[논문]무선센서네트워크에서 삼변측량법 기반 이동노드 위치 오차를 줄이는 탐색기법

문형진; 정희영; 한군희

doi:10.14400/jdc.2016.14.5.301

[국내논문] 무선센서네트워크에서 삼변측량법 기반 이동노드 위치 오차를 줄이는 탐색기법
Improved Trilateration Method on USN for reducing the Error of a Moving Node Position Measurement 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.14 no.5, 2016년, pp.301 - 307

문형진 (백석대학교 정보통신학부) , 정희영 (충북대학교 네트워크보안연구실) , 한군희 (백석대학교 정보통신학부)

초록
AI-Helper

탄광, 지하실, 지하창고 등 위험한 지역에서 일하는 일군들의 움직임을 비롯한 위치 측정은 안전을 위해 반드시 필요한 기술이다. 위험하고 제한된 환경에서의 USN의 위치 측정 기법들은 다양하게 존재한다. 위치 측정 기법 중에 삼각측량법은 간단하기 때문에 여러 분야에서 많이 적용되고 있다. 하지만 측정기구와 전파 장애 및 물리적 장애로 인해 오차가 발생하여 정확한 위치를 파악하기 어렵다. 본 논문에서는 4개의 Anchor와 움직이는 노드 사이의 거리 정보를 다양하게 활용하여 재계산하여 기존 삼각측량법으로 얻은 위치보다 오차범위를 줄일 수 있는 방법을 제안한다. 또한 제안 기법을 통해 거리 측정하여 움직이는 노드의 위치 즉, 예측점을 계산하였을 때는 기존 삼각측량법보다 계산의 오버로드가 발생하지만 수학적으로 위치측정 오차 범위 계산 시 41%가 향상되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The location measurement technique of moving worker in dangerous areas, is necessary for safety in the mines, basements, warehouses, etc. There are various measurement techniques about moving node of position in a restricted environment. Trigonometric Method, one of measurement techniques, is commonly used because of its easiness. However, errors occur frequently when measuring distance and position due to radio interference and physical disability with measuring instruments. This paper proposed a method which is more accurate and shows reduced margin of error than existing trigonometric method by recalculating distance between Anchor and moving node with various measuring instruments. By adding Anchor when calculating distance and position of moving node's estimated point, suggested technique obtains at least 41% efficiency compared to existing method.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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가설 설정

로봇의 경우에는 움직이는 속도가 거의 일정하고, 사람 역시 실내 환경에서의 속도가 특수한 상황을 제외하고 최대 속도가 결정되어 있다. 이처럼 움직이는 노드의 속도가 일정하거나 제한 속도를 가진다는 가정 하에 노드가 움직일 수 있는 반경을 지정하여 원을 그린다면 그 노드의 다음 위치는 그 원 안에 존재할 수밖에 없다. 제안 방법으로 예측점을 지정할 때 움직이는 노드의 반경 정보를 추가하여 최종 예측점을 찾는다면 오차범위를 상당히 줄일 수 있다.

제안 방법

본 논문에서는 다수의 고정노드들로부터 수신되는 RSSI 값을 이용하여 이동노드와의 거리를 측정하고, 이를 바탕으로 개선된 삼각측량법을 사용하여 이동노드의 위치를 계산한다. 거리측정에서 발생한 오차가 포함된 데이터를 개선된 삼각측량법으로 오차를 41% 줄일 수 있음을 수학적인 접근방법으로 증명한다.
기존 3개의 Anchor에서 측정한 거리를 이용하여 이동노드의 위치를 파악하지 않고, 추가로 한 개의 Anchor에서 얻은 거리 정보를 혼합하여 기존 3개의 Anchor로 부터 얻은 위치정보보다 오차를 줄이고자 한다. 3개의 고정된 Anchor에서 여러 가지 방법으로 거리를 측정하여 Anchor를 중심으로 하고, 거리를 반지름으로 하는 원을 그릴 때 세 개의 원이 만나는 점이 바로 움직이는 노드의 위치가 된다([Fig.
개선된 제안 기법에서 고정된 Anchor로 부터 측정된 거리에 오차가 발생할 수밖에 없는 상황에서 오차를 줄이는 다양한 방법들을 제시 한다 . 고정된 Anchor를 3개에서 4개로 늘려 측정된 거리를 활용하여 움직이는 노드의 위치에 대한 오차를 줄이고자 한다.
개선된 제안 기법에서 고정된 Anchor로 부터 측정된 거리에 오차가 발생할 수밖에 없는 상황에서 오차를 줄이는 다양한 방법들을 제시 한다 . 고정된 Anchor를 3개에서 4개로 늘려 측정된 거리를 활용하여 움직이는 노드의 위치에 대한 오차를 줄이고자 한다. [Fig.
이동 노드의 위치를 계속적으로 파악하기 위해 계속적으로 노드와 Anchor 사이의 거리를 측정한다. 오차를 줄이기 위한 효과적인 방법으로 서로 다른 Anchor 3개에서 측정된 여러 개의 예측점을 이용하여 효과적으로 오차가 줄일 수 있다.

