[논문]비컨노드의 동적배치 기반 3차원 삼각측량 알고리즘을 적용한 위치인식 시스템에 대한 연구

이호철; 이동명

doi:10.7840/kics.2011.36b.4.378

비컨노드의 동적배치 기반 3차원 삼각측량 알고리즘을 적용한 위치인식 시스템에 대한 연구
A Study on Localization System using 3D Triangulation Algorithm based on Dynamic Allocation of Beacon Node 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 네트워크 및 서비스, v.36 no.4B, 2011년, pp.378 - 385

이호철 (동명대학교 컴퓨터공학과 모바일 연구실) , 이동명 (동명대학교 컴퓨터공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 제한된 실험 영역이 아닌 실제 영역에서 동적으로 비컨노드를 배치할 수 있는 3차원 삼각측량 알고리즘을 제안하고 이를 위치인식 시스템에 적용한 후 그 성능을 분석하였다. 비컨노드와 이동노드간의 거리를 계산함에 있어서 기존의 삼각측량법에서는 이들 노드간의 거리를 반지름으로 하는 3개의 원이 중첩되는 2차원 지점을 계산하지만, 제안하는 알고리즘에서는 3개의 구 표면이 중첩되는 3차원 지점을 계산하는 방법을 적용한다. 또한 제안하는 알고리즘에 의한 위치인식 시스템의 성능을 분석하기 위해 먼저 비컨노드의 배치형태를 실제의 모형으로 제작하고, 사면체인 실제 모형을 컴퓨터에서 시뮬레이션 할 수 있도록 이동노드의 거리 값 및 비컨노드 간의 임의의 거리 값 10개를 추출하여 모델링하였다. 그 다음 제안된 알고리즘과 2 차원 삼각측량법에 의해 계산된 각 이동노드의 2차원 좌표를 서로 비교하고, 제안하는 알고리즘의 3차원 좌표(z축)에 대한 위치정확도를 실제 모형의 3차원 좌표와 비교하여 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The three-dimensional triangulation algorithm that the beacon nodes can be allocated to dynamically in not the experimental region but the practical region is suggested, and the performance of the localization system adapting the suggested algorithm is analyzed. The suggested algorithm adapts the computation method of the three dimensional point that the surfaces of three spheres overlapped, while the traditional triangulation algorithm adapts the computation method of the two dimensional point that three circles are overlapped in order to compute the distance between beacon nodes and mobile node that means a radius. In addition to this, to analyze the performance of the localization system adapting the suggested algorithm, first of all, the allocation layout of beacon nodes is made, and the allocation layout is modeled by selection of ten random distance values between mobile node and beacon nodes for computer simulation of the practical model. Next, the two dimensional coordinator of mobile node that is calculated by the suggested algorithm and the traditional triangulation algorithm is compared with each other. The localization measuring performance about three dimensional coordinator(z axis) of the suggested algorithm is also obtained by comparing with that of the practical model.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 이러한 3차원 위치인식의 필요성에 따라 비컨노드의 동적 배치 기반 3차원 삼각측량 알고리즘을 적용한 위치 인식 시스템에 대한 연구를 수행하였다.
3차원 좌표를 알 수 없는 단점이 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 본 논문에서는 3개의 비컨노드와이동노드사이의 거리를 반지름으로 설정된 3개의 구를 연립하는 방법인 3차원 삼각측량 알고리즘인 3D-TRIA를 제안한다.

