LBS 구현 기술

앞서 작성한 포스트에서는 LBS 개요를 개괄적으로 작성하였다.
하지만 정작 구현에 있어서 필요한 기술부분은 포스트하지 못하였는데 이번 포스트에서 다뤄보도록 하겠다.

LBS에 사용되는 기술을 나열하자면
  - RFID 기반
  - Cell 기반
  - GPS 기반
등으로 나열해볼 수 있다.

그럼 이번 위 기술들을 어떻게 이용하여 LBS를 어떻게 구현할 수 있는지와 실제 이용사례들을 살펴보겠다.

RFID(Radio Frequency Identification) 는 RFID태그와 RFID판독기간에 전파를 통해 정보를 얻는 기술이다.
(이번 포스트는 LBS의 기술에 대해 집중적으로 다루며 기타 세세한 용어정리나 개념들에 대해서는 다루지 않는다.)
이 기술의 태그는 능동형과 수동형으로 구분이 되며
능동형 RFID tag는 고유한 송신기와 전원장치를 내장하고 있으며 또한 인식반경은 20m~100m이다.
수동형 RFID tag는 RFID판독기가 보내는 전파를 반사하며 인식반경은 수cm~5m정도이다.
이러한 RFID 기반 LBS사례를 보자면
아직 실제 구현된 사례는 찾아볼 수 없으나 논의되고 있는 사례로는
휴대폰의 GPS를 이용한 LBS서비스가 해결하지 못하는 지하, 건물 내 등의 장소에서 RFID를 이용하여
LBS 연동을 지원하는 통신 및 서비스 연동 규격등이 있으며,
실제 사용되고 있는 사례로는 PAC-LAN 게임 등이 있겠다.

[LBS_2 : RFIDtag를 이용한 pac-lan게임]

RFIDtag는 실제 이용반경공간이 좁다는 단점이 있으나, 앞으로 소개할 Cell, GPS기반과 비교하였을 때
매우 정확한 위치를 제공하고 있다는 장점이 있다.
또한 아직 RFID는 성숙하지 않은 한창 발전단계에 있는 기술이므로 눈여겨 볼 필요가 있겠다.

Cell을 이용한 LBS방식은
이동통신 기지국을 이용한 방식으로서 가입자와 연결된 기지국을 중심으로 500~1500m의 오차범위에서
사용자의 위치를 파악할 수 있다.
이 방식의 단점은 위에 기술한대로 오차범위가 매우 넓은 편이기때문에 대략적인 위치 파악만 가능하다는 것이며
이동통신 기지국을 이용하는 방식이기때문에 완전 이동통신사에 의존적 서비스일 수 밖에 없다는 것이다.
그에 반해 중계기 등을 이용하여 건물 내 및 지하등의 위치도 찾을 수 있으며
단말기에 하드웨어, 소프트웨어의 추가없이 이용이 가능하다는 장점이 있다. (이는 GPS의 단점이기도 하다.)

※ Cell이란 용어에 대해 간략히 소개하자면 이동통신 기지국은 모두 커버할 수 있는 지역적 한계점이 있다.
   때문에 이러한 지역적 한계점에 의하여 또다른 기지국이 한계를 보완하여야 한다. 그렇게 각 기지국은 저마다의
   커버가능한 지역적 공간이 존재한다. 이 커버할 수 있는 지역적 공간을 Cell이라 한다.

그럼 이상 Cell을 이용한 LBS를 보았는데 이러한 Cell을 이용한 측위방식들에 대해서 알아보자.

1. Cell ID방식

이통사의 기지국마다 Cell ID가 있는데, 이용자가 속한 기지국의 Cell ID를 통해서 거리를 측정하는 방식이다.

2. Enhanced Cell ID 방식
Cell ID방식에 기지국과 단말기간의 거리정보를 추가하여 정확도를 높인 방식이다.
GSM방식의 이동전화에서 사용되는 기술이며,
국내에서는 신호세기정보를 추가하여 좀 더 정확한 정보를 제공하고 있다.

3. 삼각법(Triangulation)
다수(보통 3개)의 기지국으로부터 위치를 받아 이를 통해 측위하는 방식이다.
AOA, TOA, TDOA 등의 방식이 이에 속한다.
   3-1> AOA(Angle of Arrival)
      이용자의 단말기로부터 들어오는 전파의 도래각을 기지국에서 측정하여 위치측위하는 방식이다.
      2개의 기지국만으로 위치를 판단할 수 있는 장점이 있으나,
      기지국마다 다각도의 전파를 수신할 수 있는 안테나가 필요하여 시스템 구축에 따른 비용이 크며,
      도심지 LOS(주파수라인)확보가 어렵고 반사신호, 다중경로 등으로 위치오차발생 가능하다는 단점이 있다.
      실제 비용측면에서도 상용화가 힘든 측위법이다.

