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1 Special Theme u-lbs LBS 측위 기술 현황 및 고도화 이슈 한규영 SKTelecom Network Biz Solution팀 차장 최완식 TTA LBS PG 의장, ETRI 텔레매틱스연구부 위치정보기술연구팀 팀장 전주원 TTA LBS PG 부의장, KTF 연구개발원 차세대서비스개발팀 안준배 쏠리테크 연구개발부 책임연구원 1. LBS 측위 기술 및 현황 위치기반서비스 (Location Based Service: LBS) 제공을 위한 위치 측위 기술은 아래에 기술한 바와 같이 이동단말기의 위치를 측정하기 위해 이동통신망의 기지국 셀 정보인 RF 전파환경 정보를 이용하여 소프트웨어적으로 위치 를 계산하는 네트워크 기반 (Network Based) 방식과 이동단말 기 내에 장착된 GPS (Global Positioning System) 수신기를 이용한 GPS 측위 방식으로 크게 분류할 수 있으며 그 사용 용 도는 GPS가 수신되는 지역(보통 실외)에서는 GPS 방 식의 측위를 수행하고 GPS 음역지역(보통 실내)에서는 네트워크 방식 측위를 수행함으로써 seamless한 측위 에 기반한 LBS 서비스를 제공한다. 1.1 GPS 방식 측위 기술 및 현황 GPS 측위 방식으로는 A-GPS 방식과 Conventional (Autonomous) GPS 방식으로 분류할 수 있다. 보통 무선통신망을 이용하는 A-GPS 측위 방식은 GPS 수신기를 내장한 이동단말기와 이동통신망 내 에 설치한 위치 측위 서버인 SLP (SUPL Location Platform) 간에 OMA SUPL (Secure User Plane Location) 규격을 이용하여 위치 계 산 과정을 수행하게 되는데, 이 중에서 A-GPS 측위를 (Radio Resource Location Protocol) 위한 프로토콜인 SUPL POS (RRLP 를 내장한 A-GPS 프로토콜)를 통한 메시지 송수신으 로 단말기의 위치를 결정한다. 이때, GPS 위성에서 4 개 이상의 위성신호가 수신될 경우에 GPS 방식의 위치 계산을 수행하기에 위치 결정이 매우 정확하고 GPS 위 성을 수신할 수 있는 지역 즉, 실외 지역 (Outdoor) 환경에 서 주로 사용된다. A-GPS의 세부 위치 측위 방식에는 MS-Assisted 방식과 MS-Based 방식으로 나눌 수 있는 데, MS-Assisted 방식은 단말에서 신호 수신이 가능한 위성정보를 수신하여 위치 측위 서버에 전달하면 위치 측위 서버 (SLP) 는 해당 정보를 이용하여 측위 하는 방식 이고, MS-Based 방식은 위치 측위 서버 또는 위성정보 제공 서버에서 저장하고 있는 위성정보를 단말의 요구 에 의해 위치 측위 서버에서 단말에 내려주고 이를 이 용하여 단말에서는 위치 측위를 하는 방식을 말한다. 또한, Conventional(Autonomous) GPS는 위치 측위 서버 등의 도움을 전혀 받지 않고 단말 자체에 내장된 GPS 수신 안테나 및 측위 알고리즘을 이용해 단말 자 체적으로 GPS 방식 위치 측위를 수행하는 방식이다. 이 동통신 사업자의 경우에는 이동통신망 내에 GPS 측위 40 May June 2009

2 IT Standard & Certification 를 위한 위치 측위 서버(CDMA: PDE, GSM/W-CDMA: SLP)를 설치하여 MS-Assisted 방식 측위와 MS-Based 방식 측위를 모두 제공하고 있으며 GPS 측위를 이용한 대표적인 제공 서비스로는 친구찾기, 내 위치 조회, 폰 내비게이션 서비스 및 자녀 안심 서비스 등을 제공한 다. GPS 칩 업체 등의 경우에는 기존 conventional GPS 측위 방식의 단점인 Cold Start 시간의 지연 요소를 제 거하기 위해 위성정보 제공 서버를 별도로 구축하여 단말에 제공함으로써 MS-Based 방식의 A-GPS를 제 공하고 있다.