이동형 서비스 로봇의 위치인식 기능은 성능평가시 중요한 평가척도의 하나로써 이용된다. 서비스 로봇이 다양한 작업을 수행하기 위해 여러 장소를 이동하게 되므로, 얼마나 정확하고 빠르게 위치인식을 하는 것이 로봇의 종합적인 성능에 큰 영향을 미치기 때문이다. 이를 위해 로봇은 영상이나 다양한 거리 센서를 활용하여 위치인식의 성능향상을 도모하고 있다. 그럼에도 불구하고 현재 영상기반의 위치인식 성능평가 방법과 관련한 표준이 없으며, 개별적인 성능평가만 시행되고 있다. 이에 우리는 이 논문을 통하여 전(前)방향 영상기반의 위치인식 알고리즘 성능평가 방법과 평가척도를 제안한다. 제안된 위치인식 알고리즘 성능평가 방법은 현재 지능형로봇 표준포럼의 표준으로 채택되었으며, 이를 통해 앞으로 영상기반 위치인식 알고리즘을 평가하고 개발하는데 기준 역할을 할 수 있을것으로 기대된다.
위치기반 서비스(LBS: Location Based Service)는 사용자의 현재 위치를 파악하여, 사용자의 위치를 고려한 유용한 정보를 제공하는 서비스를 일컫는다. 위치기반 서비스에는 디렉토리 서비스, 게이트웨이 서비스, 유틸리티 서비스, 표현 서비스, 경로 서비스 등이 있는데, 이러한 서비스를 개발하려면 필수적으로 사용자의 위치를 파악해야 한다. 본 논문에서는 옥내 무선근거리통신망 환경에서 Fingerprint 방식으로 의사결정트리를 이용한 옥내 측위 방법을 소개한다. 또한 이 측위 방법으로 실험 데이터를 수집하고, 이를 이용한 이동 패턴 정보 추출에 대하여 살펴본다. 실험을 위해 의사결정트리를 생성하는 알고리즘과 현재 위치를 판정하는 알고리즘을 소개하고, 이 알고리즘을 적용한 옥내 측위 프로그램을 이용한다.
언제 어디서나 사람이나 사물과 같은 객체의 위치를 인식하고 이를 기반으로 유용한 서비스를 제공하는 유비쿼터스 위치기반 서비스가 중요한 응용 서비스로 대두되고 있다. 그러나 현재 무선 센서네트워크를 구성하는 노드들의 위치는 매우 유용한 정보로서 수많은 서비스에서 사용될 수 있기 때문에 다양한 형태의 위치인식 알고리즘이 고안되었다. 이러한 위치인식 알고리즘에는 Gradient, MLE[1], MDS[2], dwMDS[3]등이 있다. 본 논문에서는 기존의 알고리즘에 대해 간략히 설명하고, 기존 알고리즘성능을 개선하기 위한 두 가지 방법을 제안한다. 그리고 제안한 방법의 성능을 증명하기 위해 시뮬레이션 모듈을 구현하고 시뮬레이션 결과를 바탕으로 각 위치인식 알고리즘의 성능을 비교 평가한다.
본 논문에서는 외향 기반 접근법을 기반으로 한 로봇의 위치 추정 알고리즘을 제안한다. 로봇이 작업을 수행할 공간에서 강한 상관관계를 갖는 영상들을 취득하여 eigenspace로 투영 시킴으로써 주성분의 추출을 수행한다. 이 추출된 주성분은 신경 회로망을 이용해 eigenspace에서의 연속 외향 함수(continuous appearance function)로 나타낼 수 있다. 로봇의 위치 추정을 위해 새로운 영상이 주어지면 이것을 eigenspace로 투영 시킨 후 연속 외향 함수를 통해 로봇의 현재 위치를 추정한다. 최종적으로는, 영상안의 데이터에 칼만 필터를 적용함으로써 로봇의 정확한 위치와 영상으로 획득된 정보 사이의 오차를 이용하여 보다 정확한 이동 로봇의 위치를 추정하는 알고리즘을 제안한다.
