실내 측위
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실내 측위(Indoor Positioning)는 위성 신호가 닿지 않는 건물·지하 공간에서 와이파이·블루투스·UWB 같은 무선 신호나 관성 센서, 지자기 등을 이용해 사람이나 단말의 위치를 추정하는 기술이다.
GPS 같은 위성항법은 하늘이 트인 실외에서는 수 미터 정확도를 내지만, 건물 안이나 지하에서는 신호가 벽에 막히고 약해져 쓸 수 없다. 그런데 사람들은 하루의 대부분을 실내에서 보내고, 쇼핑몰·공항·병원 길 안내, 공장 자산 추적, 긴급 구조처럼 실내 위치가 필요한 위치 기반 서비스가 늘었다. 이 공백을 메우는 것이 실내 측위다.
실내 측위에는 GPS처럼 하나로 통하는 기술이 없다. 이미 깔려 있는 무선랜 AP를 쓰면 추가 설비가 없지만 정확도가 수 미터에 그치고, 전용 UWB 앵커를 깔면 수십 센티미터까지 정확하지만 비용이 든다. 그래서 목적과 비용에 따라 기술을 고르고, 여러 기술을 섞어 쓴다.
| 구분 | 기술 | 원리 | 정확도(대략) | 특징 |
|---|---|---|---|---|
| 무선 신호 | 와이파이(WLAN) | 기존 AP 신호 세기(RSSI)·지문, 왕복 시간(RTT) | RSSI 3~10m, 지문 2~5m, RTT 1~2m | 인프라가 이미 있어 저비용 |
| BLE 비콘 | 저전력 블루투스 비콘의 신호 세기 | 1~5m | 저가·저전력, 비콘 설치·배터리 관리 필요 | |
| UWB | 초광대역 펄스의 도달 시간(ToA·TDoA) | 10~30cm | 정밀, 앵커 설치 비용 | |
| RFID | 태그와 리더의 근접 | 리더 범위 수준 | 물류·자산 관리 | |
| 이동통신(LTE·5G) | 기지국 신호, 5G 측위 기능 | 수~수십 m | 별도 설치 없음, 5G에서 정밀도 향상 | |
| 비무선 | 보행자 추측 항법(PDR) | 가속도·자이로 센서로 걸음 수, 보폭, 방향을 누적 | 시간이 갈수록 오차 누적 | 인프라 불필요, 다른 기술과 융합 |
| 지자기 | 건물 철골이 만든 지구 자기장의 고유 패턴을 지문처럼 사용 | 1~3m | 인프라 불필요, 사전 지도 필요 | |
| 가시광 통신(VLC) | LED 조명의 깜빡임 신호로 식별 | 수십 cm~1m | 조명 교체 필요, 가시선 필요 | |
| 영상·음파 | 카메라 영상 인식, 초음파 도달 시간 | 수 cm~1m | 연산량·설비 부담 |
가장 신호가 센 AP나 비콘의 위치를 단말 위치로 본다. 단순하지만 정확도는 AP 간격 수준이다.
셋 이상의 기준점(AP, 앵커)까지의 거리를 구해 원(구)의 교점으로 위치를 계산한다. 거리는 다음 방법으로 얻는다.
- RSSI 기반 : 신호 세기가 거리에 따라 줄어드는 경로 손실 모델로 거리를 환산한다. 실내에서는 반사·장애물 때문에 오차가 크다.
- ToA(Time of Arrival) : 신호가 도달한 시간으로 거리를 구한다. 송수신기 시각 동기가 필요하다.
- TDoA(Time Difference of Arrival) : 여러 수신기에 도달한 시간 차이로 쌍곡선의 교점을 구한다. 단말과의 시각 동기가 필요 없다.
- RTT(Round Trip Time) : 왕복 시간을 재므로 동기가 필요 없다. 와이파이 IEEE 802.11mc의 FTM(Fine Timing Measurement)이 이 방식이다.
배열 안테나로 신호가 들어온 각도(AoA, Angle of Arrival)를 재고 두 개 이상의 방향선 교점으로 위치를 구한다. 블루투스 5.1 방향 탐지 기능이 이를 지원한다.
