u-DSLT : 센서 네트워크 기반의 위험상황 인식과 레이더 도플러 센서를 이용한 무 태그 위치추적 시스템

문승진(Seungjin Moon),김홍규(Hongkyu Kim) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.38 No.5

음성정보를 기반으로 위험상황을 인지하고 위치추적을 수행할 경우, 기존의 대표적인 화자 위치추정 알고리즘인 CPSP(Cross Power Spectrum Phase)를 이용한 TDOA(Time Difference Of Arrival)은 화자의 지속적인 음성 정보를 수신해야 실시간 위치추정이 가능하다. 이는 화자의 음성정보가 없을 경우 TDOA기법을 이용하여 지속적인 위치추적이 불가능한 단점이 있다. 이에 본 논문에서는 화자의 음성정보를 기반으로 위험상황을 인지하고, 위치추적은 레이더 도플러 센서를 이용하여 화자의 음성이 끊길 경우에도 신뢰도 있는 TDOA추정을 가능하게 하는 시스템(u-DSLT)을 제안하였다. u-DSLT는 센서네트워크 기반의 시스템으로, 마이크로폰 어레이를 통해 수신된 화자의 음성 샘플링 주파수의 특정신호를 이용하여 추출된 위험요소 인지를 통해 화자의 위험상황을 인식하고, 위험상황에 처한 화자의 위치를 레이더 도플러 센서를 이용하여 무 태그 상황에서 실시간 위치추적을 수행한다. 특히, u-DSLT는 기존의 위치 추정의 단점으로 지적된 장애물에 대한 신호왜곡이 없으며, 또한 추적 대상체 몸에 부착되는 태그가 불필요한 레이더 도플러 센서를 활용하여, 무 태그 상황에서 실시간 위치 추적을 가능케 한다. 제안한 시스템의 유효성 검증을 위해 음성인식 분석을 위한 위험상황 인식센서, 레이더 도플러 센서를 단일 센서네트워크 환경으로 통합하고 이를 적용한 시스템을 실제 환경에서 비교 실험을 수행한 결과 제안된 시스템은 무 태그 대상체의 위험상황에서 지속인 위치추적이 가능하였음을 확인 하였다. In case of location tracking and recognition of dangerous situations based on voice information, TDOA (Time Difference of Arrival) technique, using CPSP (Cross Power Spectrum Phase) which is a typical established algorithms about the location tracking of speaker’s, is only practicable to estimate real-time locations when it receives voice information continuously. But where there is no continuous voice information available, TDOA technique to track a moving object becomes useless because there exist no coordinates. In this paper, we proposed a system (u-DSLT), which recognizes dangerous situations based on voice information first, then is able to track the moving object reliably using TODA technique with doppler radar sensors even if voice information is no longer available. u-DSLT, which is a system based on the sensor networks, tracks on the location of a human object who is in a dangerous situation. It can perform its real-time tracking of the object with no tag attached by adopting the doppler radar sensors. u-DSLT makes it possible to track a object which does not carry a tag by using doppler radar sensors which overcomes the distortion of signal due to obstacles. In order to validate the effectiveness of the proposed system, we integrate speech recognition and doppler radar sensors into a single sensor network system and carry out simulation works. And the result shows the proposed system is capable of tracking the objects continuously in the absence of tag.

정밀 열차위치 검지센서 개발

박진권(Jin Gwon Park),박종헌(Jong Hun Park),강찬우(Chan Woo Kang),진준기(Jun Ki Jin),김동완(Dong Wan Kim),이태경(Tae Kyung Lee),이종운(Jong Woon Lee) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.10

