본 논문에서는 2.45GHz대역 RTLS에서 다중 태그 환경하의 고정밀 위치추정 알고리즘을 연구하였다. 태그의 송신시간 정보가 필요 없는 TDOA 기법을 적용하여 LOS 환경, 300m ${\times}$ 300m, 이차원 평면상의 위치를 추정하였다. 본 논문에서 태그는 임의의 지점에 위치해 있으며, 리더간의 위치가 등간격인 3~8개의 리더를 이용하여 평균 추정오차 거리를 산출하였다. 그 결과 송신횟수가 1회인 경우, 평균 추정오차 거리는 리더 4개일 때 3.12m, 리더 8개일 때 1.47m 발생하였으며, 동일한 지점의 태그로부터 송신된 신호의 누적횟수가 3${\sim}$4회 일 때, 최소의 오차범위를 보였다. 이 때 태그의 오차 범위는 가용리더의 개수에 관계없이 3m 이내의 RTLS 규격 오차범위에 만족함을 확인했다.
본 논문에서는 2.45GHz대역 RTLS에서 다중 태그 환경하의 고정밀 위치추정 알고리즘을 연구하였다. 태그의 송신시간 정보가 필요 없는 TDOA 기법을 적용하여 LOS 환경, 300m ${\times}$ 300m, 이차원 평면상의 위치를 추정하였다. 본 논문에서 태그는 임의의 지점에 위치해 있으며, 리더간의 위치가 등간격인 3~8개의 리더를 이용하여 평균 추정오차 거리를 산출하였다. 그 결과 송신횟수가 1회인 경우, 평균 추정오차 거리는 리더 4개일 때 3.12m, 리더 8개일 때 1.47m 발생하였으며, 동일한 지점의 태그로부터 송신된 신호의 누적횟수가 3${\sim}$4회 일 때, 최소의 오차범위를 보였다. 이 때 태그의 오차 범위는 가용리더의 개수에 관계없이 3m 이내의 RTLS 규격 오차범위에 만족함을 확인했다.
In this paper, we investigate the high precision location estimation algorithm in 2.45GHz band RTLS with multiple tags. The location is estimated in LOS environments, 300m ${\times}$ 300m area, and 2D coordinates adopting a TDOA scheme which is not necessitate the transmission time of tag...
In this paper, we investigate the high precision location estimation algorithm in 2.45GHz band RTLS with multiple tags. The location is estimated in LOS environments, 300m ${\times}$ 300m area, and 2D coordinates adopting a TDOA scheme which is not necessitate the transmission time of tags. We evaluate the average estimation error in distance assuming that tags are randomly distributed and the readers(3${\sim}$8) are uniformly(equal space) placed in test area. In results, average estimation error is 3.12m and 1.47m at reader numbers of 4 and 8, respectively. Minimum estimation error is obtained when the accumulated receiving signal from a tag is 3 or 4 regardless of available reader numbers. The error is less than 3m, satisfies the specification of RTLS.
In this paper, we investigate the high precision location estimation algorithm in 2.45GHz band RTLS with multiple tags. The location is estimated in LOS environments, 300m ${\times}$ 300m area, and 2D coordinates adopting a TDOA scheme which is not necessitate the transmission time of tags. We evaluate the average estimation error in distance assuming that tags are randomly distributed and the readers(3${\sim}$8) are uniformly(equal space) placed in test area. In results, average estimation error is 3.12m and 1.47m at reader numbers of 4 and 8, respectively. Minimum estimation error is obtained when the accumulated receiving signal from a tag is 3 or 4 regardless of available reader numbers. The error is less than 3m, satisfies the specification of RTLS.
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문제 정의
본 논문에서는 2.45GHz 대역 RTLS(Real Time Location System) 다중 태그 환경 하의 고정밀 위치추정 알고리즘을 연구하였으며, 태그의 송신 시간 정보가 필요 없는 TDOA 기법을 적용하여 LOS 환경, 300m X 300m, 이차원 평면상의 위치를 추정하였다. 본 논문의 구성은 I 장 서론에 이어 II장에서 RTLS의 개요를, ID장에서는 다양한 위치추정 알고리즘을 소개한다.
