무선 센서 네트워크에서의 range-free 위치 추정 기법에 관한 연구 = (A) study on range-free localization methods for wireless sensor network

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this thesis, to positioning of object in wireless sensor network, we propose four range-free localization methods those are cost-effective against hardware.
First, we propose localization method that moving object reads RFID tags which are known their absolute position and attached to the floor. And this method applies to the application that is autonomous navigation of a robot which has tiny RFID reader. Second, we propose a localization method based on Aging Counter which estimates distance from RFID reader to RFID tag using only the tags and the reader. And we offer a positioning solution of library materials using this method. Third, we propose an extended-APIT test that can reduce a location estimation error in existing APIT test based localization method. An e-APIT test based localization method can decrease location estimation error, as removing inaccurate test results which can be occurred in APIT. Fourth, we propose a localization method for mobile object using a confirmed technique by e-APIT test.
Simulation results show that our proposed methods have an availability that can be applied to real world applications. Consequently, we expect the results of this study to play a role as a base technique in wireless sensor network applications which needs location information.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 대표적 위치 추정 기술 2
• 제2절 위치 추정 기술의 분류 3
• 제3절 Range-free vs. range-based 위치 추정 6
• 제4절 연구의 목적 및 범위 6
• 제5절 논문의 구성 8
• 제2장 위치 추정 기술 9
• 제1절 Range-based 방식의 위치 추정 기법 10
• 1. 거리 및 각도 측정 방법 11
• 2. 삼변측량 위치 추정 17
• 3. 삼각측량 위치 추정 19
• 제2절 Range-free 방식의 위치 추정 기법 20
• 1. APIT 21
• 2. DV-Hop 23
• 3. Centroid 24
• 제3절 위치 추정 시스템의 특성 26
• 1. 절대와 상대 26
• 2. 정확도와 신뢰도 27
• 3. 규모 28
• 4. 객체 인식 29
• 5. 비용 29
• 6. 제약 30
• 제3장 태그플로어 참조 포인트를 이용한 위치 추정 기법 31
• 제1절 이동 로봇의 위치 추정 31
• 제2절 RFID 태그플로어 기반 위치 추정 33
• 1. 휠베이스 내비게이션 34
• 2. 자기위치 추정기 35
• 3. 자율내비게이션 시스템의 구성 및 작동 36
• 4. RFID 태그플로어 37
• 제3절 태그 배치방식 성능파악 시뮬레이션 40
• 1. 내비게이션 오차 및 성능평가 기준 40
• 2. 주요 파라미터 42
• 3. 태그 및 리더의 인식범위 44
• 4. 기타 파라미터 45
• 제4절 시뮬레이션 결과 및 분석 46
• 1. 시뮬레이션 과정 46
• 2. 시뮬레이션 결과 48
• 제5절 태그플로어 위치 추정 요약 51
• 제4장 Aging Counter 기반의 위치 추정 기법 52
• 제1절 RFID 기반 도서 위치 파악 시스템 53
• 제2절 R-LIM2 도서 위치 추정 시스템 56
• 1. R-LIM2의 구성요소 및 구조 56
• 2. 시스템 동작 58
• 제3절 R-LIM2 Aging Counter 위치 추정 60
• 1. 위치 추정 함수 60
• 2. RFID 시스템에서의 거리 추정 61
• 3. Aging Counter를 이용한 거리 추정 63
• 4. 선반태그 ID(cell)의 결정 65
• 5. 셀과 도서의 연결 65
• 제4절 시스템 구현 67
• 1. 거리 추정 68
• 2. 도서 위치 결정 모듈 69
• 3. R-LIM2 Aging Counter 위치 추정 시연 71
• 제5절 성능 분석 요소 75
• 1. 거리 추정과 연산 환경 75
• 2. 스캔 속도와 카운터 크기 76
• 3. 실시간 처리와 비용 효율 76
• 제6절 Aging Counter 위치 추정 요약 78
• 제5장 e-APIT 기반 위치 추정 기법 79
• 제1절 APIT 기반 위치 추정 기법 80
• 제2절 APIT 테스트의 판단 오류 84
• 1. 내부 판단 오류 (InToOut 오류) 84
• 2. 외부 판단 오류(OutToIn 오류) 86
• 제3절 e-APIT 기반 위치 추정 기법의 메인 알고리즘 88
• 1. 비컨 신호 교환 89
• 2. e-APIT 테스트 89
• 3. e-APIT 테스트 결과 통합 89
• 4. 무게 중심 계산(e-COG) 90
• 제4절 e-APIT 테스트 90
• 1. APIT 테스트 판단 오류에 대한 분석 90
• 2. e-APIT 논리 92
• 제5절 e-APIT 테스트 결과 통합 99
• 제6절 무게 중심 계산(refined COG) 100
• 1. 위치 추정 오차 발생원인 101
• 2. 위치 추정 오차 보정 방법 101
• 제7절 e-APIT 기반의 위치 추정 시뮬레이션 104
• 1. 위치 추정 오차 104
• 2. 신뢰도 및 정확도 105
• 3. 시뮬레이션 과정 106
• 제8절 e-APIT 위치 추정 요약 123
• 제6장 e-APIT 기반 모바일 위치 추정 기법 125
• 제1절 mobile e-APIT 위치 추정 기법 메인 알고리즘 126
• 제2절 AD(Approach-Departure) 테스트 127
• 제3절 mobile e-APIT 128
• 1. 타겟 이동에 따른 주변 환경 변화 129
• 2. mobile e-APIT 테스트 131
• 제4절 무게 중심 계산 135
• 제5절 시뮬레이션 138
• 1. 시뮬레이션 과정 139
• 2. 시뮬레이션 결과 139
• 3. 위치 추정 결과 140
• 제6절 mobile e-APIT 위치 추정 요약 142
• 제7장 결론 143
• 제1절 연구의 결과 143
• 제2절 향후 연구방향 146
• 참고문헌 148