Journal of Next-generation Convergence Information Services Technology Vol.5, No.2, December (2016), pp 차세대컨버전스정보서비스기술논문지

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서진 채
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1 Journal of Next-generation Convergence Information Services Technology Vol.5, No.2, December (2016), pp 차세대컨버전스정보서비스기술논문지 비콘을활용한실내길찾기서비스어플리케이션 김혜수 1, 고량경 2, 정원호 3 * Hye-Soo Kim 1, Ryang-Kyeong Koh 2, Won-Ho Chung 3 * 요약 최근위치기반서비스는급속하게시장이성장하고있다. 위치기반서비스는통합된형식으로모바일어플리케이션에이미많이존재하고있다. 특히비콘을활용한실내위치기반서비스를제공하는앱어플리케이션이급증하고있다. 비콘을활용한실내길찾기서비스어플리케이션은특정대형마트를대상으로사용자의위치를제공하고사용자가찾고자하는물품의위치까지의최단거리를제공하여쇼핑시간의단축과편리함을목적으로사용된다. 본연구에서는비콘을사용해사용자의현재동선을선형보간법으로추측하고, 목적지까지의최단거리를다익스트라알고리즘을통해구현하였다. 본연구에서는대형마트에한정되어연구되었지만, 마트뿐만이아닌백화점, 컨벤션등규모가큰실내에서도적용가능한기술이다. 사람들의위치정보를활용하여마케팅분야로도많이활용될수있을것이라기대한다. 핵심어 : 비콘, 실내위치기반서비스, 대형마트, 최단거리 Abstract Recently, the field of Location-based Services (LBS) is a rapidly growing market. Nowadays there are already a lot of mobile applications where Location-based services are integrated. In particular, the field of LBS technology for the indoor localization is rapidly mobile applications besides outdoor localization LBS technology. The indoor pathfinding service mobile applications using the beacon provide the shortest pathfinding information from user s location to place of necessary goods in large-scale marts and are used to shorten the shopping-time and convenience of the shop. We will deal in our paper with the linear interpolation and Dijkstra's algorithm to find the shortest distance to the destination in large-scale markets. Although our research was limited to large-scale marts, it is applicable not only marts but also large-scale indoor spaces such as department stores and conventions. Also, we expect to utilize the indoor LBS technology using user s location information in the field of marketing. Keyword : beacon, indoor LBS, large-scale market, pathfinding 1 School of Digital Media, Duksung Women s University, Seoul, 01369, Korea korrrky@hanmail.net 2 School of Digital Media, Duksung Women s University, Seoul, 01369, Korea kimhyesoo123@naver.com 3 School of Digital Media, Duksung Women s University, Seoul, 01369, Korea whchung@duksung.ac.kr (Corresponding author) Received(November 01, 2016), Review(November 20, 2016), Accepted(December 05, 2016), Published(December 31, 2016) ISSN: X JNCIST 2016 NCISTRC 99

