[논문]ESL 태그를 활용한 위치 측위 및 위치 기반 서비스

고석주; 김지인; 이민형; 박지수; 조정근; 김종근; 이승일

문제 정의

ESL의 본래 목적은 가격표와 실제 가격의 일치를 통해 고객 만족도의 향상시키는 것과 가격의 일괄 갱신을 통한 인건비를 절감하는 것이다. ESLe 위와 같은 목적을 달성하기 위해 그림3과 같이 ESL 서버와 ESL 태그 매니저를 통해 통신하며, IEEE 802.
본 연구를 통하여 새로운 측위매체인 ESL을 이용하여 대량의 측위매체를 이용할 수 있는 낮은 오차의 LBS 제공의 가능성에 대하여 제안하였다. 추후 과제로는 ESL의 밀집으로 인한 신호간섭에 의한 오차발생에 대한 해결 방안의 연구가 필요할 것이다.

제안 방법

이에 본 논문에서는 그림!.의 오프라인 복합 매장에서의 전자 가격 표시기인 ESL(Electronic Sales Label)의 신호정보를 활용한 새로운 측위 방법론을 제안한다. 본 논문의구성은 다음과 같다.
하지만 ESLe Zigbee신호를 송신하는 반면, 기존의 모바일에서는 Zigbee신호를 수신할 수 있도록 하는 API를 지원하지 않는다. ESL의 본래 목적인 가격 갱신 등을 담당하는 시스템에서 Zigbee 통신을 이용하므로, 본래의 시스템과 융합할 수 있도록 Zigbee 신호를 모바일에서 수신 가능한 BlueTooth 신호로 변환하는 신호 변환 모듈을 추가적으로 개발하였다.
확인하였다. 그렇기에 Friis Equation 의 측정 거리의 결과를 일정 계수를 곱하여 보정한 후 삼각측량을 실행하여 보다 정확한 측위 결과를 얻을 수 있도록 하였다.
본 시스템에서는 ESL에게 각각 ID와 좌표를 부여하여, 사용자의 위치에서 각각의 ESL 신호를 수신하였을 때의 수신 신호의 세기와 ESL의 위치를 이용해 사용자의 위치를 추정한다. 하지만 ESLe Zigbee신호를 송신하는 반면, 기존의 모바일에서는 Zigbee신호를 수신할 수 있도록 하는 API를 지원하지 않는다.
본 연구에서 제안하는 측위 방법은 위와 같은 WiFi, 비콘과 같은 측위매체를 대체하기 위하여 ESL을 도입하였다. ESL의 본래 목적은 가격표와 실제 가격의 일치를 통해 고객 만족도의 향상시키는 것과 가격의 일괄 갱신을 통한 인건비를 절감하는 것이다.
신호 변환 모듈은 마이크로프로세서인 Arduino 와 Zigbee 신호를 수신 가능한 Xbee 모듈을 API모드로 활용하여 ESL의 ID와 신호세기인 RSSI를 ESL로부터 수신한다. 모듈은 수신한 신호를 BlueTooth 통신을 이용하여 모바일에게 송신한다.
모바일은 SHV-E210S 32G 모델을 이용하였으며, 8초에 한 번씩 위치를 갱신하였다. 실험 공간 내의 임의의 위치를 5개 선정하여, 해당 위치에서의 위치 측위 오차를 각각 200회씩 총 1000회 측정함으로써 평균 오차 및 최대, 최소오차를 산출하였다. 각 위치 측위 때 마다 모바일은 평균적으로 약 30개의 ESL 신호정보를 위치 측위에 활용하였다.
실험에 앞서, ESL의 송신 신호의 특성을 파악하기 위하여 ESL의 신호를 Packet Sniffing을 통하여 분석하였다. 그림7은 패킷 분석화면의 캡처 화면이다.
이 공식에서 ESL과 신호 변환 모듈간의 직선거리를 각각 구하고, ESL들과의 직선거리를 이용하여 모듈의 위치, 즉 단말기의 위치를 다원 2차 방정식으로 풀어 계산한다.
그렇기에 모바일과 신호 변환 모듈의 위치가 동일해져야만 한다는 조건이 있다. 이 조건을 충족시키기 위해 대형 매장에서의 쇼핑 카트 등에 신호 변환 모듈을 부착하고, 카트를 사용자가 이용함으로써 사용자의 위치와 모듈의 위치를 동일화한 후 위치를 추정하는 형태의 서비스를 제공하도록 한다. 모바일은 ESL의 신호를 일정 시간동안 축적하여, LBS 서버에 신호 리스트를 전송한다.
이러한 보정을 거친 후, ESL을 이용한 LBS 시스템의 측위 정확도를 측정하기 위해 오프라인 매장의 가판대와 유사한 환경을 구축하여 측위 실험을 진행하였다.

