무선네트워크 기반 옥내측위는 측위를 위한 특수 장비를 필요로 하지 않고, 지문 방식은 무선네트워크 기반 측위를 위한 기술 중에서 가장 정확도가 높기 때문에 무선네트워크 지문 방식이 가장 적당한 옥내측위 방법이다. 지문 방식은 준비 단계와 실시간 측위 단계로 구성되는데, 준비 단계는 그렇지 않지만 실시간 측위 단계는 실행 시간이 매우 중요한 요소인 작업이다. 왜냐하면, 실시간 측위 단계의 실행 시간이 너무 길면, 실행 도중에 사용자가 너무 많이 이동하여 정확한 측위가 불가능하게 되기 때문이다. 그럼에도 불구하고 무선네트워크 기반 지문 방식의 실시간 측위 단계의 효율성을 개선하는 연구는 아직 수행된 바가 없다. 이 논문은 무선네트워크 기반 지문 방식을 위한 판단나무 방법을 제안하며, 기존의 K-NN 방법 그리고 베이지안 방법과 본 논문이 제안하는 판단나무 방법을 정확도와 실행 시간 측면에서 비교 분석한다.
본 논문은 실내 환경에서 정확도를 고려한 효과적인 도래시간 기반 무선 측위 방법을 제안하였다. 위치 측위의 목적은 타겟의 위치를 추정하는 것이다. 실내 환경에서 타겟의 정확한 위치를 추정하는 것은 다양한 오류들 때문에 어렵다. 무선 측위의 정확성은 비가시성 오류에 큰 영향을 받는다. 도래시간 기반 측위는 수신기와 3개 이상의 송신기 들 사이에서 거리 값을 이용하여 위치를 추정한다. 그러나 송신기와 수신기의 위치에 따라 장애물들로 인해 각각의 비가시성 오류도 다르다. 수신기의 위치를 정확하게 추정하기 위해서는 최적화된 위치 측위 방법이 필요하다. 본 논문은 무선 센서 네트워크에서 정확도를 높이기 위한 효과적인 측위 방법을 제안한다. 측위 시스템의 정밀도를 높이기 위해 거리 측정 단계에서의 거리 값을 보정하는 방법과 비가시성 환경에서 발생하는 오차들을 최소화시켜 효율적으로 송신기들을 선택하는 알고리즘을 제안하여 성능을 향상시켰다. 제안한 방법의 성능 평가는 다양한 오차들이 존재하는 실제 환경에서의 실험들로 인해 제시되었고, 실험적인 결과들은 기존의 방법과 제안된 방법을 가진 측위 절차의 추정 오차 결과들의 비교를 통해 측위 시스템의 정확도가 향상된 것을 증명하였다.
WPS는 2단계 과정으로 측위를 수행한다. 측위 위치의 무선 신호 정보를 수집하여 라디오 맵을 구성하는 구축단계, 구성된 정보와 수집된 무선 신호를 비교하는 측위 단계로 나누어진다. WPS는 구축된 라디오 맵과 수집된 신호가 상이할 경우 측위 정확도가 하락한다. 정확도 하락은 측위 알고리즘에 따라 차이가 있지만 모든 WPS 시스템이 가진 문제이다. 신호의 변동 이유는 측위 신호 대상 기기의 고장, 장애물 발생, 채널 간섭 현상 때문이다. 본 논문에서는 신호 변동 문제점을 해결하기 위해 신호 변동에 강인한 라디오 맵 구축 기법에 대하여 제안한다. 제안하는 기법은 구축 단계에서 신호 변경에 강인한 라디오 맵을 구성하는 방법과 측위 수행 단계에서 변동된 정보를 수집하여 라디오 맵에 반영하는 방법이다. 이 방법을 적용할 경우 신호변동에 강인한 라디오 맵을 통해 WPS 측위의 정확도를 높일 수 있을 것으로 판단된다.
WLAN 환경하에서 알고리즘 기반의 패턴 매칭을 위해 training 단계에서는 여러 개의 AP에서 신호 잡음비의 특성값을 데이터베이스에 만들어 활용하고 estimation 단계에서는 단말기(MU)의 2차원 좌표값을 단말기로부터 새롭게 얻은 SNR과 데이터베이스에 저장된 fingerprint을 비교함으로써 추정한다. Fingerprinting 방식에서 KNN은 WLAN 기반 실내 측위에 가장 많이 적용되고 있지만 KNN의 성능은 k 개의 이웃 수와 RP의 수에 따라 민감하다. 논문에서는 KNN 성능을 향상시키기 위해 PFCM 군집화를 적용한 KNN과 PFCM을 혼합한 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘은 신호잡음비 데이터를 KNN 방법에 적용하여 k개의 RP을 선택한 후 선택된 RP의 신호잡음비를 PFCM에 적용하여 k개의 RP를 군집하여 분류한다. 실험 결과에서는 위치 오차가 2m 이내에서 KNN/IFCM 알고리즘이 KNN, KNN/FCM, KNN/PFCM 알고리즘보다 성능이 우수하다.