(주로 내비게이션 및 개인의 내 위치 조회 를 기반으로 한 서비스 사업 중심으로 전개) 또한, GPS 방식 측위 정확도 향상을 위해 GPS 위성에 GLONASS 위성 또는 갈릴레오 위성을 보조적으로 수신 하여 사용할 수 있도록 GPS 칩 및 위치 계산 기술 등의 개발이 이루어지고 있고 그와 더불어 추가적인 측위 정 확도 향상을 도모하기 위해 GPS 신호에 대한 보정 신호 를 전송할 수 있는 SBAS 위성 등을 활용하여 전반적으 로 위치 정확도의 향상과 GPS 서비스 커버리지를 넓히 는 방향으로 기술개발이 활발히 이루어지고 있다 1.2 네트워크 방식 측위 기술 및 현황 네트워크 기반의 위치측위기술은 기지국 단위 반경 의 중심점을 측위 정보로 제공하는 셀 ID 방식, 이동단 말기에서 보내는 신호를 기지국에서 수신하면서 방향 각 (LOB: Line Of Bearing) 을 계산하여 위치를 계산하는 AOA (Angle Of Arrival) 방식, 3개 이상의 기지국에서 발사한 전파의 도 착시간으로 이동단말기에서 위치를 계산하는 TOA (Time Of Arrival) 방식, 그리고 이동단말기에서 3개의 기지국으로 부터 수신한 파일롯 (Pilot) 신호의 도착시간 차이를 측정 하여 기지국 간의 거리 차이를 계산하여 얻어진 2개의 쌍곡선 (Hyperbola) 이 교차하는 지점을 이동단말기의 위치 로 결정하는 TDOA (Time Difference Of Arrival) 방식(W-CDMA의 OTDOA (Observed Time Difference Of Arrival) 및 GSM의 E-OTD (Enhanced Observed Time Difference) 방식이 이에 해당) 및 서비스 대상 지 역을 격자로 분할하고 각각의 격자에 기지국 특성 데 이터를 수집하여 데이터베이스화 한 다음 측위 요청한 단말에서 측정한 RF 전파 특성 정보와 기 구축한 데이 터베이스의 정합 정도를 판단하여 가장 적합하게 정합 되는 격자를 측위 결과로 선택하는 RF Fingerprint 방 식 및 기지국 간 신호세기의 차에 의해 위치를 계산하 는 방식인 RSSI (Received Signal Strength Indicator) 측위 방식 등으로 분류할 수 있다. Non GPS 이동통신단말의 경우에는 실내외 지역 모 두에서 네트워크 측위 방식이 사용되지만 GPS가 탑재 된 이동통신단말의 경우에는 실외 (Outdoor) 에서는 GPS 측 위를 기본 측위로 사용하고 GPS 신호를 수신할 수 없 는 실내 (Indoor) 에서는 네트워크 방식 위치 측위를 사용하 는 형태로 실내외 지역 모두에 대해 측위 가능하도록 제공하고 있다. 상기에서 언급한 이동통신망을 이용한 위치 측위 기 술의 경우 비동기 이동통신망의 측위 방식(OTDOA, E-OTD)의 경우에는 주로 북미 지역 및 유럽 지역에 서 기지국마다 기지국 동기를 맞추기 위한 목적으로 LMU (Location Measurement Unit) 를 추가 설치하여 일부 사업자가 상용화하여 서비스하고 있고, Fingerprinting 방식의 경 우에는 대한민국의 A사에서 A-GPS 측위 정보를 활용 하여 자동으로 패턴 데이터베이스 형태로 전국에 데이 터베이스를 구축 및 주기적으로 업그레이드하여 서비 스를 제공하고 있다. 현재의 이동통신망을 이용한 네 트워크 방식 위치 측위 정확도 개선을 위한 연구개발 활동은 네트워크 측위 정확도 오차에 가장 크게 영향 을 미치는 다량의 중계기 사용에 의한 거리 왜곡 문제 를 해결하는 것이 급선무라고 할 수 있다. 따라서, 중 Special Report 2 TTA Journal No

3 Special Theme u-lbs 계기와 기지국을 구분할 수 있는 식별자를 추가하는 방법에 대한 연구 및 개발이 진행 중에 있는데 이는 추 가되는 가격적인 문제와 기 설치된 중계기의 업그레이 드 문제가 있는 관계로 실제 상용화하기에는 상당한 문제를 내포하고 있다고 할 수 있다. 다음으로 중계기 문제를 해결할 수 있는 방법으로 중계기를 포함한 모 든 데이터베이스를 구축하여 격자마다 데이터베이스 화 하는 기술인 Fingerprinting 측위 방식이다. 이 방식 은 위치 측위 정확도 추가 개선을 위한 미 구축 지역에 대한 패턴 데이터베이스의 추가 구축 방법에 대한 연 구개발 등을 수행하고 있다. 다만, 이동통신망을 이용 한 네트워크 측위 방식은 기본적으로 기지국 커버리지 가 큰 관계로 측위 정확도 향상에는 일정 수준의 한계 가 있을 수 있고 시내를 벗어난 시 외곽 지역의 경우에 는 기지국이 하나 또는 2개만 수신되는 지역이 많기 때 문에 서비스 사용자가 요구하는 수준의 측위 정확도를 만족하기에는 일정 부분 어려움이 있다. 2. 