외적요인에 따른 RSS 특성 분석과 이를 이용한 실시간 위치 추적 시스템 구현에 관한 연구

이승호(Lee, Seung-Ho) 한국전기전자학회 2011 전기전자학회논문지 Vol.15 No.1

본 논문에서는 외적요인에 따른 RSS 특성을 분석하고, RSS를 이용한 효율적인 실시간 실외 위치 추적 알고리즘과 그에 기반 한 시스템을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 지정된 공간 내에서의 위치별 신호 세기를 DB화하여 칼만 필터 이론을 적용한 예측을 통한 정확한 좌표를 선별하는 방법을 적용하여 위치 추적의 정확도를 높였다. 제안된 알고리듬의 검증을 위한 하드웨어 장치로는 802.15.4(ZigBee) 네트워크 환경에서 위치 정보를 전송하기 위해 태그(Tag), AP(Access Point), 데이터 수집기(Data Receiver) 등으로 구현하였다. 각각의 하드웨어는 Texas Instrument(TI)사의 MSP430 마이크로프로세서와 CC2420 무선통신 칩을 사용하여 구현되었다. 또한 태그 위치를 2차원 평면상에 나타내기 위한 실시간 위치 추적 프로그램을 구현하였다. 제안된 알고리즘에 기반 한 실시간 위치추적 시스템을 구축하여 태그의 위치를 추적한 결과 외적요인에 비교적 안정한 RSS 값을 갖는 실외 환경에서는 19.12cm의 평균 거리 오차와 5.31cm의 표준편차를 갖는 실시간 위치 추적 시스템의 효율성과 정확성이 나타남을 확인 할 수 있었다. 한편, 외적요인에 의해 불안정한 RSS 값을 갖는 실내 환경에서는 제안한 알고리즘과 그에 기반 한 시스템이 정확한 실시간 위치 추적에 다소 어려움이 있음을 확인 할 수 있었다. In this paper, we analysed RSS characteristics by external factors and presented an efficient algorithm for real-time location tracking and its hardware system. The proposed algorithm enhanced the ranging accuracy using Kalman Filter based on the RSS DB. The location tracking system that consists of the tag, AP(Access Point), a data collector(Data Receiver) with IEEE 802.15.4(ZigBee) network environment, and location tracking application that reveal locations of each tag is implemented for the test environment. The location tracking system presented in this paper is implemented with MSP430 microprocessor manufactured by TI(Texas Instrument), CC2420 RF chipset and the location tracking application. With the results of the experiment, the proposed algorithm and the system can achieve the efficiency and the accuracy of location tracking with the average error of 19.12cm, and its standard deviation of 5.31cm in outdoor circumstance. Also, the experimental result shows that exact tracking of position in indoor circumstance cannot achieve because of vulnerable RSS with external circumstance.

실내 환경에서 측위 정확도 향상을 위한 기준 AP 선택 기법

임유진(Yujin Lim),박재성(Jaesung Park) 한국정보과학회 2010 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.37 No.6

래터레이션 기반 실내 위치 측위 기법은 단말기와 AP(Anchor Point) 사이의 거리 예측을 위하여 RSS(Received Signal Strength)를 주로 사용한다. 그러나 무선 신호는 시간과 공간에 따라 무작위로 변화하는 특성을 가지므로 RSS를 이용한 거리 예측에서 오류의 발생은 불가피하다. 단말기와 AP사이의 거리 예측 정확도는 단말기 위치 예측 정확도에 많은 영향을 미치게 되므로 기존 기법들은 이를 해결하기 위하여 다수의 AP를 사용하였다. 그러나 많은 실험 결과들은 다수의 AP 사용보다는 경로 손실 모델에 잘 부합하는 RSS 측정 값을 가진 AP 즉 기준 AP 만을 선택하여 이용하는 것이 위치 예측 정확도를 향상시킬 수 있는 방법임을 보였다. 따라서 본 논문에서는 실내 환경에서 단말기의 측위 정확도를 향상시키기 위한 기준 AP 선택 기법과 선택된 기준 AP들을 이용한 적응적 거리 예측 기법을 제안한다. 또한 실내 위치 측위 시스템을 구현하여 다양한 실험 환경에서의 실험함으로써 제안 기법의 타당성을 검증하였다. In an indoor localization method taking the lateration-based approach, the distance between a target and an AP (Anchor Point) is estimated using RSS (Received Signal Strength) measurements. Since the characteristics of a radio signal randomly vary in time and space, errors are unavoidable in distance estimation with measured RSS. Since the accuracy of distance estimation affects the localization accuracy of a lateration-based method, additional APs hearing a target have been used for localization in the literature. However, lots of experimental results show that the accuracy of a lateration-based method is improved by using carefully selected APs measuring the high quality RSSs which the distances estimated is close to the actual distances between nodes as reference APs, not using merely more APs. In this paper, we focus on selection method of reference AP and distance estimation method reflecting on environmental dynamics. We validate our method by implementing an indoor localization system and evaluating the accuracy of our method in the various experimental environments.