   3-2> TOA(Time of Arrival)
     단말기로부터 신호를 수신한 1개의 기지국을 중심으로 다른 두개의 기지국에서 수신한 신호와의 신호도달 시간을
     이용하여 측위하는 방식이다. 단말기와 기지국 모두 절대적인 시각정보가 필요하고 동기화 되어야 하여
     역시 상용화가 힘든 측위법이다.

   3-3> TDOA(Time Difference of Arrival)
     현재 이동통신기술에서 사용할 수 밖에 없는 기술이 TDOA이다.
     이용자가 속한 기지국의 신호와 인접 기지국들로부터의 신호 도달 시간 차이를 이용하는 기술로
     원거리 측정이 가능하며 실외나 장애물이 없는 경우에는 보다 정확한 측위가 가능하다.
     TOA와 달리 기준시간은 필요없다. 하지만 AP간의 시간 동기화는 필요하며 기지국과 이용자사이에 중계기 등을 통하는
     경우에는 값이 길게 잡혀 오차의 원인이 되기도 한다.

          [Cell-ID]          [Enhanced Cell ID]   [Time Difference of Arrival]     [Angel of Arrival]         [Enhaced Observed
  [LBS_3] 여러 Cell방식에 대한 그림의 예                                                                                 Time Difference]

이상의 측위방식 외에도 LPM(Location Pattern Mapping / 주파수 패턴 매칭방식)라는 기술이 있다.
이 기술은 라디오카메라를 이용하여 위치를 결정하는 기술이다.
휴대폰은의 신호는 여러 기지국에 신호를 보낸다. 신호를 받는 기지국은 유동적인 이 송신자의 신호를 분석하고
이 신호에 대하여 기지국이 가지고 있는 Database와 비교분석을 하는 측위방식이다. 이 방법은 매우 유효할 수 있는 것이
이러한 신호를 분석을 통해 왜곡된 신호를 바로 잡을 수 있기 때문에 정확한 위치를 결정할 수 있게 되는 것이다.
따라서 이러한 방법은 도심에서 더욱 그 효력이 발휘된다.

이상 Cell방식을 살펴보았는데 이러한 Cell방식은 신호의 시간과 왜곡, 주변 환경, 그리고 기지국의 상황등의
여러 변수가 있으며 결저적으로 기지국간에도 커버, 혹은 주파수의 신호세기가 약해지는 기지국의 상대적 비영향권지역은
매우 저조한 정확도를 보인다.
앞선 포스트에서 말했듯이 아직은 GPS에 비하여 정확도에 있어서 부족함을 보이고 있는데
그럼 GPS는 어떤 기술인지 자세히 살펴보자.

GPS (Global Positioning System)는 24개의 GPS위성(실제 보충위성 3개 포함하여 27개)이 서로 다른 궤도로
지구 대기권을 계속 회전하며 지구의 장소와 시간에 구애받지 않으며 4개 이상의 위성신호를 얻어
신호발신지의 위치를 정확히 측정하는 시스템이다.
GPS 위성이 지속적으로 ID, GPS 시각, 자취모델을 전송하고 또한 GPS단말기에서 수신한 위성정보를 분석하여
위성으로부터 거리 차를 계산하여 교차 위치를 제공한다.
A-GPS기술은 GPS에서 발전된 기술로서
단말기가 수신한 위성정보와 기지국에서 수신한 위성정보를 활용하는 방식으로
단말기와 기지국은 서로 위성정보를 주고받으며 단말기의 정확한 위치파악을 지원한다.

[LBS_4 : GPS 단말기 화면, 화면에서 볼 수 있듯이 매우 정확한 단말기의 위치정보를 확인할 수 있다.]
하지만 이러한 GPS의 장점은 위성을 이용한다는 한계점에 의거하여 앞선 포스트에서 소개했듯이 실외의 지상에서만
이용이 가능하다는 단점이 존재한다.

그렇다면 LBS를 어떠한 서비스에 근거하여 제공하여야할 것인가?
그에 대한 것은 각 서비스들의 장단점을 비교한 그림을 제공할테니 사업자의 선택에 맡긴다.