최근 이동통신 기술의 발전과 소형화된 무선 기기의 보급으로 위치 기반 서비스(Location-Based Service)의 이용이 보편화되고 있다. 위치 정보를 이용하기 위해서는 이동하고 있는 위치 정보를 일정한 주기마다 저장해야 하는데, 모바일 환경에서는 저장 공간의 제약 때문에 위치 정보를 짧은 주기로 저장한다면 정보의 정확도를 높일 수 있지만, 저장할 수 있는 정보의 양이 적어 장시간동안 위치 기반 서비스를 이용하는 데 불편함이 있을 수 있다. 이러한 이유 때문에 적은 저장 공간을 활용하면서 정보의 정확도를 높일 수 있는 압축 기법이 필요하다. 연속적인 위치 정보, 즉 좌표로 구성된 위치 정보들의 집합인 내비게이션 데이터를 압축하기에 적절한 공정 데이터 알고리즘들이 있는데, 이 알고리즘을 평가 및 비교 분석할 수 있는 성능 평가 도구인 NDCAAT(Navigation Data Compression Algorithm Assessment Tool)를 설계한다. NDCAAT는 GPS 및 네트워크 장비를 통해 위치 정보를 얻고, 이를 여러 압축 알고리즘을 적용하여 압축 알고리즘의 비교, 분석 및 성능평가를 하는 도구이다.
본 논문에서는 스마트그리드 환경에서 적용되고 있는 ZigBee 무선 통신 환경의 주소 지정 방식과 라우팅 알고리즘의 성능을 향상시키기 위한 새로운 위치 기반 좌표 라우팅 알고리즘을 제안하였다. 기존 kip 알고리즘을 이용한 분산 주소 할당 기법의 낭비되는 주소공간의 문제를 해결하기 위해 (x,y,z) 3개의 좌표 축을 제안하여 16bit 주소공간을 분할하여 사용한다. 그러나 좌표 라우팅은 채널 상태를 고려하지 않는다. 채널 상태를 고려하지 않는다면, 라우팅 테이블이 업데이트 될 때 채널 상태가 좋지 않은 노드가 테이블에 업데이트 되어 릴레이 노드로 선택 되어질 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 위치 기반 라우팅에서 채널 상태를 고려함으로 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하고 소비되는 에너지를 최소화 할 수 있는 위치 기반 좌표 라우팅 알고리즘 라우팅 방법을 제시하였다. 그리고 제안한 알고리즘의 평균멀티홉수, 부하에 대한 패킷전달률, 지연시간, 에너지 소비를 ZigBee 위치 기반 라우팅의 안전 영역과 전이 영역에 대해 비교하였다. 성능 평가 결과 각 항목에 대해 각각 성능 향상을 보였다.
무선 통신 기술 및 GPS(Global Positioning System)등의 발달로 인하여 위치 기반 서비스 (Location-Based Services: LBS)가 크게 발전하는 추세이다. 그러나 위치 기반 서비스를 이용하기 위해 질의 요청자는 자신의 정확한 위치 정보를 위치 기반 서비스 제공자에게 전송해야 한다. 따라서 위치 기반 서비스를 제공하면서 질의 요청자의 위치 정보를 보호하는 것이 중요한 과제이다. 이 문제를 해결하기 위해, 기존 기법은 실제 사용자의 위치를 숨기며 네트워크 사용을 줄일 수 있는 2PASS 기법을 사용하였다. 그러나 이 기법은 실제 사용자 분포를 고려하지 않기 때문에 실제 사용자 위치 보호를 완전히 보장하지 않는다. 따라서 본 논문에서는 K-anonymity를 보장하는 가중치 근접성 그래프 기반 최근접 질의처리 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 질의 영역 내 K-anonymity를 보장함으로써 사용자의 위치 정보를 보호할 뿐만 아니라 불필요한 질의 결과 탐색을 줄여 네트워크 효율을 증가시킨다. 마지막으로, 성능평가를 통해 제안하는 기법이 기존 연구에 비해 질의 처리 시간 및 네트워크 효율 측면에서 우수함을 보인다.
