BLE 및 WkNN 기반 이동 단말 실내 위치 측위 플랫폼 개발 = Development of an Indoor Positioning Platform for Mobile Devices Based on BLE and WkNN Method

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, indoor/outdoor positioning techniques using various wireless communication methods have been applied for the smooth provision of user Device-based LBS. In the case of outdoor positioning, GPS signal is received and positioning is performed smoothly, but in the case of indoor positioning, there is a problem that the GPS signal is not received normally, so alternative techniques using various wireless signals such as WiFi and Bluetooth are actively studied. In this paper, a smart-helmet equipped with a BLE beacon and a real-time positioning PC program were implemented. The RSS measured when the smart helmet is moved was compared with the standard RSS of the fingerprint map Sample Point in the cosine similarity comparison method, triangulation method, kNN and WkNN methods. In this paper, both the kNN and WkNN methods output the corresponding smart helmet position coordinates based on the measured RSS, and the average Euclidean distance difference between the positioning coordinates and the actual position coordinates is further compared and analyzed with cosine similarity and triangulation. As a result of the experiment, the WkNN-based positioning technique showed the best positioning performance in the test bed environment. The WkNN-based positioning technique showed improved positioning performance by about 20% compared to the kNN-based positioning technique, by about 34% compared to the triangulation technique, and by about 41% compared to the cosine similarity comparison method. Through this, it was confirmed that the WkNN technique is a relatively accurate indoor positioning techniques in a beacon terminal mobile environment.

국문 초록 (Abstract)

최근 사용자 단말 기반 LBS의 원활한 제공을 위해 다양한 무선통신 방식을 응용한 실내·외 위치 측위 기법들이 적용되고 있다. 실외 측위의 경우 GPS 신호를 수신하여 원활한 측위가 이루어지지만 실내 측위의 경우 GPS 신호가 정상적으로 수신이 되지 않는 문제점이 존재하여 WiFi 및 Bluetooth 등 다양한 무선 신호를 활용한 대체기법들이 활발히 연구되고 있다. 본 논문에서는 BLE 비콘이 장착된 스마트 안전모와 실시간 위치 측위 PC 프로그램을 구현하였다. 스마트 안전모가 이동 시 측정된 RSS를 코사인 유사도 비교법, 삼각측량법, kNN 그리고WkNN 방식에서 핑거프린트 맵 Sample Point의 기준 RSS와 비교하였다. 본 논문에서는 kNN 및 WkNN 방식모두 측정된 RSS를 기반으로 해당 스마트 안전모 위치 좌표를 출력하고 측위 좌표 대비 실제 위치 좌표 간 평균유클리드 거리 차를 Cosine Similarity 및 삼각측량법과 추가 비교 분석하였다. 실험 결과 상기 테스트베드 환경에서 WkNN 기반 측위 기법이 가장 우수한 측위 성능을 보여주었다. WkNN 기반 측위 기법은 kNN 기반 측위 기법 대비 약 20%, 삼각측량 기법 대비 약 34%, 코사인 유사도 비교방식 대비 약 41% 개선된 측위 성능을 보여주었다. 이를 통해 WkNN 기법이 비콘 단말 이동 환경에서 상대적으로 정확한 실내 측위 기법임을 확인하였다.

참고문헌 (Reference)

1 손주영, "이동노드의 실내위치파악 시스템을 통한 벡터기반 상대방위각 알고리즘" 한국항해항만학회 38 (38): 457-462, 2014

2 유양 ; 백현철 ; 홍석원 ; 박재흥 ; 김상복, "유클리드 거리식을 이용한 암호화 기반의 사용자 인증 서비스 모델" 한국지식정보기술학회 13 (13): 695-703, 2018

3 권오병 ; 김경수, "실내에서 Wi-Fi를 이용한 위치 정보 시스템의 설계 및 구현" 한국디지털정책학회 11 (11): 243-249, 2013

4 박진관 ; 정민아 ; 윤석호 ; 이성로, "선박 내부 위치 측위를 위한 시스템 설계" 한국통신학회 38 (38): 181-188, 2013

5 "http://www.skyhookwireless.com/"

6 S. He, "Wi-Fi fingerprintbased indoor positioning : Recent advances and comparisons" 18 (18): 466-490, 2015

7 이장재 ; 정민아 ; 이성로, "WLAN 실내 측위 결정을 위한 KNN/PFCM Hybrid 알고리즘" 대한전자공학회 47 (47): 146-153, 2010

8 A. W. Tsui, "Unsupervised learning for solving RSS hardware variance problem in WiFi localization" 13 (13): 677-691, 2009

9 Y. S. Cho, "Technical trend of indoor/outdoor seamless positioning" 22 (22): 20-, 2007

10 Y. G. Kim, "Smartphone-based Wi-Fi tracking system exploiting the RSS peak to overcome the RSS variance problem" 9 (9): 406-420, 2012

11 S. Mazuelas, "Robust indoor positioning provided by real-time RSSI values in unmodified WLAN networks" 3 (3): 821-831, 2009

12 A. Coluccia, "RSS-based localization via Bayesian ranging and iterative least square positioning" 18 (18): 873-876, 2014

13 H. J. Kim, "Mechanism for minimizing positional errors using bluetooth packet information" 769-772, 2020

14 J. H. Uhm, "Low-power bluetooth-based AoA wireless positioning technology trend" 36 (36): 32-39, 2019

15 J. H. Hwang, "LBS service and location measurement technology trend using visible light wireless communication" 28 (28): 61-68, 2011

16 C. Laoudias, "Device self-calibration in location systems using signal strength histograms" 7 (7): 165-181, 2013

17 정준희 ; 황유민 ; 홍승관 ; 김태우 ; 김진영, "BLE 비콘 시스템에서 측위 정밀도 향상을 위한 위치 오차 보정 알고리즘" 사단법인 한국위성정보통신학회 11 (11): 63-67, 2016

18 P. Luo, "An indoor visible light communication positioning system using dual-tone multi-frequency technique" 25-29, 2013

19 X. Peng, "An improved weighted K-Nearest neighbor algorithm for indoor localization" 9 (9): 2020

20 D. Y. Kim, "An improved fingerprint localization system using k-NN algorithm and the distance variance" 489-491, 2017

21 K. Kasantikul, "An enhanced technique for indoor navigation system based on WIFI-RSSI" 2015