An Innovative Approach to Track Moving Object based on RFID and Laser Ranging Information

( Gaoli Liang ),( Ran Liu ),( Yulu Fu ),( Hua Zhang ),( Heng Wang ),( Shafiq Ur Rehman ),( Mingming Guo ) 한국인터넷정보학회 2020 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.14 No.1

RFID (Radio Frequency Identification) identifies a specific object by radio signals. As the tag provides a unique ID for the purpose of identification, RFID technology effectively solves the ambiguity and occlusion problem that challenges the laser or camera-based approach. This paper proposes an approach to track a moving object based on the integration of RFID and laser ranging information using a particle filter. To be precise, we split laser scan points into different clusters which contain the potential moving objects and calculate the radial velocity of each cluster. The velocity information is compared with the radial velocity estimated from RFID phase difference. In order to achieve the positioning of the moving object, we select a number of best matching clusters to update the weights of the particle filter. To further improve the positioning accuracy, we incorporate RFID signal strength information into the particle filter using a pre-trained sensor model. The proposed approach is tested on a SCITOS service robot under different types of tags and various human velocities. The results show that fusion of signal strength and laser ranging information has significantly increased the positioning accuracy when compared to radial velocity matching-based or signal strength-based approaches. The proposed approach provides a solution for human machine interaction and object tracking, which has potential applications in many fields for example supermarkets, libraries, shopping malls, and exhibitions.

Three-Dimensional Visible Light Indoor Localization Using AOA and RSS With Multiple Optical Receivers

Se-Hoon Yang,Hyun-Seung Kim,Yong-Hwan Son,Sang-Kook Han IEEE 2014 Journal of Lightwave Technology Vol.32 No.14

<P>A novel concept is proposed for integrating optical wireless visible light communications with 3-D indoor positioning using a single transmitter and multiple tilted optical receivers. We modeled a channel link, which was based on the transmitter and receiver characteristic data obtained in this experiment. The proposed 3-D positioning algorithm is based on gain difference, which is a function of the angle of arrival and the received signal strength. Our demonstration shows that the proposed algorithm can determine accurate positions, including height, without intercell interference.</P>

지그비 센서의 실내 신호 세기 분석

이종찬,박상준,박기홍 한국융합보안학회 2010 융합보안 논문지 Vol.10 No.2

최근의 기술 발전은 무선 통신의 발달과 새로운 센서 기술은 저비용, 저전력 다기능 센서노드의 개발을 가능케 했으며, 더불어 소형화, 근거리 무선 통신 등을 통하여, 소형의 센서 노드들을 군집 화되고 있다. 본 연구에서는 모바일 센서들의 위치를 반복적으로 추적하기 위한 셀 내 위치 측정 을 고려한다. 반복적인 위치 추적을 통하여 센서들의 위치를 좀 더 정확하게 추정할 수 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 수신신호세기를 이용하여 모바일 노드의 정확성을 실험하고 분석한다. Recent technological advances allow us to envision a future where large numbers of low-power, inexpensive sensor devices are densely embedded in the physical environment, operating together in a wireless network. This paper considers localization for mobile sensors; localization must be invoked periodically to enable the sensors to track their location. Localizing more frequently allows the sensors to more accurately track their location in the presence of mobility. In this paper, we test and analyze the accuracy of a moving node localization by Received Signal Strength (RSS).