기존 열차제어 시스템은 궤도회로와 RFID, 트랜스폰더 등을 통하여 열차의 위치를 검지하고 있다. 그러나 센서 자체의 위치검지 정밀도가 낮아 열차위치 검지 오차가 커서 정밀한 위치제어에 제약이 있다. 본 논문에서는 RF 비콘과 레이저 센서, 높은 분해능의 타코미터 센서 융합을 통하여 열차의 절대위치를 cm 단위로 정밀하게 검지할 수 있는 열차 위치검지센서시스템을 제안하였다. 제안된 위치검지 센서는 RF 비콘에서 송신하는 ID 를 수신하여 구간을 인지하고, 레이저 센서를 이용하여 절대위치 기준점을 정밀하게 검지한다. 차축회전각도에 비례하여 발생하는 타코미터 펄스 수를 계수함으로써 절대위치 기준점으로부터 이동한 거리를 계산하여 열차의 위치를 계산한다. 본 센서를 이용할 경우보다 정밀한 열차 위치제어가 가능하며, 이를 통해 열차의 이용편리성과 운영효율을 높일 수 있다. Current train control system detects the train location using Track circuit, RFID, or Transfonder. However, the sensor precision is too low and it limits the precise train position control. In this paper, a train location sensor fusion system, consisting of the RF beacon, laser sensor, and high resolution tachometer with cm level accuracy, is proposed. The proposed system recognizes the section by RFID from RF beacon and senses the absolute reference position by laser sensor. By counting the tachometer pulses which are proportional to the axle rotation angle, the relative distance from the reference location is calculated. With the proposed sensor system, it is possible to control the train location more precisely and it will help to make train operation system more effective and efficient.

센서네트워크 위치인식을 위해 GPS가 제공하는 위치정보와 TWR 방식으로 측정된 노드간의 거리 정보를 융합하는 기법

권오흠(Oh-Heum Kwon),변상구(Sang Gu Byeon),김상훈(Sang Hun Kim),이노복(Noh Bok Lee) 한국정보과학회 2012 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.39 No.1

센서네트워크 위치인식이란 앵커노드들의 위치정보와 노드들 간의 측정된 거리 정보를 이용하여 노드들의 위치를 결정하는 과정을 말한다. 본 논문에서는 각각의 앵커노드가 GPS 수신기를 장착하고 있고, GPS 수신 위치를 자신의 위치로 사용하는 경우를 다룬다. 일반적으로 센서네트워크 위치인식에서 앵커노드의 위치는 신뢰할만한 것으로 간주된다. 그런데 GPS 위치의 정확도는 종종 응용분야가 요구하는 수준에 미치지 못할 수 있다. 더구나 환경에 따라서는 GPS 보다 상대적으로 더 정확한 거리측정 기술들도 존재한다. Nanotron사의 NanoLoc RF에서 사용되는 TWR 거리 측정 기술은 그 한 예이다. 본 논문에서는 GPS가 제공한 위치정보와 노드들 간의 거리 측정 정보를 효과적으로 융합하여 보다 향상된 위치인식을 달성하는 방법에 대해서 다룬다. 즉, GPS가 수신한 위치를 그대로 앵커 노드의 위치로 사용하는 대신 노드들 간의 거리 측정 정보를 이용하여 보정함으로써 보다 나은 위치 인식을 달성하는 것을 목표로 한다. 이를 위한 세 가지 알고리즘을 제시하고 그 결과를 실험을 통하여 분석하였다. Localization refers to the process of determining positions of nodes in wireless sensor network based on the positions of a few anchor nodes and the measured distances between nodes. This paper concerns the situation in which each anchor node equips a GPS receiver and uses the received GPS location as its position. Majority of localization algorithms developed so far assume that the given positions of anchor nodes are trustable. The accuracy of GPS is very often not good enough to satisfy the requirement of the application. Moreover, there exist some ranging technologies that outperform the GPS in their accuracies. The TWR ranging technology adopted by NanoLoc RF chip, developed by Nanotron, is one of them. In this paper, we focus on how to fuse two types of measurement, the GPS locations and the ranging results, to produce better localization. In other words, instead of using the GPS-received positions as positions of anchors, we try to compensate them using the measured distances between nodes. We propose three different algorithms and analyse their performance through experiments.

