[ 차세대이동통신 ] 실내측위성능향상을위한 LPPe2.0 측위프로토콜표준화진행중 최근들어스마트폰의보급확대에따른단말의이동성증대와 App 중심의모바일서비스생태계내에서위치기반서비스가차지하는비중이커지면서, 대부분의모바일사용자가생활하는실내공간에서의측위성능향상이중요한이슈로부각되고있다. 현재 OMA LOCation WG 내에서는이러한시장의필요성에부응하기위해실내측위의성능을향상하기위한 LPPe2.0 표준이승인되었으며, 현재기술규격이논의중에있다. LPPe(LTE Positioning Protocol extension) 는 3GPP의 LPP 표준을 Userplane용으로확장한이동통신단말과서버간측위용프로토콜을의미하며, 기존 LPPe1.0 내에서는네트워크및 GNSS 기반측위방법및측정 / 보조정보제공등을지원하고있다. 하지만기존측위방법들은실내환경에서적용할때위치정확도가떨어지며, 비표준화된측위방법을통해고정밀실내측위를제공하기위해서는추가적인인프라설치에따른비용이증가되는문제점이있다. 본고에서는상기문제점을극복하기위해현재까지 OMA LOCation WG 내에서논의된 LPPe2.0의표준기술의범위및주요논의내용을다루고자한다. LPPe2.0 표준기술범위및주요내용 현재까지실내측위성능향상을위해 LPPe2.0 내에포함된요구사항들은다음과같이분류할수 있다. (1) 전파특성정보전달 (Radio Characteristic Information) 실내환경에서전파의비가시성, 다중경로페이딩, 신호의감쇠및차단등은실외측위대비하여실내측위를더욱어렵게하는원인이다. 하지만만약적절한전파예측모델, 측정값에대한오차보정정보, 단말-AP간방향및투과벽의개수등의전파특성정보가보조정보형태로단말에전달된다면, 실내측위성능을보다향상시킬수있다. (2) 영상기반상황인지방법 (IRB: Image Recognition Based method) 본요구사항은단말기의카메라영상정보를측정정보로활용하여단말의위치를추정하는기술이다. 구체적인적용예는다음과같다. 우선이통단말에장착된카메라로부터사진을찍고, 사진에서영상특징점 (image feature) 을추출한다. 이어추출된영상특징점은서버로전송되고, 서버에서영상DB(scenary image DB) 와비교하여최적매칭값을찾아내고이와연계된위치정보를이통단말의위치로인식한다. 최종적으로계산된위치및방향정보는이통단말로전송된다.
< 그림 1> IRB 개념도 ( 출처 : OMA-RD-LPPe-V2_0-20130521-C) (3) 보행자용추측항법기반측위방법 (PDR: Pedestrian Dead Reckoning) 본요구사항은단말기의가속도계, 자이로, 지자기계등의센서정보를측정정보로활용하여단말의위치를추정하는기술이다. 구체적인적용예는다음과같다. 단말기반 PDR의경우, 이동단말은보행자의보폭을정확하게추정하기위한보폭추정용모델에대한보조정보를서버에요청한다. 이어서버는전송된센서종류및보행자상태를기반으로보폭추정용모델파라미터를서버에제공한다. 단말보조 PDR의경우, 서버는네트워크및 GNSS 측정정보제공이어려운실내환경에서복합측위등에활용하기위해센서측정정보를요청한다. 이어이동단말은측정시간및보폭당센서측정정보 ( 실시간또는과거 ) 등을서버에전송한다. 최종적으로서버는수신된정보를기반으로 PDR 기반실시간또는과거위치정보를계산한뒤단말에전송한다. < 그림 2> PDR 개념도 ( 출처 : OMA-RD-LPPe-V2_0-20130521-C) (4) 단말보조기반운동서브상태제공 (UE-assisted motion sub-state) 본요구사항은기존 LPPe1.0에정의된운동상태 (motion state) 에추가하여운동서브상태를제공함을목적으로한다. 하나의실시예로써아래그림에서보행자에대한단말보조기반운동서브상태제공하는절차를나타내고있다. 보행자에대한단말보조기반운동서브상태는단말의
운동상태가보행자모드일때, 보행자의자세또는상황을결정하는것을의미한다. 이러한정보는위치, 속도, 방향과같은일반적인상태정보에추가해서실내위치기반서비스에새로운상태정보로써중요하다. 일례로단말의운동서브상태가 보행중바지주머니속 이라고결정가능하고현재벨소리가무음모드라면, 자동으로벨소리모드로변경되는것이사용자에게통화알림을제공하는데도움이될것이다. 뿐만아니라, 이러한정보는 PDR 측위제공시해당운동서브상태에적합한추정모델 ( 예를들면보폭수, 보폭, 방향추정모델등 ) 의제공하는데도움을줄수있다. 1) Feature extraction from raw data of sensors 3) Calculate pedestrian motion state 2) Send the features for pedestrian motion state UE 4) Provide the result of recognized pedestrian motion state Location Server < 그림 3> UE-assisted motion sub-state 개념도 ( 출처 : OMA-RD-LPPe-V2_0-20130521-C) (5) 지도속성정보제공본요구사항은측위결정시도움이되는실내및실외지도의속성정보제공을목적으로한다. 