이동통신망을 이용한 측위 표준화 현황 이동통신망을 이용한 측위 표준화는 아래에 언급한 바와 같이 표준화 추진단체 및 특성에 따라 동기식, 비 동기식 표준과 User Plane 방식이 있다. 2.1 동기식 이동통신 측위 표준화 현황 동기식 이동통신 기술인 CDMA의 경우는 IS 에서 GPS 측위를 위한 표준화 규격이 정의되어 있 고, 네트워크 측위의 경우에는 J-STD-036 규격으 로 정의되어 있다. 상기에서 기술한 IS 규격과 J-STD-036 규격은 다시 3GPP2에 의해 받아들여져 규 격화 되어 정의되어 있고 J-STD-036 규격에는 미국의 FCC에 의해 규정된 GPS 측위 및 네트워크 측위 정확도 기준이 추가로 정의되어 있다. 2.2 비동기식 이동통신 측위 표준화 현황 비동기 이동통신 기술인 GSM, W-CDMA의 경우에 는 3GPP 규격에서 상세 측위를 위한 표준이 정의되어 있는데, GPS 측위를 위해 RRLP (Radio Resource Location Protocol), RRC (Radio Resource Control) 에 규격이 정의되어 있으며 네트 워크 측위를 위한 RF 무선환경 파라미터 수집을 위 한 Call Flow 등도 규격에 정의되어 있다. 또한, 3GPP 규격에서 권고한 네트워크 측위 방식으로는 Cell-ID, Enhanced Cell-id 및 E-OTD(GSM), OTDOA(W-CDMA) 등의 측위 규격이 정의되어 표준화되어 있다. 2.3 User Plane 방식 이동통신 측위 표준화 현황 기존의 3GPP 및 3GPP2 규격에서 정의한 측위 표준 의 경우 각각의 특징적인 이동통신 네트워크에 특화 <표 1> 이동통신망을 이용한 측위 방식 비교표 측위 표준 규격 단말 연동 방법 지원 측위 기술 네트워크 측위 방법 정의된 규격 비고 OMA User Plane GPS, 네트워크 측위 3GPP Control Plane GPS, 네트워크 측위 Cell-ID, Enhanced Cell-ID, AFLT, OTDOA, E-OTD Cell-ID, Enhanced Cell-ID, E-OTD, OTDOA 3GPP2 Control Plane GPS, 네트워크 측위 Cell-ID, AFLT OMA 1.0, OMA 2.0 3GPP, RRLP,RRC 3GPP2, IS-801-1, J-STD-036 현재 대부분의 서비스 사업자가 채택 일부 서비스 사업자 채택 Non-GPS 네트워크 측위에 대해서만 채택 42 May June 2009

4 IT Standard & Certification 된 Control Plane 방식의 측위 규격을 정의한 것에 비해 (Open Mobile 이동통신 사업자가 중심이 되어 제정한 OMA Alliance) 규격의 경우는 어떤 특정한 이동통신 망이나 이 동통신 규격(CDMA (Code Division Multiple Access) (Global System for, GSM Mobile communications), W-CDMA (Wide-band CDMA), WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), LTE (Long Term Evolution), Wi-Fi 등 지 원 가능)에 의존하지 않고 유연하게 측위 가능하도록 규격을 정의함으로써 모든 이동통신망을 측위를 위한 경로로 사용 및 측위 파라미터 수집용으로 사용할 수 있도록 규격화한 표준으로 현재는 거의 대부분의 서비 스 사업자에서 본 규격을 수용하여 LBS 측위를 도입하 고 있다. 2.4 휴대인터넷 측위 표준화 현황 휴대인터넷 측위 표준화는 이동통신 측위 표준화와 마찬가지로 GPS, 네트워크 측위 등이 정의되어 있으며 특히 중계기를 위한 측위 방식도 정의되어 있다. 중계 기를 위한 측위는 실내 LBS의 위치 정확도를 위해 필 요하다. LBS가 한때 휴대인터넷의 킬러 애플리케이션 으로 부상하기도 하였으나 GPS 없이는 위치 정확도가 떨어지고 실내에서는 정확한 위치를 찾기 어려워 LBS 의 활성화가 이루어지지 않으므로 실내 또는 옥외 음 영지역에서 쓰이는 휴대인터넷 중계기를 이용한 측위 개선이 필요하다. 중계기는 휴대인터넷 기지국 신호를 그대로 전달하기 때문에 단말기에서는 중계기 신호와 기지국 신호의 구별할 방법이 없어 위치 정확도가 현 저히 떨어진다. 따라서 이를 구별할 방법으로 크게 두 가지 방식이 있다. 