확장형 칼만 필터를 이용한 AGV의 센서융합

정경훈(Kyunghoon Jung),김정민(Jungmin Kim),도주철(Joocheol Do),김성신(Sungshin Kim) 한국지능시스템학회 2010 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.20 No.2

본 논문은 AGV(autonomous guided vehicle)의 위치측정에 사용되는 센서융합을 확장형 칼만 필터(extended kalman filter)를 통하여 정밀도를 향상 시키는 방법에 관한 연구이다. 기존의 AGV에 사용된 센서융합은 비교적 응답 속도가 느린 전역 위치측정 센서의 공백을 응답속도가 빠른 지역 위치측정 센서를 이용하여 보완하는 방법이다. 하지만 이러한 방법은 비교적 오차가 큰 지역 위치측정 센서의 위치측정 데이터를 그대로 사용하기 때문에 높은 정밀도를 요구하는 AGV의 작업에는 적합하지 않다. 따라서 본 논문에서는 센서융합 시에 나타나는 위치측정 오차와 주행 도중 발생되는 전역 위치측정 센서의 오차를 최소화 하기위해 확장형 칼만 필터를 이용한 센서융합 방법을 제안한다. 본 논문에서 제안한 센서융합의 성능평가 실험을 위해 각각의 회전 반경으로 10회 반복 주행한 결과 센서융합을 통한 위치측정 정밀도가 향상됨을 확인할 수 있었다.

모바일 무선 센서 네트워크에서 적응적 파워 조절 기반 효율적인 위치인식 기법

이좌형,정인범,Lee, Joa-Hyoung,Jung, In-Bum 한국정보처리학회 2009 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.16 No.6

이동 사용자의 위치 정보를 제공하는 위치인식서비스는 센서네트워크가 제공하는 대표적인 서비스이다. 그동안 이동 사용자의 위치정보를 획득하기 위한 다양한 기법들이 제시되어 왔다. 하지만 대부분의 기법들은 단일 사용자인 경우만 고려하여 연구되어 이를 다중 사용자인 경우로 확장하기에는 문제가 있다. 여러 이동 사용자들이 한 지역에서 동시에 위치인식 작업을 수행하는 경우에 센서노드들이 발생시키는 라디오 주파수나 초음파 등이 서로 간에 간섭을 발생시킬 수 있다. 본 논문에서는 여러 이동 사용자들이 동시 다발적으로 위치확인 작업을 수행하고자 하는 경우에 발생 가능한 간섭을 최소화 하는 적응적 파워 조절에 기반한 위치인식 기법인 APL(Adaptive Power Control based Resource Allocation Technique for Efficient Localization Technique)기법을 제안한다. APL기법은 센서노드가 위치인식 작업을 수행하기 전에 주위에 있는 앵커노드를 선점하여 점유함으로써 노드간의 간섭을 방지한다. 이를 위해 IEEE 802.11에 정의된 RTS(Ready To Send)패킷을 자원 선점을 요청하는데 사용하며 CTS(Clear To Send)패킷을 자원 선점을 확인하는데 사용한다. 반대로 이미 앵커노드가 다른 노드에 의해 선점하여 위치인식 작업을 방해할 가능성이 있는 경우 해당 앵커노드들을 임계영역으로 정의한다. 임계영역 처리를 위한 NTS(Not To Send) 패킷을 새로이 정의하여 노드 간에 간섭이 발생하지 않도록 한다. 추가적으로 거리측정 작업시 앵커노드간 동기화를 위한 STS(Start to Send)패킷을 새로이 정의한다. 최종적으로 센서노드의 전송 파워를 적응적으로 조절하여 작업이 영향을 미치는 영역을 최소화하도록 한다. 실험을 통하여 이동 사용자가 다수일 경우 노드 간에 간섭이 많이 발생함을 보이며 제안하는 APL기법이 위치인식 작업시 간섭을 방지함을 보인다. Given the increased interest in ubiquitous computing, wireless sensor network has been researched widely. The localization service which provides the location information of mobile user, is one of important service provided by sensor network. Many methods to obtain the location information of mobile user have been proposed. However, these methods were developed for only one mobile user so that it is hard to extend for multiple mobile users. If multiple mobile users start the localization process concurrently, there could be interference of beacon or ultrasound that each mobile user transmits. In the paper, we propose APL(Adaptive Power Control based Resource Allocation Technique for Efficient Localization Technique), the localization technique for multiple mobile nodes based on adaptive power control in mobile wireless sensor networks. In APL, collision of localization between sensor nodes is prevented by forcing the mobile node to get the permission of localization from anchor nodes. For this, we use RTS(Ready To Send) packet type for localization initiation by mobile node and CTS(Clear To Send) packet type for localization grant by anchor node. NTS(Not To Send) packet type is used to reject localization by anchor node for interference avoidance and STS(Start To Send) for synchronization between 모anchor nodes. At last, the power level of sensor node is controled adaptively to minimize the affected area. The experimental result shows that the number of interference between nodes are increased in proportion to the number of mobile nodes and APL provides efficient localization.