가설 설정
실제 환경에서 태그의 위치는 300m X 300m의범위 내에서 랜덤하게 존재한다고 가정하며, 이때의 평균 오차 거리는 리더 4개를 사용한 경우 약 3m의 오차가 발생한다. 또한, 가용 리더의 수가증가할수록 조합의 수도 증가하므로 오차거리가감소함을 확인하였다.
제안 방법
각 조합에서는 발생한 여러 개의 교점 중 1개의 교점을 태그의 위치로 추정하고, 각 조합의 교점 위치를 평균하여 최종 교점으로 추정하였다.
아래와 같이 구성하였다. 먼저 임의의리더 3개를 선정하고 각 리더들 간의 R(i)를 비교하여 쌍곡선 식을 유도하였다. 실제 환경에서 측정 가능한 정보는 송신된도착 시간 도착시간 뿐이므로 시뮬레이션 환경을 위해 태그의 좌표(x=150, y=150)를 미리 지정하고 태그에서 각 리더까지의도달 시간을 산출하였다.
본 논문에서는 300m X 300m의 LOS 환경에서 tdoa 기법을 적용하여 태그의 위치를 추정하였다.
시뮬레이터 구현을 통해 가용리더 중에서 중복을 허용하지 않는 3개의 리더 조합을 이용하였고 이차원 평면상의 쌍곡선 교점을 태그 위치로 추정하여 오차거리를 산출했다.
먼저 임의의리더 3개를 선정하고 각 리더들 간의 R(i)를 비교하여 쌍곡선 식을 유도하였다. 실제 환경에서 측정 가능한 정보는 송신된도착 시간 도착시간 뿐이므로 시뮬레이션 환경을 위해 태그의 좌표(x=150, y=150)를 미리 지정하고 태그에서 각 리더까지의도달 시간을 산출하였다.
이 방식을 이용하기 위해서는우선적으로 미리 정의된 다양한 지점에서의 신호세기들을 표본 수집을 통해 측정하여야 한다. 이러한 과정을 수행하고 나면 태그의 송신 신호를 RTLS에서 TDOA 기법을 이용한 위치추정 알고리즘 리더가 수신할 때 발생하는 신호의 감쇠 정도를 측정하여 확률적 방법을 통해 미리 수집되었던 표본과 맵핑하여 위치를 측정한다. 일반적으로 앞서 언급한 다른 방법들에 비하여 정확도가 떨어진다는 단점이 있다【8].
이론/모형
본 논문에서는 TDOA 기법을 적용한 위치추정알고리즘을 아래와 같이 구성하였다. 먼저 임의의리더 3개를 선정하고 각 리더들 간의 R(i)를 비교하여 쌍곡선 식을 유도하였다.
성능/효과
오차거리는 감소한다. 그러나 10회 이상의 누적 송신 신호에 대해서는 가용리더의 수가증가 할수록 오차 거리도 증가함을 보였다.
76nsec°] 된다. 따라서 본 논문에서는 리더가 수신하는 신호에 대한 오차범위를 32.76ns 이내에서 발생시켰다.
또, 가용 리더의 수에 상관없이 7~8개의 리더사용 시 오차 거리는 일정 범위(L5m~2m) 이내로 수렴함을 보였다. 표 2와 그림 8은 송신횟수에 따른 리더별 오차 거리 결과이다.
오차가 발생한다. 또한, 가용 리더의 수가증가할수록 조합의 수도 증가하므로 오차거리가감소함을 확인하였다.
실험 결과 가용 리더의 수가 증가할수록 태그의추정 오차거리는 감소함을 확인하였다. 송신횟수가 1회 인 경우, 평균 추정 오차 거리는 리더 4개일때 3.
후속연구
기술로서 주목받고 있다[2]. 이러한 RFID 기술이 현실 세계의 사물에 적용될 경우, 사물의 네트워크 및 디지털 정보화가 이루어짐으로써, 사물에 대한 다양한 서비스 및 관리 작업에 혁신을선도할 것이며 향후 USN 환경에서 핵심 기술이될 것으로 전망된다. 그러므로 이러한 지능화된사물이나 환경이 사용자가 처한 상황에 따라 적절한 서비스를 제공하기 위해서는 사용자 혹은사용자 장치의 물리적인 위치와 조건 및 그 변화하는 정도를 인식할 수 있어야 한다.
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