특정 신호를 사용자로 방사하여 사 용자가 중계기 신호를 인식하도록 하는 방식과 기지국 과 사용자의 신호를 분석하여 사용자의 유무를 알아내 는 방식이 있다. 중계기를 위한 측위 방식이 활용될 경 우 RFID와 같이 특정지역에 설치되어 주변 사용자를 분석 제공할 수 있으므로 지역 광고, 주차구획 구별 등 의 BM (Business Model) 을 많이 창출할 수 있어 향후 LBS BM 마련에 큰 역할을 할 것이다. 3. 유비쿼터스 기술을 이용한 측위 기술 및 개발 현황 유비쿼터스 측위 기술로는 Bluetooth, ZigBee, RFID (Radio Frequency IDentification), Wi-Fi (무선 LAN) (Ultra WideBand), UWB 등의 무선 통신방식을 이용하여 측위할 수 있으며 이 동통신망에 비해 훨씬 작은 커버리지를 가지고 있기 에 이동통신망과 결합하여 이동통신망의 실내 측위 정 확도 향상에 기여하는 방향으로도 발전이 가능하고 쇼 핑, 항만, 물류, 의료, 국방, 조선, 건설, 안전 등의 용 도로 제한적(국지적)인 지역에 별도의 유비쿼터스망을 설치하여 위치에 기반한 다양한 용도로 사용자에게 부 가적인 편의성을 부여할 수 있는 서비스로도 제공 가 능하다. 이와 같은 유비쿼터스 측위 기술을 이동통신망에 적 용하려면 이동단말에 해당 무선통신 기술을 지원할 수 있는 칩이 추가 탑재되어야 하고 단말과 서버 간에 SUPL (Secure User Plane Location) 프로토콜에 의한 Flow 수행 시, 기지국들의 RF 무선환경 정보와 더불어 단말에 탑재된 유비쿼터스 칩에서 수집한 유비쿼터스 무선환경 정보 도 동시에 수집해 위치 측위 서버에 전송할 수 있어야 한다. 현재 OMA 규격 상으로는 OMA 2.0 규격에서 이 동통신망의 RF 무선환경 정보와 Wi-Fi 정보를 동시에 수집해 전송할 수 있는 규격이 정의되어 있어서 이동 단말에 Wi-Fi 칩만 탑재되면 이동통신에서 제공하는 기지국 무선환경 정보와 Wi-Fi 망에서 제공하는 Wi- Fi 무선환경 정보를 동시에 제공받아 실내 또는 GPS 음영지역에서 좀 더 정확도가 높은 측위를 선택하도록 Special Report 2 TTA Journal No

5 Special Theme u-lbs 함으로써 실내외 연속 측위 서비스 제공 시 Wi-Fi 환경 이 구축된 환경 하에서는 측위 정확도의 향상을 기대 할 수 있다. 개별 유비쿼터스망 구축에 의한 유비쿼터스 측위 기 술의 기술개발 추진 동향은 Bluetooth, ZigBee, RFID, Wi-Fi, UWB 등의 무선통신방식 별로 무선환경 정보 를 수집할 수 있는 태그 또는 센서 (Device) 와 이를 감지하 는 기능을 담당하는 리더기 또는 AP (Access Point) 등을 결합 하여 센서 네트워크 형태로 구성하여 개발하고 있으며 점차적으로 태그 측면에서는 능동형 태그 형태로 발전 하고 있어서 위치 요구 시 단순하게 특정 태그 또는 특 정 디바이스의 위치를 감지하여 이용하는 기술에서 이 동통신의 네트워크 측위의 경우와 동일하게 측위 시마 다 실시간으로 측위 계산을 수행하여 그 결과를 다양 (Real Time Location System) 한 용도로 사용 가능하도록 하는 RTLS 측위 기술로 발전하고 있는 추세이며 해당 RTLS 측위 를 이용한 다양한 솔루션 도출을 위해 산학연 공동으 로 연구 및 개발이 진행 중이다. 개별 유비쿼터스 측위 기술은 현재, RTLS(국내의 경 우 ZigBee, RFID, Wi-Fi를 이용한 유비쿼터스 RTLS 기술은 ETRI 컨소시엄 및 산업체를 중심으로 활발하 게 기술을 개발하고 있으며 2010년 경에는 본격 상용 화 예상)를 중심으로 개발되고 있고 RSSI, TDOA 및 Fingerprint 등의 측위 기술이 주로 위치 측위를 위해 사용되고 있는데 그 연구 목표는 측위 정확도 3m 내외 달성과 유비쿼터스망을 신규로 설치하는 경우에 태그 및 리더기 등의 가격 경쟁력 확보와 크기의 최소화가 관건이라고 할 수 있다. 