2 1. 서론 위치기반서비스는유선 무선통신망을통해얻은위치정보를바탕으로여러가지서비스를제공하는것이다. 이동통신의형태인스마트폰의사용이보편화되면서위치정보를측량하는기술과방법들이다양하게개발되었다 [1]. GPS나 WiFi 등을통해사용자의실시간으로정확한위치정보판단이가능해졌고, 이정보를이용한위치기반서비스 (LBS, Location Based Service) 는더욱더활용되어지고있다. 예를들면, 간단하게구글맵으로지도에서길을찾는것도위치기반서비스의한형태이다. 최근에출시된 포켓몬 GO! 앱은위치정보에증강현실 (AR, Augmented Reality) 을더하여많은화제를모았다. 이외에도위치정보에다양한서비스들이결합되어게임, 광고, 교통안내, 긴급구조와범죄예방등에도사용되어지고있다. 본연구는위치기반서비스가점점활용되어짐에따라실외가아닌실내의실시간위치정보의중요성도커졌다고보고, 비콘을활용한실내위치기반서비스어플리케이션을제안한다. 이어플리케이션은실내에서활용도가높게위치서비스를제공하며, 최단거리를활용하여사용자들에게편리한길찾기서비스를제공하는목적을갖고있다. 2. 관련연구 2.1 지그비및비콘비교 실내위치기반서비스를제공하기위해다양한측위기술들이보급되어있다. 그중무선랜, 지그비 (zigbee), 비콘 (beacon) 을비교하고자한다. 무선랜은연결선이필요없고 AP가설치된환경내에서인터넷통신이가능한근거리통신망이다. 대부분의사람들이스마트폰을이용함에따라실내곳곳에 AP가설치되어있어실내위치측위에도다양하게쓰일수있는기술이다. AP의배치밀도에따라 50m 내외의근거리통신을지원한다. 지그비는가정 사무실등의무선네트워킹분야에서 10 20m 내외의근거리통신과유비쿼터스컴퓨팅을위한기술이다 [2]. 저전력과높은대역폭을쓰지않아데이터전송속도가낮은단점이있으며블루투스에비해비싸다. 비콘은블루투스 4.0 프로토콜기반의근거리무선통신장치로서최대 70m 이내의장치들과교신할수있다 [3]. 작은단위까지도구별이가능하여적합한기술을사용하여정확성을더욱높일수있다. 전력소모가적고비용이적다는장점이있으며복잡한연결없이개별단말기마다다른정보를제공해줄 NCISTRC

Journal of Next-generation Convergence Information Services Technology Vol.5, No.2, December (2016) 수있어사물인터넷구현에적합하다. 2.2 비콘기술 비콘은최대 70m 이내로통신이가능하고사용자개개인에게정보를구별하여전달할수있는특징이있다.

KT의경우비콘인프라를활용하여고객에게맞춤정보를제공하는벼룩시장부동산, 비콘시범서비스등이있으며, 박물관이나관광지역에서도비콘을활용하여서비스를제공하고있다. [ 그림 1] 부산대병원진료 & 길안내앱 ( 비콘기반 ): 좌, 마이코엑스앱 (WiFi 기반 ): 우 [Fig. 1] The care & directions App of Busan Univ.

3 Journal of Next-generation Convergence Information Services Technology Vol.5, No.2, December (2016) 수있어사물인터넷구현에적합하다. 2.2 비콘기술 비콘은최대 70m 이내로통신이가능하고사용자개개인에게정보를구별하여전달할수있는특징이있다. 현재이러한비콘특성을적용시켜다양한서비스가개발되어있는상황이다. 위치추적어플인 링크 는분실및미아방지를위한어플리케이션으로서비콘을물건에부착하거나아이에게지니게하면앱을통해비콘이통신할수있는범위에서대상의위치를알수있다. 사용자의위치에따라근처매장의쿠폰과정보등이자동으로제공되는어플리케이션 시럽 또한비콘을활용한예이다. KT의경우비콘인프라를활용하여고객에게맞춤정보를제공하는벼룩시장부동산, 비콘시범서비스등이있으며, 박물관이나관광지역에서도비콘을활용하여서비스를제공하고있다. [ 그림 1] 부산대병원진료 & 길안내앱 ( 비콘기반 ): 좌, 마이코엑스앱 (WiFi 기반 ): 우 [Fig. 1] The care & directions App of Busan Univ. s hospital(based beacon): left, mycoex App(based WiFi): right [ 그림 1] 의좌의부산대병원은비콘을이용해병원을찾는환자들에게병원의길안내서비스를 어플리케이션을통해제공한다. 출발위치와도착위치를설정하도록하고길을알려준후, 환자의 실시간위치정보도제공하여실내위치찾기서비스에도움이되도록만들었다. 하지만이와같은 방법은실시간으로정확한위치를표시하고안내해주기때문에많은양의비콘이필요하다. ISSN: X JNCIST 2016 NCISTRC 101