대상 데이터

8m 의 공간으로, 11m2 크기의 공간이다. ESLe (모델명 모름)모델을 이용하였으며, 공간의 가장 자리에 20개의 ESL을 설치 하였다. ESL의 신호 송신 주기는 4초로 설정하였다.
신호 변환 모듈의 경우 Arduinobee를 이용하였으며 Zigbee 통신을 위하여 Xbee si 통신모듈과 블루투스 모듈 HC-06을 탑재하였다. 모바일은 SHV-E210S 32G 모델을 이용하였으며, 8초에 한 번씩 위치를 갱신하였다. 실험 공간 내의 임의의 위치를 5개 선정하여, 해당 위치에서의 위치 측위 오차를 각각 200회씩 총 1000회 측정함으로써 평균 오차 및 최대, 최소오차를 산출하였다.
또한 ESL간의 간격은 45&m로 설정하였다. 신호 변환 모듈의 경우 Arduinobee를 이용하였으며 Zigbee 통신을 위하여 Xbee si 통신모듈과 블루투스 모듈 HC-06을 탑재하였다. 모바일은 SHV-E210S 32G 모델을 이용하였으며, 8초에 한 번씩 위치를 갱신하였다.
실험 장소의 크기는 가로 1.9m, 세로 5.8m 의 공간으로, 11m2 크기의 공간이다. ESLe (모델명 모름)모델을 이용하였으며, 공간의 가장 자리에 20개의 ESL을 설치 하였다.

이론/모형

ESL의 본래 목적은 가격표와 실제 가격의 일치를 통해 고객 만족도의 향상시키는 것과 가격의 일괄 갱신을 통한 인건비를 절감하는 것이다. ESLe 위와 같은 목적을 달성하기 위해 그림3과 같이 ESL 서버와 ESL 태그 매니저를 통해 통신하며, IEEE 802.15.4 표준 중 하나인 Zigbee 기술을 이용한다.

성능/효과

위의 그림8을 통해 ESL 신호가 Friis Equation 에 의한 거리에 따른 신호세기 보다 약한 신호 세기를 얻을 수 있음을 확인하였다. 그렇기에 Friis Equation 의 측정 거리의 결과를 일정 계수를 곱하여 보정한 후 삼각측량을 실행하여 보다 정확한 측위 결과를 얻을 수 있도록 하였다.

후속연구

추후 과제로는 ESL의 밀집으로 인한 신호간섭에 의한 오차발생에 대한 해결 방안의 연구가 필요할 것이다. 그리고 3절에서 언급한 카트에 부착하는 신호 변환 모듈을 발전시켜 스마트 카트로 활용하는 방안에 대한 연구도 필요할 것이다. 그리고 ESL 을 이용한 측위를 위한 신호 송신에 의해 발생하는 ESL 의 추가적인 전력 소모를 보완 및 해소할 수 있는 방안의 연구가 필요할 것이다.
그리고 3절에서 언급한 카트에 부착하는 신호 변환 모듈을 발전시켜 스마트 카트로 활용하는 방안에 대한 연구도 필요할 것이다. 그리고 ESL 을 이용한 측위를 위한 신호 송신에 의해 발생하는 ESL 의 추가적인 전력 소모를 보완 및 해소할 수 있는 방안의 연구가 필요할 것이다.
가능성에 대하여 제안하였다. 추후 과제로는 ESL의 밀집으로 인한 신호간섭에 의한 오차발생에 대한 해결 방안의 연구가 필요할 것이다. 그리고 3절에서 언급한 카트에 부착하는 신호 변환 모듈을 발전시켜 스마트 카트로 활용하는 방안에 대한 연구도 필요할 것이다.

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