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균등거리비율을 적용한 위치인식 보정 알고리즘 설계 및 성능분석
권성기(Kwon, Seong-Ki),이동명(Lee, Dong-Myung) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.4
본 논문은 SDS-TWR(Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging)의 Ranging 오차를 보정하기 위하여 균등거 리비율 개념을 적용한 위치인식 보정 알고리즘인 AEDR(Algorithm for localization using the concept of Equivalent Distance Rate)을 제안하고, 위치인식 실험을 통해 위치인식 측정 성능을 분석하였다. SDS-TWR의 Ranging 오차는 실 험에 의하면 비콘노드와 이동노드의 특정 거리구간에서 평균 1m~8m로 측정되었다. 그러나 제안한 AEDR에 의한 위 치인식 성능은 실험을 통해 전체적으로 교내 강당과 복도 모두에서 SDS-TWR 보다 4배 정도 우수하였으며, 측정된 3~10m 이상의 위치인식 오차를 평균 2m 내외로, 3m 이내의 위치인식 오차를 평균 1m 내외로 각각 감소시킬 수 있 음을 확인하였다. 특히 AEDR은 LOS(Line Of Sight) 보다 NLOS(Non Line Of Sight)에서 훨씬 더 위치인식 보정 성 능이 우수함을 나타내며, 대부분의 센서 네트워크의 환경이 NLOS임을 고려할 때 AEDR이 실제환경에서의 위치인식 에 큰 도움을 줄 수 있다고 판단된다. In this paper, the compensation algorithm for localization using the concept of equivalent distance rate(AEDR) in order to compensate ranging error in the SDS-TWR(Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging) is proposed and the performance of the proposed algorithm is analyzed by the localization experiments. The ranging error of the SDS-TWR in the distance between mobile node and beacon node is measured to average 1m~8m by ranging experiments. But it is confirmed that the performance of the localization by the AEDR is better than that of the SDS-TWR 4 times in university auditorium and corridor, and the localization error of above 3~10m is reduced to average 2m and that of below 3m is reduced to average 1m respectively. It is concluded that the AEDR is superior to the NLOS(Non Line Of Sight) than LOS(Line Of Sight) in performance of ranging compensation for localization, and the AEDR is more helpful to localization systems practically considering the environment of sensor networks is under NLOS.
예상 위치좌표 탐색기법을 적용한 균등거리비율 기반 위치인식 보정 알고리즘 연구
권성기(Kwon, Seong-Ki),이동명(Lee, Dong-Myung),이창범(Lee, Chang-Bum) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.9
본 논문에서는 예상 위치좌표 탐색기법과 이를 균등거리비율 개념인 AEDR(Algorithm for localization using the concept of Equivalent Distance Rate)에 적용한 위치인식 보정 알고리즘인 E&E(Equivalent distance rate & Estimated location coordinator exploration)를 제안 한 후 실험을 통해 성능을 분석하였다. 실험결과, E&E는 4개의 시 나리오에서 SDS-TWR의 위치인식 보정성능을 0.60m에서 0.34m로 0.26m 만큼 향상시켰고, E&E는 설정된 시나리오에 따라 기존에 제안된 AEDR과 비교한 결과 위치인식 보정 성능비율이 최대 15% 만큼 우수함을 확인하였다. 또한 E&E의 전체 성능실험 중 99%에서 위치인식 오차가 1m 이내로 측정되었는데 이 정도의 위치인식 보정 성능이라면 제안하는 알고리즘인 E&E는 다양한 위치인식 응용분야에 충분히 적용 가능 할 것으로 판단된다. The estimated location coordinator exploration scheme and the E&E(Equivalent distance rate & Estimated location coordinator exploration) compensation algorithm for localization is proposed, and the performance of the E&E is analyzed in this paper. The proposed scheme is adapted to the AEDR(Algorithm for localization using the concept of Equivalent Distance Rate). From several experiments, it is confirmed that the performance of the localization compensation in SDS-TWR is improved from 0.60m to 0.34m in four experimental scenarios, and the performance of the localization compensation ratio of the E&E is also better than that of the AEDR as a level of maximum 15%. It can be thought that the proposed localization compensation algorithm E&E can be sufficiently applicable to various localization applications because the performance of the localization error rate of the E&E is measured as less than 1m in 99% of the total performance experiments.
전력선 통신과 센서네트워크의 위치정보를 이용한 모니터링 기능 개발
권성기(Kwon, Seong-Ki),이호철(Lee, Ho-Cheol),이순이(Lee, Soon-Yi),이동명(Lee, Dong-Myung) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회 학술대회 Vol.- No.-
본 논문은 센서네트워크 환경에 설치된 전력선통신 기반 영상 송수신 장치의 영상정보를 수신하는 기능과, CSS기반 SDS-TWR Ranging을 지원하는 센서모듈로부터 거리정보를 수신하여 제안하는 위치인식 알고리즘을 적용시키고 이동노드의 위치정보를 보여주는 모니터링 기능을 개발하였다. 전력선통신 기반 영상 송수신 장치는 장소의 제약 없이 전기 플러그가 있는 곳이면 사용이 가능한 장점이 있고, 주변의 상황을 확인하기 어려운 센서모듈의 단점을 보완하였다. 그리고 제안한 위치인식 보정 알고리즘은 SDS-TWR의 위치인식 오차 116.8cm를 80.5cm로 위치인식의 성능을 향상시켰으며, 대부분의 위치인식 오차가 1m 내외로 보정함을 확인하였다. 본 논문에서 제시하는 모니터링 기능은 센서네트워크 및 다양한 환경에서 적용이 가능하여 위치인식 시스템의 서비스 품질의 향상에 도움을 줄 것으로 판단된다.