장소마다 주변 AP들의 신호 세기 조합이 다르다는 점을 이용해, 미리 만든 신호 지도와 현재 측정값을 맞춰 위치를 찾는다.
- 오프라인(학습) 단계 : 공간을 격자로 나누고 각 기준점에서 AP별 RSSI를 측정해 라디오 맵(지문 데이터베이스)을 만든다.
- 온라인(측위) 단계 : 단말이 측정한 RSSI 벡터를 라디오 맵과 비교해 가장 비슷한 기준점의 위치를 고른다. k-최근접 이웃(kNN), 확률적 방법(베이즈 추정), 신경망 같은 기계 학습 모델을 쓴다.
- 장점 : 반사·감쇠가 심한 실내 환경도 지도에 그대로 반영되어 삼변측량보다 정확하다.
- 단점 : 라디오 맵 구축·갱신 비용이 크고, AP 교체나 가구 배치 변경 시 다시 측정해야 한다.
상용 무선랜은 측위용으로 만든 것이 아니어서 신호 세기가 다음 요인으로 흔들린다.
- 다중 경로 : 벽·천장·바닥에 반사된 신호가 겹쳐 같은 위치에서도 세기가 크게 변한다.
- 감쇠와 차폐 : 벽, 문, 사람의 몸(물이 많아 2.4GHz를 흡수)이 신호를 약하게 한다.
- 시간 변동 : 사람의 이동, 문 여닫기, 습도에 따라 값이 바뀐다.
- 단말 이질성 : 같은 위치에서도 단말 칩·안테나에 따라 RSSI가 다르다.
- AP 환경 변화 : AP의 추가·이동·출력 조절, 이동형 핫스팟
- 여러 번 측정한 평균과 이상치 제거, 칼만 필터·파티클 필터로 위치를 시간축에서 평활화
- RSSI 절대값 대신 AP 간 신호 세기 차이·순위를 써서 단말 차이를 줄임
- PDR·지자기와 융합해 신호가 흔들려도 이동 궤적이 튀지 않게 함
- 건물 지도 제약(벽을 통과할 수 없음)을 적용하는 맵 매칭
- 크라우드소싱으로 이용자 단말의 측정값을 모아 라디오 맵을 자동 갱신
- RSSI 대신 RTT(802.11mc FTM)나 채널 상태 정보(CSI)를 써서 정확도 향상
와이파이 측위는 실내 전용이 아니다. 도시의 수많은 AP 위치를 데이터베이스로 모아 두면(와이파이 위치 데이터베이스), 단말이 보이는 AP 목록만 보내도 실외에서 수십 미터 정확도로 위치를 알 수 있다. 스마트폰은 이를 GPS·기지국 정보와 함께 써서 실내외를 끊김 없이 측위한다.
| 환경 | 주된 수단 | 보조 수단 |
|---|---|---|
| 실외 개활지 | GPS 등 위성항법 | 와이파이·기지국으로 초기 위치를 빨리 잡음(A-GPS) |
| 도심 빌딩 사이 | 위성항법 + 와이파이 위치 데이터베이스 | 기지국, 관성 센서 |
| 실내 | 와이파이 핑거프린팅·RTT, BLE, UWB | PDR, 지자기, 층 판별용 기압계 |
| 전환 구간(출입구) | 위성 신호 품질과 와이파이 신호를 함께 보고 실내외를 판정 | 기압 변화, 지도 |
- 대형 시설 길 안내(쇼핑몰, 공항, 병원, 지하철역)
- 매장 방문 분석, 위치 기반 마케팅
- 공장·물류 창고의 자산·작업자 추적, 스마트 팩토리
- 긴급 구조 : 119·112 신고자의 실내 위치와 층 정보 파악
- 박물관·전시 해설, 주차 위치 찾기
- 실내 공간 모델은 IndoorGML 같은 표준으로 표현한다.
- 위치 정보는 민감한 개인정보이므로 수집 동의, 목적 외 이용 제한, 익명화가 필요하다.
- 기술마다 정확도와 비용이 달라 표준화된 성능 평가 기준이 필요하다.
- 층 판별(수직 위치)이 여전히 어렵다.
- 라디오 맵 구축·유지 비용을 줄여야 한다.