에 기지국 특성 데이터를 수집하여 DB화 한다음 측위 요청한 단말에서 측정한 RF전파특성정보와 기 구축한 DB의 정합정도를 판단하여 가장 적합하게 정합되는 격자를 측위 결과로 선택 * 중계기 관련한 문제점을 해결할 수 있는 방법임.
RSSI 방식 (Received Signal Strength Indicator)
기지국간 신호세기 차에 의해 위치를 계산
2. GPS 기반 측위방식
* 정확도는 높으나 실내에서는 수신 간섭 발생
A-GPS (Asisted-GPS)
GPS수신기를 내장한 이동단말기와 이동통신망 내에 설치한 위치측위서버간에 OMA SUPL 규격을 이용하여 위치계산을 수행하게 되는데 이중에서 A-GPS측위를 위한 프로토콜인 SUPL POS 를 통한 메시지 송수신으로 단말기의 위치를 결정함. * 초기 인식시간을 기존의 GPS방식보다 줄일수 있다.
인공위성에서 보내는 위치정보를 단말기내의 내장된 칩이 읽어서 기지국에 알려주는 방법으로서 GPS위성을 사용 할 경우라도 도심지역이나 실내에서는 정확도와 사용성이 떨어지기 때문에 이러한 단점을 보완하기 위해 기존의 네트워크 방식과 결합한 방식이다
즉 단말기로부터 GPS위치정보(GPS기반)를 전달받은 위치측위시스템은 기지국에서 생성된 정보(네트워크기반)를 혼합하여 단말기의 위치를 측정한다.
DGPS (Differential GPS)
기존의 GPS가 갖는 위성의 위치에 따른 오차를 보정하여 정확도를 높이기 위한 방식이다. 지상에 위치를 정확히 알고있는 기준 수신기를 설치하고 이 수신기로부터 보정신호를 받아 위성으로부터 수신된 위치 신호의 오차를 조정하는 방식이다.
E-OTD (Enhanced Observed Time Difference)
네트워크와 단말기 기반 측위 기술을 혼합한 기술이다. 2개 이상의 기지국에서 단말기로 전파를 보내어 다시 이 전파가 되돌아오는 시간의 차이를 측정하는 방식으로 거리가 먼 교외나 거리가 짧은 도심이나 정확도의 편차가 크기 않다. GPS를 지원하는 단말기가 필요하며 약 75~150m의 정확 도를 제공한다.
Conventional GPS
위치측위서버의 도움을 받지 않고 단말 자체내에 내장된 GPS 수신 안테나및 측위 알고리즘을 이용해 자체적으로 GPS방식위치 측위를 수행하는 방식이다.
3. 유비쿼터스 측위방식
Bluetooth, ZigBee, RFID , Wi-Fi , UWB , RTLS (Real Time Location System)등의 무선통신방식을 이용하여 측위 * IPS (Indoor Positioning System) 으로 확장됨