제안 방법

그리고 할당된 비컨 노드의 좌표를 3D-TRIA (3D- TRIangulation Algorithm) 를 이용하여 이동노드의 3 차원 위치정보를 계산한다.(④) 마지막으로 인식된 이동 노드의 좌표를 OpenGL 등의 소프트웨어 라이브러리를 이용하여 구현된 3차원 Graphic Interface와 연결하여 시각적으로 표시한다.
알 수 없으므로 z 좌표를 제외하였다. 따라서 3차원 모형의 실제 z 좌표(a)와 본 논문에서 제안하는 이동 노드의 3D.TRIA의 z 좌표(d)를 비교하여 오차 거리를 즉정하였다.
실제 환경에 적합하게 설치되어야 한다. 따라서 두 노드 간의 측정거리를 바탕으로 비컨노드들의 좌표를 설정하는 비컨노드의 동적 배치기법(DLAS : Dynamic Location Allocation Scheme of Beacon Node)을 제안한다.
다음과 같다. 먼저, 삼각측량법의 배치형태를 바탕으로 모형을 실제로 제작하고, 이를 컴퓨터에서 시뮬레이션 할 수 있도록 모델링 하였다 그다음 모델링 된 배치 형태인 그림 9에서 이동 노드의 거리 값 및 비컨 노드 간의 임의의 거리 값 10개를 실험에 사용하기 위해 표 2와 같이 데이터를 추출하였다. 세부적인 실험과정은 그림 10과 같다.
본 논문에서 제안히는 비컨노드의 동적배치 기반 3차원 삼각측량 알고리즘을 적용한 위치 인식 시스템의 구조는 그림 5에서 보는 바와 같이 3개 모듈로 구성된다 먼저 인식대상인 이동 노드와 3개의 비컨 노드와의 거리와 3개의 비컨 노드 간의 거리를 측정한다.(①) 측정된 거리정보를 측정하고자 하는 단위로 환산한 (후, (②)DLAS (Dynamic Location Allocation Scheme of Beacon Node) 알고리즘을 이용해 비컨 노드의 좌표를 할당한다.
본 논문에서는 실제 환경에서도 동적으로 비컨 노드를 배치할 수 있는 3차원 삼각측량 알고리즘을 제시하고 이를 위치 인식 시스템에 적용한 후 그 성능을 분석하였다. 제안한 3차원 삼각측량 알고리즘 (3D-TRIA)은 실험을 통해 정상적으로 작동됨을 확인하였다.
5m인 방을 기준점으로 설정하였다. 선정된 방의 천정에 그림 9와 같이 비컨 노드를 설치하고 이동 노드를 바닥에 배치하여 좌표를 실측하였다. 임의의 이동 노드 및 비컨노드간의 거리 값은 표 ]과 같이 정의한다.
제안하는 3D-TRIA의 성능분석을 위한 실험 환경으로 먼저 가로가 4m, 세로가 3.5m인 방을 기준점으로 설정하였다. 선정된 방의 천정에 그림 9와 같이 비컨 노드를 설치하고 이동 노드를 바닥에 배치하여 좌표를 실측하였다.

성능/효과

(그림의 ©와 (e) 의 값 참조) 여기에서 도출된 값들이 서로 간 약간의 차이가 발생한 이유는 제작한 3 차원 모형에서 추출된 노드 간의 실측 데이터가 알고리즘에 의한 측정 거리와 약간의 불일치 때문이다. 이 실험에서 보여주고자 하는 바는 기존의 공통현을 이용한 위치 인식 알고리즘과 본 논문에서 제안하는 3차원 위치 인식 알고리즘의 2차원좌표가 동일함과, 제안하는 3차원 위치 인식 알고리즘의 이동노드의 높이인 z좌표도 오류가 없음을 확인하는 것이다.
제안한 3차원 삼각측량 알고리즘 (3D-TRIA)은 실험을 통해 정상적으로 작동됨을 확인하였다. 제안한 3D-TRIA는 실제 복층으로 구성된 공장 내부의 작업자 위치 파악이나 사물의 위치파악 또는 항만에서 컨테이너 크레인의 3차원 좌표 제어 분야 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
즉 본 논문에서 제안한 3차원 삼각측량법 알고리즘의 성능결과가 기존의 널리 사용되는 2차원 삼각측량법과 비교해서 평균 0.04m의 오차 이내에서 거의 동일하다는 것은 2차원 위치 인식기능을 충분히 수행할 수 있음을 의미한다.