4 [ 그림 1] 의우의마이코엑스어플리케이션은세계최초로 WiFi를통해실내위치서비스를제공한다. 이는사전에미리 WiFi 강도를조사한뒤사용자위치의 WiFi강도에따라실시간위치를제공하는방법을사용했다. 이러한방법은시간과노력이많이든다는단점이있다. 따라서본연구에서제작하는어플리케이션은최소한의비콘을이용해사용자의동선을나타내려한다. 3. 시스템설계 3.1 사용자위치찾기 사용자의위치를찾기위한방법은여러가지가있다. 보통삼변측량 (Trilateration), 삼각측량 (Triangulation), 핑거프린팅 (Fingerprinting), 확장칼만필터 (Extended Kalman Filter) 의방법이가장많이쓰인다. 삼변측량이란삼각망에서변의길이를관측하여삼각점의위치를구하는측량법이다 [4]. 이와비슷하게삼각측량은변의길이대신한변의길이와두각의정보를이용해삼각점의위치를측량한다. 삼변측량은위치측량에대표적인방법이지만, 그특성상각노드로부터수신된거리가멀어짐에따라원주의증가및무선통신거리측정장치의내재적오차로인해위치의오차가커지는경우가발생한다 [2]. 또한추정된거리값을이용해형성된각원의교점이발생하지않을시위치를추정하기어려운단점이있다. 핑거프린팅은경험적인데이터에기반한방법으로써먼저위치를측정하고자하는지역을셀형태로나누어각셀에대한신호값을조사하여저장해놓은다음실제측위시저장된값과비교하여위치를결정하는방법이다 [5]. 기존에설치되어있는 WiFi를사용하기때문에비용이들지않는다는장점이있지만, 사전조사를통해신호강도맵을만들어야함으로시간과노력이든다는단점을가지고있다. Rudolf E. Kalman 이발명한칼만필터는최소자승법을이용해서실시간으로잡음운동방정식을가진시간에따른방향을추적하는효율적인재귀계산법이다 [6]. 칼만필터는하나의시스템이시간에따른변화를적절하게예측할수있도록잡음으로부터신호를찾아내기위해사용된다. 다시말해칼만필터알고리즘은과거, 현재, 미래의상태를예측하여보정하는것으로써, 대부분다음의상태를예측하거나추정하는모델시스템에활용되어지고있다. 하지만계산양이많아부적합하다. 하지만이러한방법들은정확한실내위치를알수있으나많은시간과노력, 정보가필요하기때문에보편화하기에는힘들다. 실외처럼복잡한길이없다면구조가정해진실내에서는선형보간법을이용해사람들의동선을추측하여보여주는것이더효율적이다 NCISTRC

5 Journal of Next-generation Convergence Information Services Technology Vol.5, No.2, December (2016) 선형보간법 (linear interpolation) 은끝점의값이주어졌을때그사이에위치한값을추정하기위 하여직선거리에따라선형적으로계산하는방법으로두비콘사이의위치정보를파악한후사용 자의위치를시간단위로추측할수있다 [7]. [ 그림 2] 선형보간법 (linear interpolation) [Fig. 2] Linear interpolation (1) (2) 3.2. 최단거리탐색알고리즘 실내에서사용자의위치가파악되면사용자의위치에서부터도달하고자하는위치까지최단거리를제공해줘야한다. 최단거리탐색알고리즘에서가장기본이되는알고리즘에는다익스트라 (Dijkstra s algorithm) 알고리즘과 A* 알고리즘이있다. A* 알고리즘은깊이우선탐색으로휴리스틱추정치를사용하는평가함수에의해산정된값중최소값을가진노드를선택하여, 타경로와의비교없이목적노드방향의노드를찾아감에따라탐색소요시간이짧게되는장점을가진다. 그러나규칙적이지않고복잡한네트워크에서는최단경로탐색에실패할확률이높다 [8]. 다익스트라알고리즘은항상가장짧은경로를찾을수있지만탐색공간의모든경로를모두검색하여야한다 [9]. 본연구는탐색에실패할확률이없는다익스트라알고리즘을사용하여한정된공간안에서경로의길이를줄일수있도록적절하게비콘을배치하여연구하였다. [ 그림 3] 에서다익스트라알고리즘은방향성있는그래프에서하나의정점을시작점으로선택하고나머지정점들로의최단거리를모두구한다. 시작하는정점의길이는 0이고나머지는거리가무한으로하여값을구한다. 사용자의위치는시작점이되고각각의정점의위치는비콘의위치로 ISSN: X JNCIST 2016 NCISTRC 103