다양한 RTLS 기술개발 과제 중 ETRI에서 공동 연구기관과 함께 추진 중인 실내외 연 속 측위 기술개발 과제 의 경우를 예로 들어 보면 실외 지역은 GPS, 실내 및 GPS 음영지역의 경우는 Wi-Fi 무 선통신을 이용한 Fingerprint 기술을 적용하여 실내외 연속 측위 과제를 수행 중인데, 실내외에서 seamless 한 측위정보 제공을 위해 GPS와 실내 무선통신 인프라 를 복합적으로 사용할 수 있도록 고려하였고 위치기반 서비스의 시장경쟁력을 위해 저가의 서비스 이용료 확 보, 실내외 seamless 측위를 위해 기존의 가용 측위 리 소스를 최대한 활용하되 서비스 요구 정확도/신뢰도 만족을 위하여 필요 시 최소한의 리소스를 추가하는 방식으로 측위 기술이 개발되었다. 측위 계산 방법은 측위 단말에서 AP로부터 수신된 신호세기를 기 구축한 Fingerprint DB와 비교하여 위치 를 계산하는 방식과 가용 AP가 적은 경우에 대하여는 신호세기에 대한 가중치로서 위치를 결정하는 방식이 복합적으로 구현되어 있는데 현재까지 시험 결과 정확 도 평균치가 3m 내외로 발표되었다. 이상에서 살펴본 유비쿼터스 기반의 측위 기술 및 개 발 현황에서 향후의 유비쿼터스 측위 기술의 발전 방향 은 위치 측위 정확도에 많은 영향을 초래하는 예외적인 상황에서의 측위 정확도의 향상에 초점을 맞추어 진행 하고 이의 진행에 따른 많은 지적재산권을 확보해야 하 며 유비쿼터스 네트워크를 추가적으로 구축함에 따른 비용이 많이 소요되는 관계로 태그 및 리더기 등의 칩 원가 절감 노력을 동시에 수행해야 사용자가 요구하는 수준의 서비스가 제공 가능할 것이다. 이와 더불어 정 부 및 관련 기관에서 많은 노력을 기울여 측위 기술 개 발 및 시범 사업 외에도 서비스 확산에 실제적인 기폭 제가 될 수 있는 킬러 응용 서비스의 병행 개발이 필요 하고 유관기관 간의 컨센서스 확산이 시급하다. 44 May June 2009

6 IT Standard & Certification [참고 문헌] [1] 3GPP TS V7.4.0: Technical Specification Group Services and System Aspects; Location Service (LCS); Service Description; Stage 1 (Release 7) [2] 3GPP TS V7.5.0: Functional Stage 2 Description of [5] 3GPP2 N.S0030 Enhanced Wireless Phase 2 [6] 3GPP2 C.S0022-0_v3.0 Position Determination Service Standard for Dual Mode Spectrum Systems (IS-801-1) [7] OMA-AD-SUPL-V1_0 SUPL User Plane Location Special Report Location Service (LCS) (Release 7) [3] 3GPP TS V7.1.0: Location Service (LCS); Supplementary service operations; Stage3 (Release 7) [4] 3GPP TS V7.3.0: Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network; Location Service (LCS); Mobile Station (MS) - Serving Mobile Location Centre (SMLC) Radio Resource LCS Protocol (RRLP) (Release 7) Architecture [8] OMA-TS-ULP-V1_0 User Plane Location Protocol [9] OMA-AD-SUPL-V2_0 SUPL User Plane Location Architecture [10] OMA-TS-ULP-V2_0 User Plane Location Protocol [11] 한규영, LBS 기술 현황 및 서비스 전망, LBS 산업협의 회, 정보통신용어해설 Multi-User MIMO Multi-User MIMO, MU MIMO [무선] MIMO의 진화 기술의 일종으로 SDMA (Spatial Division Multiple Access) 라고도 한다. 다수의 사용자에게 안테나 자원이나 무선 공간 자원을 분배하는 방식으로 통신 용량을 증가시키는 기술이다. 차세대 무선 통신 시스템의 핵심기술로 3GPP LTE, WiMAX Evolution 등에서 채용하고 있다. TTA Journal No

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