무선 센서네트워크 환경의 효과적인 이동 노드 위치인식 시스템 설계

홍원기 4명 대구대학교 2005 대구대학교 학술논문집 Vol.1 No.1

무선 센서노드를 활용한 다양한 네트워크 설계 기술은 실생활의 각종 정보의 수집에서부터 환경 모니터링까지 폭넓은 활용범위를 바탕으로 저 전력 노드설계기술, 노드간 라우팅 프로토콜, 초소형 운영체제 및 미들웨어기술 등 센서네트워크 전반에 관한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 그중 위치인식 기술은 네트워크상에서 위치한 노드의 실제 위치를 추적하는 기술로 현재 위치가 고정된 센서노드와 제한된 환경에서의 위치 인식기술에 대한 연구는 이론적인 성과를 이루고 있으나, 센서노드가 사용하는 무선주파수의 특성 및 노드의 하드웨어 제약으로 인해 실생활에 적용하기에는 상당한 무리가 따르며, 이동성향을 갖춘 센서노드일 경우 적용가능성은 거의 희박한 실정이다. 이에 본 논문에서는 센서노드의 이동성을 지원하는 효과적인 이동객체 위치 인식 기법을 제안하고, 성능평가를 위한 이상적인 센서네트워크 플랫폼을 설계하고자 한다. Network technology applying wireless sensor node are very activating subject for low-power sensor node design, routing protocol, minimal operating system and middleware side based on wide range application from collecting some information to environmental monitoring of water and soil. One of these, localization is, determining technology that where a given node is physically located in a network. In fact, there are some theoretical achievements about relative location of fixed sensor node and environment for localization, but it generate very complex problems when apply actual life, because of some radio frequency communication features and limitation of sensor node capacity. If the sensor node has mobility, applicability may go down. so, In this paper, we not only propose a efficient localization method for mobile node but design ideal sensor network platform to evaluate our method.

LiDAR자료의 3차원 정보를 이용한 최적 Sensor 위치 선정방법론 개발

유한서(Yu Han Seo),이우균(Lee Woo Kyun),최성호(Choi Sung Ho),곽한빈(Kwak Han Bin),곽두안(Kwak Doo Ahn) 대한공간정보학회 2010 대한공간정보학회지 Vol.18 No.2