설정하여사용자가도달하고자하는위치를인접한비콘의위치로알수있도록한다. 시작점에서 인접정점들중거리가가장짧은정점을최단거리정점으로결정한다. [ 그림 3] 다익스트라알고리즘그래프 [Fig. 3] Dijkstra s algorithm graph 4. 구현및결과 4.1. 구현 [ 그림 4] 는비콘을활용한실내길찾기서비스어플리케이션의동작과정이다.

6 설정하여사용자가도달하고자하는위치를인접한비콘의위치로알수있도록한다. 시작점에서 인접정점들중거리가가장짧은정점을최단거리정점으로결정한다. [ 그림 3] 다익스트라알고리즘그래프 [Fig. 3] Dijkstra s algorithm graph 4. 구현및결과 4.1. 구현 [ 그림 4] 는비콘을활용한실내길찾기서비스어플리케이션의동작과정이다. 특정대형마트를대상으로사용자의위치를제공하고사용자가찾고자하는물품의위치까지의최단거리를제공하여쇼핑시간의단축과편리함을목적으로사용된다. [ 그림 4] 의데이터흐름도를보면사용자가어플리케이션을실행하자마자마트안에있는비콘과사용자의거리정보가 php 웹서버로전송이된다. php에서 DB 로그인을한후필드를지정해서 DB에데이터가저장이된다. DB에저장된데이터는비콘의고유번호, 비콘과사용자와의거리, 시간등이있다. DB에저장된비콘정보들중사용자와가장가까운거리를보유하고있는비콘의정보를값으로변환후 php로넘기고 json 데이터로안드로이드에보낸다 NCISTRC

Journal of Next-generation Convergence Information Services Technology Vol.5, No.2, December (2016) [ 그림 4] 데이터흐름도 [Fig. 4] The flowchart of data [ 그림 5] 는사용자의위치에서별의위치까지가는방법중같은길이의길안내가발생할수있다.

7 Journal of Next-generation Convergence Information Services Technology Vol.5, No.2, December (2016) [ 그림 4] 데이터흐름도 [Fig. 4] The flowchart of data [ 그림 5] 는사용자의위치에서별의위치까지가는방법중같은길이의길안내가발생할수있다. 기본값은정점에서다음탐색지점까지의정점을탐색할때가장가까운정점을먼저선택하여적용하는것으로설정되어있다. 그러나이러한방법으로적용하게되면사용자가장바구니에원하는물품을먼저작성한순서대로길안내가시작될때사용자의동선이꽤나복잡해질수있다. 이런점을방지하기위해사용자가입력한물품들을다시재배열하고자한다. 사용자가물품을입력하면입력한물품들과사용자의현재위치까지의거리를모두계산하고그중에서가장최단거리인것부터배열에저장한다. 사용자가짧은거리에있는물품부터먼저찾을수있도록재배열이이루어진다. [ 그림 5] 에서별표시와원두개표시가사용자가사고자하는물품이라면길안내는 1번으로나타나게되어별표시로가는길에서다른물품도찾을수있게끔설계가된다. [ 그림 5] 대형마켓샘플도면 [Fig. 5] The large-scale sample floor plan ISSN: X JNCIST 2016 NCISTRC 105