균등거리비율 및 칼만필터를 이용한 위치인식 보정 알고리즘의 성능분석
권성기(Seong Ki Kwon),이동명(Dong Myung Lee) 한국통신학회 2012 韓國通信學會論文誌 Vol.37 No.5B
CSS(Chirp Spread Spectrum)는 WPAN(Wireless Personal Area Network) 환경에서 SDS-TWR(Symmetric Double Sided - Two Way Ranging) 기반의 위치인식 시스템을 구현하는 기술로 사용된다. 그러나 CSS의 SDS-TWR은 전파 및 장애물과 같은 환경에 따른 간섭으로 인해 레인징 오차가 발생한다. 따라서 위치인식 시스템 개발을 위해서는 이를 보정하기 위한 보정 알고리즘이 요구된다. 본 논문은 위치인식 정확도 성능 향상을 위하여 AEDR(Algorithm of Equivalent Distance Rate) 알고리즘과 칼만필터가 적용된 KF_EDR(Kalman Filter and Equivalent Distance Rate) 보정 알고리즘을 제안하고, 그 성능을 분석 및 평가하였다. 실험 결과, KF_EDR은 AEDR 알고리즘에 비해 위치인식 정확도를 복도 그리고 운동장에서 각각 10.5%, 4.2% 더 개선시켰다. 이 결과는 위치인식 데이터의 신뢰성을 향상시킴으로써 실제 위치인식 시스템 구현에 상당한 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다. The CSS(Chirp Spread Spectrum) technology is used for developing various WPAN(Wireless Personal Area Network) application fields in general, and it can be adapted to implement localization systems especially using SDS-TWR(Symmetric Double Sided - Two Way Ranging). But the ranging errors are occurred in many practical applications due to some interferences by some experiments. Thus, the compensation algorithm for localization is required for developing localization applications. The suggested compensation algorithm that is named KF_EDR(Kalman Filter and Equivalent Distance Rate) for localization in order to reduce the ranging errors is suggested in this paper. The KF_EDR compensation algorithm for localization is mainly composed of the AEDR(Algorithm of Equivalent Distance Rate) and the Kalman Filter. It is confirmed that the improved error ratio of the KF_EDR are 10.5% and 4.2% compared with the AEDR algorithm in lobby and stadium. From the results, it is analyzed that the KF_EDR can be widely used for some localization system in ubiquitous society.
하이브리드형 위치인식 보정 알고리즘 성능 분석 및 평가
권성기(Kwon, Seong-Ki),이동명(Lee, Dong-Myung) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.6
본 논문은 SDS-TWR(Symmetric Double-Sided Two_Way Ranging)의 Ranging 오차를 보정하여 위치인식 성 능을 향상시키는 방법으로 비컨노드의 거리별 Ranging 오차의 평균 값을 이용하여 Ranging 오차를 보정하는 알고리 즘(CAd)과, 균등거리비율의 적용으로 Ranging 오차를 보정하는 알고리즘(AEDR)이 적용된 하이브리드형 위치인식 보 정 알고리즘(AHB )을 제안하고, 위치인식 실험을 통해 성능을 분석하였다. 실험결과, AHB 는 전체 32개의 좌표 중 28 개 좌표에서 오차 개선이 이루어졌고, 설정한 3개의 오차크기 영역에서 최소한 70%이상의 오차 개선이 이루어졌음을 확인하였다. 또한 32개 좌표에서 발생한 평균 오차 2.67m를 1.19m로 55.4% 보정하였으며 특히 3m 이상의 오차크기 영역에서의 보정 성능은 90% 이상으로 매우 우수함을 확인하였다. 이와 같은 결과를 볼 때, AHB 는 CAd와 AEDR이 각각 수행되었을 때 보다 오차 개선 비율 및 보정 성능이 더 우수함을 확인하였다. In this paper, the hybrid compensation algorithm(AHB) for localization using the Compensation Algorithm distance(CAd) and the Algorithm of Equivalent Distance Rate(AEDR) in SDS-TWR(Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging) is suggested and the performance of the proposed algorithm is analyzed by practical experimentations. From experimentations, it is confirmed that the errors are reduced in 28 coordinates of total 32 coordinates in the experimental region and the errors are reduced about above 70% in the assigned 3 type error level ranges by AHB . Also, it is analyzed that the average localization error is reduced from 2.67m to 1.19m as 55.4% in total 32 coordinates by AHB and the error compensation capability of AHB is very excellent as above 90%. From above results, we have seen that the error reduction ratio and error compensation capability of AHB is more excellent than each CA<sub>d</sub> or AEDR.