최근 항공사진과 고해상도 위성영상의 보급과 수치사진측량 시스템 및 분석 알고리즘의 발전으로 인하여 데이터 추출, 영상이미지프로세싱처리, 정밀 대축척지도제작 등의 연구가 진행되고 있지만 2차원 평면 정보라는 제한적인 요소를 가지고 있다. 이에, 높은 위치정확도와 개체인식을 위한 정확한 공간정보와 3차원 좌표가 필요하게 되었다. 본 연구에서는 높은 위치정확도가 검증된 LiDAR의 3차원 공간정보를 이용하여 실제 지형을 반영하였고, 센서 최적 위치를 도출하기위해 확률알고리즘을 개발하고 공간분석을 통해 확률 값을 산정하였다. Grid기반인 2차원·3차원 센서위치지점을 생성하고 LiDAR의 3차원정보를 센서감지영역 산정에 적용하였다. 이 데이터를 바탕으로 알고리즘을 구현하여 최적 센서위치지점으로 선정하였다. 또한 최적 센서위치지점 선정 시 고려사항을 3가지 조건으로 나누었다. 첫째조건은 방해물이 없는 2차원인 경우(2-D Non obstacle), 둘째조건은 방해물이 존재하는 2차원인 경우(2-D Obstacle), 셋째는 방해물이 존재하며 3차원인 조건(3-D Obstacle)으로 설정하였다. 이 3가지 조건에 알고리즘을 적용하여 2차원, 3차원적 공간에 대한 최적위치선정 방법을 검토하였다. 결론적으로 본 연구에서는 LiDAR 데이터를 이용하여 정보 수집을 위한 지상 고정센서 위치 선정 방법론을 제시하고자 하였다. In previous studies, the digital measurement systems and analysis algorithms were developed by using the related techniques, such as the aerial photograph detection and high resolution satellite image process. However, these studies were limited in 2-dimensional geo-processing. Therefore, it is necessary to apply the 3-dimensional spatial information and coordinate system for higher accuracy in recognizing and locating of geo-features. The objective of this study was to develop a stochastic algorithm for the optimal sensor placement using the 3-dimensional spatial analysis method. The 3-dimensional information of the LiDAR was applied in the sensor field algorithm based on 2- and/or 3-dimensional gridded points. This study was conducted with three case studies using the optimal sensor placement algorithms; the first case was based on 2-dimensional space without obstacles(2D-non obstacles), the second case was based on 2-dimensional space with obstacles(2D-obstacles), and lastly, the third case was based on 3-dimensional space with obstacles(3D-obstacles). Finally, this study suggested the methodology forthe optimal sensor placement ― especially, for ground-settled sensors ― using the LiDAR data, and it showed the possibility of algorithm application in the information collection using sensors.

무선 센서 네트워크 환경에서 센싱 반경 조절을 이용한 위치 측정 기법

박혁(Hyuk Park),황동교(Dongkyo Hwang),박준호(Junho Park),성동욱(Dong-ook Seong),유재수(Jaesoo Yoo) 한국콘텐츠학회 2013 한국콘텐츠학회논문지 Vol.13 No.2

무선 센서 네트워크에서 재난, 환경 모니터링 등에 대한 응용으로써 센서 노드의 지리학적 위치 측정은 매우 중요하다. 이를 위해 무선 센서 네트워크 분야는 Range-free 위치 측정 기법에 대한 연구가 활발하게 진행 중이며, 비 균일 네트워크 환경에서 위치 정확도를 향상하기 위한 중심 극한 정리와 정규 분포에 근거한 위치 측정 기법인 밀집 확률 기법이 제안되었다. 밀집 확률 기법의 경우 노드 통신을 통해 거리를 추정 후 최종 위치를 측정하지만 거리 추정 시 주위 인근 모든 노드가 동일한 1-홉 추정 거리를 갖는 문제점이 발생한다. 따라서 본 논문에서는 이러한 오차를 최소화하기 위해 각 노드마다 거리 추정 후 센싱 반경을 조절하여 2차 지역 거리 평가를 통해 센서의 위치를 측정하는 기법을 제안한다. 성능평가 결과, 제안하는 기법은 밀집 확률 기법에 비해 9% 더 높은 정확도를 보였다. 또한 대표적인 Range-free 위치 측정 기법인 DV-HOP에 비해 48% 더 우수한 위치 정확도를 보였다. In wireless sensor networks, the geographical positioning scheme is one of core technologies for sensor applications such as disaster monitoring and environment monitoring. For this reason, studies on range-free positioning schemes have been actively progressing. The density probability scheme based on central limit theorem and normal distribution was proposed to improve the location accuracy in non-uniform sensor network environments. The density probability scheme measures the final positions of unknown nodes by estimating distance through the sensor node communication. However, it has a problem that all of the neighboring nodes have the same 1-hop distance. In this paper, we propose an efficient sensor positioning scheme that overcomes this problem. The proposed scheme performs the second positioning step through the sensing range control after estimating the 1-hop distance of each node in order to minimize the estimation error. Our experimental results show that our proposed scheme improves the accuracy of sensor positioning by about 9% over the density probability scheme and by about 48% over the DV-HOP scheme.