Fingerprinting 방식에서 KNN은 WLAN 기반 실내 측위에 가장 많이 적용되고 있지만 KNN의 성능은 k 개의 이웃 수와 RP의 수에 따라 민감하다. 논문에서는 KNN 성능을 향상시키기 위해 ANN 군집화를 적용한 KNN과 ANN을 혼합한 알고리즘을 제안하였다. WLAN 환경하에서 알고리즘 기반의 패턴 매칭을 위해 training 단계에서는 여러 개의 AP에서 신호 잡음비의 특성값을 데이터베이스에 만들어 활용하고 estimation 단계에서는 단말기(MU)의 2차원 좌표값을 단말기로부터 새롭게 얻은 SNR과 데이터베이스에 저장된 fingerprint을 비교함으로써 추정한다. 제안한 알고리즘은 신호잡음비 데이터를 KNN 방법에 적용하여 k개의 RP을 선택한 후 선택된 RP의 신호잡음비를 ANN에 적용하여 k개의 RP를 군집하여 분류한다. 실험 결과에서는 위치 오차가 2m 이내에서 KNN/ANN 알고리즘이 KNN 알고리즘보다 성능이 우수하다.
최근 무선 센서 네트워크는 다양한 분야에 적용되고 있다. 무선 센서 네트워크는 안정적인 네트워크 설계 뿐만 아니라 보안이나, 군 그리고 병원의 응급 처리에도 적용되고 있다. 이러한 다양한 응용 중에서 어떤 침입자나 위기 상황이 발생했을 경우 이를 신속히 위치를 추적하는 방법이 아주 필수적인 연구 분야가 되고 있다. 이러한 방법을 측위라고 정의하고, 센서 노드의 전파범위를 기반으로 측위를 효율적으로 처리하는 기법을 제안한다. 또한 측위를 위하여 필수적인 효율적인 클러스터링 방법과 알고리즘을 제안한다.
위치기반 서비스(LBS : Local Based Service)는 단연 GPS가 그 중심이라 할 수 있다. 그러나 실외가 아닌 실내에서의 측위는 GPS신호가 도달할 수 없고, 또한 기존에 연구 중인 실내측위 기술들은 여러 가지 문제점을 갖고 있다. 따라서 다양한 서비스가 구현 가능한 ZigBee 기반의 USN내에서 기존의 다양한 센서들이 구동되면서 ZigBee 노드 간의 신호의 세기인 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 활용한 위치측위시스템을 구현한다. 또한 기존의 RSSI를 활용한 실내측위의 문제점들을 보완하기 위하여 신경회로망을 이용한 위측측위 알고리즘을 제안하여 보다 정확하고 안정적인 위치정보 시스템을 구현한다. 따라서 실내위치측위가 필요한 다양한 공공장소에 적합한 위치기반 서비스가 도입될 수 있는 가능성을 제시한다.
DGNSS 서비스는 보정정보를 제공하는 기준국과 측량지점 간의 기선거리가 멀어질수록 정확도가 저하되는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해서는 다수의 기준국을 설치하는 방법이 있지만, 기준국 설치 시 많은 비용이 소요되기 때문에 비효율적이다. 이러한 문제는 기존의 기준국들로 기준망을 구성하고 보간을 통해 측량지점의 보정정보를 생성하는 가상기준국 기반의 방법을 적용함으로써 해결할 수 있다. 이 연구에서는 국토해양부 위성항법중앙사무소에서 운영하는 DGNSS 서비스를 이용하여 가상기준국의 보정정보 생성 알고리즘을 구현하였으며 단일기준국 기반의 DGNSS 측위의 정확도를 평가하여 가상기준국 기반의 DGNSS 측위의 효용성을 검증하였다.
본 논문에서는 발광 다이오드(LED)를 이용한 가시광통신(VLC)을 통해 삼각측량기법을 사용하여 위치 측정 시스템을 위한 새로운 알고리즘을 제안한다. 각각 LED로부터 센서까지의 길이를 도출하고, 도출된 길이를 바탕으로 삼각측량법을 이용해 위치 정보를 찾아낸다. 기존의 가시광통신을 이용한 측위 시스템과는 달리, 제안된 측위 시스템은 송신기와 수신기 사이의 동기화가 필요하지 않으므로 더욱 간단하고 비용 효과적이다.
LBS(Location Based Service)를 위한 대표적인 수단으로 GPS가 많이 사용된다. 그러나 GPS는 야외 및 개방된 공간에서만 이용이 가능하다. 또한, 저전력을 기반으로 한 무선 센서네트워크에서의 활용은 비효율적이다. 본 논문에서는 실내 환경에서 위치 측위를 위하여 기존 시스템들과는 다른 접근 방법을 이용하여 위치를 측위 한다. 무선 센서네트워크에서 대표적으로 사용하는 IEEE 802.15.4를 기반으로 K-NN (K-Nearest Neighbor) 알고리즘에 중간값(Intermediate Value)을 적용하여, 더 세밀하게 위치를 측위 할 수 있는 시스템을 제안한다. K-NN의 경우 측정된 위치의 정교성은 셈플링의 개수에 비례한다. 그러나 센서네트워크에서 셈플링 개수를 무수히 늘리는 것은 비효율적이다. 본 논문에서는 셈플링값에 중간값을 적용하여 셈플링을 줄이는 알고리즘을 제안한다. 그리고 제안한 알고리즘을 구현하고 이를 실험하여 기존의 K-NN 기반의 위치 추정보다 약 두 배의 정밀도를 얻을 수 있음을 증명한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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