센서노드의 RSS 및 가속도 센서를 이용한 상황 분류 기법에 관한 연구

장총위(Yui-Su Youk),채부경(Bu-Kyung Chae),김성호(Sung-Ho Kim) 한국지능시스템학회 2008 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.18 No.2

유비쿼터스 컴퓨팅 기술의 여러 응용 서비스에서 가장 핵심적인 요소 기술 중의 하나는 상황인식기술이다. 최근 가속도 센서를 이용하여 상황을 분류하는 기술에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있으며, 이를 통해 다양한 상황분류 알고리즘과 기술들이 출현하게 되었다. 하지만 가속도 센서는 사용자의 제스쳐의 분류는 가능하지만 사용자의 이동상황 중 발생되는 다양한 동작에 대한 분류가 어렵다는 문제를 갖는다. 본 논문에서는 최근 위치추적시스템에 적극적으로 도입ㆍ운영되고 있는 센서노드의 RSS(Received Signal Strength)와 3축 가속도 센서를 활용하여 사용자의 이동상황 중 발생되는 상황을 효율적으로 분류하는 기법을 제안하고, 실제 테스트 베드에서의 실험을 통해 제한된 기법의 유용성을 확인하고자 한다.

Threshold Setting for LOS/NLOS Identification Based on Joint TOA and RSS

Xufeng Guan,Soojung Hur,박용완 대한임베디드공학회 2010 대한임베디드공학회논문지 Vol.5 No.3

Non-line-of-sight (NLOS) propagation is one of the challenges in radio positioning. Distinguishing the transmission status of the communication as line-of-sight (LOS) or NLOS is of great importance for the wireless communication systems. This paper focuses on the identification of NLOS based on time-of-arrival (TOA) distance estimates and the received signal strength (RSS) measurements. We set a path loss threshold based on the joint TOA and RSS based NLOS detection method to determine LOS or NLOS. Simulation results show that the proposed method ensures the correct of detection for the LOS condition and can improve the NLOS identification for the weak noise and long distance.

A Novel Weighting Factor Method in NLOS Environment

Guan, Xufeng,Hur, SooJun,Choi, JeongHee Institute of Embedded Engineering of Korea 2011 대한임베디드공학회논문지 Vol.6 No.2

Non-line-of-sight (NLOS) error is the most common and also a major source of errors in wireless location system. A novel weighting factor (NWF) method is presented in this paper, based on the RSS(Received Signal Strength) measurements, path loss model and Circular Disk of Scatterers Model (CDSM). The proposed positioning method effectively weighted the TOA distance measurements for each Base Station (BS). Simulation results show that the proposed method efficiently weighted the distance measurements and achieve higher localization accuracy than that of Linear Line of Position (LLOP) and Believable Factor Algorithm (BFA).

Threshold Setting for LOS/NLOS Identification Based on Joint TOA and RSS

Guan, XuFeng,Hur, SooJung,Park, Yongwan Institute of Embedded Engineering of Korea 2010 대한임베디드공학회논문지 Vol.5 No.3

Non-line-of-sight (NLOS) propagation is one of the challenges in radio positioning. Distinguishing the transmission status of the communication as line-of-sight (LOS) or NLOS is of great importance for the wireless communication systems. This paper focuses on the identification of NLOS based on time-of-arrival (TOA) distance estimates and the received signal strength (RSS) measurements. We set a path loss threshold based on the joint TOA and RSS based NLOS detection method to determine LOS or NLOS. Simulation results show that the proposed method ensures the correct of detection for the LOS condition and can improve the NLOS identification for the weak noise and long distance.

무선랜의 신호세기를 이용한 실내 측위

김숙자,이진현,지규인,이장규,김욱,Kim, Suk-Ja,Lee, Jin-Hyun,Jee, Gyu-In,Lee, Jang-Gyu,Kim, Wuk 제어로봇시스템학회 2004 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.10 No.8

Outdoors we can easily acquire our accurate location by GPS. However, the GPS signal can't be acquired indoors because of its weak signal power level. Adequate positioning method is demanded for many indoor positioning applications. At present, wireless local area network (WLAN) is widely installed in various areas such as airport, campus, and park. This paper proposes a positioning algorithm using WLAN signal strength to provide the position of the WLAN user indoors. There are two methods for WLAN based positioning, the signal propagation method uses signal strength model over space and the empirical method uses RF power propagation database. The proposed method uses the probability distribution of the power propagation and the maximum likelihood estimation (MLE) algorithm based on power strength DB. Test results show that the proposed method can provide reasonably accurate position information.