8 4.2. 결과 [ 그림 6] 은제작된상세화면으로 [ 그림 6] 의 (a), (b) 장바구니화면, (c), (d) 는길찾기화면으로구성되어있다. [ 그림 6] 의 (b) 장바구니화면은사용자가마트에서구매하고자하는물품을작성하면저장되는화면이다. 앱을나가더라도데이터베이스에데이터가저장되어있어목록이유지된다. [ 그림 6] 의 (c) 길찾기화면은마트내부의도면을제공하고사용자의위치를띄운다. 각각의비콘은코너별로배치되어있고코너속에포함하는물품들은비콘별물품데이터베이스에저장되어있다. [ 그림 6] 의 (a) 장바구니화면에서저장했던데이터는 (c) 길찾기화면에서사용된다. (c) 오른쪽상단에있는바구니버튼을누르면장바구니화면에서썼던물품들이사용자와가장가까운순서대로재배치되어나온다. 이를통해우리는사용자에게가장효율적인길을안내하는것이다. 물품을선택하면사용자의현위치가시작점이되고장바구니데이터들이목적지가되어최단거리를알려주고사용자가원하는물건을찾았으면다음물품으로넘어간다. [ 그림 6] 어플리케이션실행화면 [Fig. 6] The application execution result screen 5. 결론 본연구에서는비콘을활용한실내위치기반서비스어플리케이션을제안하였다. 이어플리케이션 은비콘을사용해사용자의현재동선을선형보간법으로추측하고, 목적지까지의최단거리를다익 스트라알고리즘을통해구현하였다. 마트에한정되어연구되었지만, 마트뿐만이아닌백화점, NCISTRC

9 Journal of Next-generation Convergence Information Services Technology Vol.5, No.2, December (2016) 주상복합시설등규모가큰실내에서도적용가능한기술이다. 또한위치정보를기반으로더다양 한서비스를붙여활성화할수있다. 사람들의위치정보를기반으로빅데이터를만들어마케팅분 야로도많이활용될수있을것이라기대한다. References [1] Retrieved: November 7 (2016). [2] I. K Lim, Indoor Positioning System using BLE Beacon and Extended Kalman filter, Doctor s Thesis of Hannam University, (2015). [3] Retrieved: November 7 (2016). [4] Retrieved: November 7 (2016). [5] J. J. Lee, J. W. Kwon, M. A. Jung, S. R. Lee, Fingerprinting Bayesian Algorithm for Indoor Location Determination, The Journal of The Korean Institute of Communication Sciences, (2010), Vol. 35, No. 6, pp [6] B. C. Bae, Y. S. Nam, Localization Using Extended Kalman Filter based on Chirp Spread Spectrum Ranging, The Institute of Electronics Engineers of Korea - System and Control, (2012), Vol. 49, No. 4, pp [7] Retrieved: November 7 (2016). [8] R. Y. Geun, Y. J. Park, A Study on A* Algorithm Applying Reversed Direction Method for High Accuracy of the Shortest Path Searching, The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems, (2013), Vol.12, No.6, pp.1-9. [9] Y. H. Lee, S. W. Kim, A Hybrid Search Method of A* and Dijkstra Algorithms to Find Minimal Path Lengths for Navigation Route Planning, Journal of The Institute of Electronics and Information Engineers, (2014), Vol. 51, No. 10, pp ISSN: X JNCIST 2016 NCISTRC 107

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1. KT 올레스퀘어 미디어파사드 콘텐츠 개발.hwp

1. KT 올레스퀘어 미디어파사드 콘텐츠 개발.hwp Journal of Next-generation Convergence Information Services Technology Vol.4, No.1, June (2015), pp. 1-8 차세대컨버전스정보서비스기술논문지 KT 올레스퀘어 미디어파사드 콘텐츠 개발 Media Fasade Contents Development of KT Olleh Square 김동조