후속연구

취한다. 그러므로 향후 설치장소의 변경이 발생할 때, 시스템관리자의 시스템 수정이 필요하여, Cell Planning의 시간적 오버헤드가 발생할 가능성이 높다.
필요하다. 따라서 3차원 위치인식 알고리즘은 각종 빌딩의 보안관제 시스템이나 복층 구조의 철강주조 공장 등에서 작업자의 위치 파악 정확하게 함으로써 사고예방에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 고전적인 삼각측량법에서는 이동노드의 위치를 인식하기 위해 배치되는 비컨 노드의 좌표를 미리 설정해야 하는 제약사항이 있다.
따라서 이러한 연구가 추가적으로 진행된다면 본 논문에서 제시하는 알고리즘으로 보다 더 정밀한 3차원 위치 인식 시스템을 구축할 수 있을 것이다.
제안한 3차원 삼각측량 알고리즘 (3D-TRIA)은 실험을 통해 정상적으로 작동됨을 확인하였다. 제안한 3D-TRIA는 실제 복층으로 구성된 공장 내부의 작업자 위치 파악이나 사물의 위치파악 또는 항만에서 컨테이너 크레인의 3차원 좌표 제어 분야 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
향후 연구과제로 제안한 3D-TRIA을 적용한 위치 인식 시스템에서 발생한 측정 오차를 줄이기 위한 보정 알고리즘에 대한 연구도 필요하다. 또한 삼각측량법은 일반적으로 이동 노드의 위치를 인식하기 위하여 최소 단위인 3개의 비컨 노드를 사용하는데' 좀 더 신뢰성 있고 정확한 위치 인식을 위해서는 보다 많은 비컨 노드를 사용할 필요가 있다.

참고문헌 (11)

Rick Roberts, "TDOA Localization Techniques," Harris Corporation, 4 October 2004 (http://www.ieee802.org)
J.M.Mart in Abreu, "Measuring the 3D-position of a Walking Vehicle using Ultrasonic and Electromagnetic Waves Sensors and Actuators," Vol.75, Issue 2, pp.131-138, 25 May 1999.

상세보기
Xinwei Wang, "Localization in Wireless Ad-hoc Sensor Networks using Multilateration with RSSI for Logistic Applications," University of Bremen (Otto-Hahn-Allee NW1, D-28359 Bremen), Germany, pp.461-464, 2009.
Rainer Hach, "Coexistence Assurance Information for the CSS part of 15.4a," Nanotron Technologies(GmbH Alt-Moabit 61, 10555), Berlin Germany, 26 April 2006.
최상호, "유비쿼터스 센서 네트워크의 위치탐지 기술 및 동향," 주간기술동향 통권 1291호, pp.27-37, 2007.4.11.
Hanback Electronics, "HBE-Ubi-nanoLOC Ubiquitous Sensor Network," 2009.
진태석, "3D Position Recognition and Tracking of Walking Humans Using Multiple CCD Cameras," 한국지능시스템학회 2008년도 추계 학술대회 학술발표논문집 제18권 제2호, pp.400-403, 2008.10.
Abdellah Chehri, "UWB-based Sensor Networks for Localization in Mining Environments," Ad Hoc Networks, Vol.7, Issue 5, pp.987-1000, July 2009.

상세보기
장현성, "밀집 환경에 적합한 신뢰성 있는 분산형 RTLS 시스템의 설계 및 구현," 한국통신학회논문지 '제35권 제2호(네트워크 및 서비스), pp. 287-295, 2006.10.
김수희, "Wireless LAN 환경 하에서 Access Point의 RSSI 삼각측량 방식을 이용한 RTLS 설계," 한국정보과학회 2006 가을 학술발표논문집 제33권 제2호(D) pp.330-333, 2006.10.
최상호, "유비쿼터스 센서 네트워크의 위치탐지 기술 및 동향," 주간기술동향 통권 1291호, pp.27-37, 2007.4.11.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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