본 논문은 상 전류의 위치(전기각)를 기반으로 보상전압을 결정하는 새로운 데드타임 보상알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 보상전압을 결정하는데 있어, 전류의 극성대신 제어하는 상 전류의 위치(전기각)를 이용하기 때문에 추가적인 알고리즘 없이 간단하게 보상전압을 정의할 수 있다. 또한 제안하는 데드타임 보상알고리즘은 동기좌표계에 바로 적용가능하기 때문에 3상 전압형 인버터(VSIs; Voltage Source Inverters)에 일반적으로 사용되는 동기좌표기반 제어기에 적용이 용이하고 추가적인 변환과정 없이 동기좌표에서의 인버터 출력전압을 추정할 수 있다. 제안하는 데드타임 보상알고리즘의 효과와 성능을 검증하기 위하여 전압형 3상 인버터를 이용한 L-R부하 실험이 진행되었으며, 상 전류파형의 FFT(Fast Fourier Transfrom)와 THD(Total Harmonic Distortion)를 산정하여 정량적 분석을 병행하였다.
위치기반 서비스(Location-Based Service) 에서는 위치-기반 질의를 요청하는 사용자가 자신의 정확한 위치 정보를 데이터베이스 서버로 보내기 때문에, 사용자의 개인 정보가 상대방에게 노출될 수 있다. 따라서 사용자가 안전하게 위치기반 서비스를 사용할 수 있기 위해서는 개인 정보 보호 방법이 요구된다. 따라서 본 논문에서는 위치기반 서비스에서 개인정보 보호를 위한 새로운 클로킹(cloaking) 영역 생성 알고리즘을 제안한다. 제안하는 기법은 그리드를 이용하여 사용자가 요구하는 L개의 건물을 탐색한 후, K명의 사용자를 탐색하는 K-anonymity를 수행하여 최소 크기의 클로킹 영역을 생성한다. 이를 위해 그리드 기반의 색인 구조 및 효과적인 가지치기 방법을 사용한다. 마지막으로 성능평가를 통해 본 논문에서 제안하는 클로킹 영역 생성 알고리즘이 클로킹 영역의 크기 측면에서 기존의 연구보다 우수함을 보인다.
모바일 로봇의 경로 계획의 경우 주로 위치로 표현되는 2차원 공간 상에서 현재 위치에서 목표 위치까지 모바일 로봇이 도달하도록 경로를 계획한다. 그러나 nonholonomic 구조를 가지는 모바일 로봇의 경우 기구학적 제약에 의해 추종 불가능한 경로가 존재하게 된다. 또한 nonholonomic 모바일 로봇은 진행 방향을 포함한 3차원 공간 상에서의 경로 계획이 이루어져야 한다. 모바일 로봇의 경로 계획 알고리즘으로는 A* 경로 계획 알고리즘이 주로 사용되는데, A* 경로 계획 알고리즘은 경로 계획 시 현재 위치에서부터 노드를 확장시켜 가며 경로를 탐색한다. 이 때 각 노드로부터 목표 위치까지의 비용을 계산하기 위해 heuristic 함수가 사용된다. 기존의 A* 경로 계획 알고리즘의 경우 Euclidean 거리에 기반한 heuristic 함수가 사용되었으나, 이 경우 모바일 로봇의 진행 방향은 고려하지 않아, 로봇의 목표 위치에 도말만 할 뿐 목표 방향으로의 도달은 보장 할 수 없다. 본 논문에서는, A* 경로 계획 알고리즘을 통해 nonholonomic 모바일 로봇이 목표 위치에 목표 방향에 맞추어 도달할 수 있도록 경로 생성이 이루어지는 heuristic 함수를 제안하고, 시뮬레이션을 통해 그 성능을 검증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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