성능/효과

이처럼 움직이는 노드의 속도가 일정하거나 제한 속도를 가진다는 가정 하에 노드가 움직일 수 있는 반경을 지정하여 원을 그린다면 그 노드의 다음 위치는 그 원 안에 존재할 수밖에 없다. 제안 방법으로 예측점을 지정할 때 움직이는 노드의 반경 정보를 추가하여 최종 예측점을 찾는다면 오차범위를 상당히 줄일 수 있다. 물론 이전 노드의 위치가 정확하다는 가정 하에 새로운 접근 방법이 오차를 줄이는 효과가 있다.
기존 삼각측량법은 움직이는 노드의 위치를 측정하는 경우 거리 측정 기구와 주위환경 등에 따라 오차가 크게 발생되어 원하는 수준에서의 정보를 얻기 어렵다. 기준점을 추가하고, 이를 근거로 새로운 계산방법을 이용하면 기존 오차보다 41% 줄일 수 있다. 하지만 [Table 1]에서 보듯이 기존방법보다 더 많은 거리 측정횟수와 고정된 노드의 풍부한 전력이 필요하다.

후속연구

향후 연구로는 제안기법이 위치를 파악하기 위해 측정을 많이 하므로 발생하는 에너지 소비를 줄일 수 있도록 노드의 상황과 위치 변경에 따른 가중치 기반으로 적절하게 가변적인 측정방법의 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유비쿼터스 센서 네트워크란?	유비쿼터스 센서 네트워크는 센서를 네트워크로 구성한 것을 말하며, 무선 센서 네트워크(WSN; wireless sensor network), 유비쿼터스 센서 네트워크(USN; ubiquitous sensor network) 등으로도 불린다[10,11,12]. 해당 기술은 홈 네트워크나 센서 네트워크, U-City구축의 핵심기술이다.
	유비쿼터스 센서 네트워크는 어떤 분야의 핵심기술은?	유비쿼터스 센서 네트워크는 센서를 네트워크로 구성한 것을 말하며, 무선 센서 네트워크(WSN; wireless sensor network), 유비쿼터스 센서 네트워크(USN; ubiquitous sensor network) 등으로도 불린다[10,11,12]. 해당 기술은 홈 네트워크나 센서 네트워크, U-City구축의 핵심기술이다. 다양한 환경에서 주변의 환경정보인 온도, 습도, 오염 등 센서 데이터 수집을 통해 원하는 서비스와 주변 상황을 자동으로 인식하고, 이를 실시간으로 네트워크에 연결하여 생성된 정보들을 관리하는 통신망(Network)이다.
	유비쿼터스 시대의 특징은?	유비쿼터스 시대에서는 인간과 연산능력을 가진 물체 사이의 유기적 연계와 다양한 외부 문화 콘텐츠가 연결되어 새로운 생활 문화와 서비스가 빠르게 변화하고 있다. 이러한 서비스들 중 위치인식과 연계한 서비스 분야는 새로운 유비쿼터스 기술 응용 산업 분야에서 중요한 핵심 기반 기술로 관심을 받고 있다[2,3].

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상세보기
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상세보기
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Yong-Tae Kim, Yoon-Su Jeong, "Optimization Routing Protocol based on the Location, and Distance information of Sensor Nodes ", Journal of digital Convergence , Vol. 13, No. 2, pp. 127-133, 2015.

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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