실외지도의경우, 사용자가제한된영역 ( 예 : 도로, 강등 ) 을따라이동하는경우단말측위시에유용한구속조건 ( 예 : 네트워크데이터및관련메타정보등 ) 을제공할수있다. 유사하게실내지도의경우에도제한된영역 ( 예 : 건물내허용범위등 ) 내경계정보 ( 예 : 벽, 보행로, 출입구, 엘리베이터, 에스컬레이터등 ) 등을포함할수있으며, 경로안내에필요한경로정보 ( 예 : 경로상노드 / 링크정보등 ) 를제공할수있다. (6) 단말스스로의위치및측정정보에대한 Crowdsourcing 지원본요구사항은다수의단말들로부터상호참조가능한복수의측위방법들로부터얻은측정값을활용하여단말위치가아닌측위인프라의위치를결정하는방법을의미한다. 예를들어, 한단말이첫번째측위방법으로측위정보를수집하면서동시에두번째측위방법으로부터측정정보를획득한다면, 서로다른두가지측위방법은서로독립적이기때문에첫번째측위방법의측위정보를활용하여두번째측위방법에사용된측위인프라의변화 ( 예 : 생성, 이동, 제거등 ) 를판단할수있다. 뿐만아니라단말은서버로부터언제어떤조건하에 crowdsourcing된정보를전달해야하는지지시되어야할수있다. 예를들어, 단말이스스로충분히정확한위치를결정할수있을때만 crowdsourcing용측정정보를저장할수있게하거나일정시간또는일정
크기, 새로운측위인프라의인식등의조건을만족할때서버로해당측정정보를전송하게할 수있다. (7) Indoor/Outdoor Transit area information 제공본요구사항은실내외연속측위를위해실내외천이영역 ( 예 : 주요건물의출입구등 ) 에대한보조정보를측위서버로부터제공받을수있음을의미한다. 이를통해, 실내외천이가일어나기전에천이이후의측위방법에필요한보조정보를미리획득하여천이과정에서측위정확도와가용도가떨어지는것을예방할수있다. 예를들어, 단말이건물내로진입하는경우측위방법이 A-GNSS에서 WLAN 측위또는 PDR로변경될수있다. 만약진입이전에출입구근처에서 WLAN 또는 PDR 보조정보를측위서버로부터제공받는다면, 연속적으로 WLAN 또는 PDR 측위방법으로변경하여실내외연속측위를가능하게할수있다. 그반대의경우도역시가능하다. (8) Radio map data 제공본요구사항은전파지도데이터제공을목적으로한다. 전파지도데이터는위치를알고있는기준위치에대한각 AP별전파수신신호세기 (RSS: Received Signal Strength) 의집합 ( 또는패턴 ) 을의미한다. 첫째로서비스준비단계에서, 서비스제공업체는서비스제공지역내에기준위치와함께각 AP별 RSS 패턴을 DB형태로저장한다. 둘째로서비스운영단계에서, 단말은측위하고자하는지점에서 RSS 패턴을획득하고저장된 DB와비교하여가장유사한패턴을가지는기준위치를단말위치로추정한다. 이러한전파지도데이터기반측위를위해단말은전파지도데이터를측위서버로부터요청하여수신받으며, 해당전파지도데이터는선택된영역에대해최적화되고단말의현재위치로갱신이될필요가있다. 이러한전파지도데이터제공을통해, 사용자는실내에서고정밀측위서비스제공, 서버기반측위시개인위치정보노출취약성극복및실시간및 low-latency 측위등을가능하게할수있다. < 그림 4> Radio map data 내기준위치및 AP 개념도 ( 출처 : OMA-RD-LPPe-V2_0-20130521-C)
(9) UE-based IRB 측위제공본요구사항은 UE-assisted IRB 측위방식에서발생할수있는연산복잡성및네트워크트래픽에따른측위결과의과도한지연현상을피하기위해, 단말에서기준위치주변에한정된부분적인 objective data로구성된 IRB 기준데이터를보조정보형태로제공받아, 단말에서 IRB 측위를수행하는것을목적으로한다. (10) 향상된 WLAN 측위정보제공본요구사항은실내에서 WLAN 측위시간단축및전력소비감소를위해, AP 리스트제공시가용한모든 AP들대신에단말의전파수신범위내에존재하는 AP들만선택적으로제공받는것을목적으로한다. 또한단말은해당 AP 리스트내의 AP에대한존재여부를측위서버에게보고함으로써, AP 리스트의유지 / 보수를가능하게할수있다. LPPe2.0 표준기술향후추진계획 LPPe2.0은실내측위성능향상을위해필요한기술들을중심으로 2012년 11월표준제안문서 (WID: Work Item Document) 가승인되었으며, 2013년 2월회의까지요구사항이최종승인되었다. 2013년 6월회의부터기술규격에대한표준문서작성이시작되었으며, 향후 1년동안해당기술규격이논의되면서완성될예정이다. 현재제안된일정에따르면시장에시기적절하게반영하기위한 fast track 형태로, 표준제안승인이후 18개월내에 Candidate enabler 승인을목표로하고있다. 궁극적으로향후 LPPe2.0 표준기술제정및보급을통해현재측위사각지대인실내환경에서실내측위의정확도및가용도등의향상을가져올수있으며, 나아가긴급구조서비스및실내정밀위치기반모바일서비스등이활성화될것으로전망된다. 조영수 ( 한국전자통신연구원지능형인지기술연구부위치 / 항법기술연구실선임연구원, choys@etri.re.kr)