홀이 존재하는 무선 센서 네트워크 환경에서 센서 위치 측정 기법의 성능평가

손인국(Ingook Son),황재민(Jae-min Hwang),박혁(Hyuk Park),박기순(KS Andrew Park),류은경(Eunkyung Ryu),박준호(Junho Park),유재수(Jaesoo Yoo) 한국정보과학회 2014 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.41 No.2

무선 센서 네트워크 환경에서 센서 위치 측정 기술은 다양한 응용에 있어 필수적인 기반 기술이다. 기존 위치 측정 기법은 실제 응용에서 발생 가능한 네트워크-홀을 고려하지 않아 위치 측정에 많은 오차를 발생시킨다. 이러한 문제점을 고려하여, 본 논문에서는 무선 센서 네트워크 환경에서 홀을 고려한 센서 위치 측정 기법을 제안한다. 제안하는 기법에서는 네트워크상의 홀이 존재할 경우, 이웃 노드 밀도를 기반으로 하여 홀을 감지한 후, 누적 홀-경계 노드 수를 기반으로 하는 거리 보정을 통해 센서 위치를 추정한다. 이를 통해, 네트워크상에 홀이 존재하는 상황에서도 높은 정확도의 센서 위치 측정이 가능하다. 제안하는 기법의 우수성을 입증하기 위해, 시뮬레이션을 통한 기존의 기법과의 성능을 비교 평가한다. 성능평가 결과, 제안하는 기법은 기존 기법에 비해 위치 측정 정확도가 크게 증가함을 보임으로써 그 우수성을 확인하였다. In wireless sensor networks, a sensor positioning scheme is one of core technologies for a lot of sensor applications. The existing sensor positioning schemes cause many errors since they do not consider holes in real world environments. In order to solve the problems, we propose a sensor positioning scheme considering holes in wireless sensor networks. In case the holes exist in a network, after the proposed scheme detects holes by considering the density of neighboring nodes, it estimates a sensor position through the distance correction based on cumulative hole boundary sensors. As a result, the proposed scheme guarantees the high accuracy of sensor positioning when the holes exist in a network. To show the superiority of the proposed scheme, we compare it with the existing positioning scheme. Our experimental results show that the proposed scheme significantly improves the accuracy of sensor positioning over the existing scheme.

무선 센서 네트워크환경에서 홀을 고려한 센서 위치 측정 기법

손인국(Ingook Son),박혁(Hyuk Park),류은경(Eunkyung Ryu),박준호(Junho Park),박기순(KS Andrew Park),유재수(Jaesoo Yoo) 한국정보과학회 2014 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.20 No.1

무선 센서 네트워크 환경에서 센서 위치 측정기술은 다양한 응용에 있어 필수적인 기반 기술이다. 기존위치 측정 기법은 실제 응용에서 발생 가능한 네트워크-홀을 고려하지 않아 위치 측정에 많은 오차를 발생시킨다. 이러한 문제점을 고려하여, 본 논문에서는 무선 센서 네트워크 환경에서 홀을 고려한 센서 위치 측정 기법을 제안한다. 제안하는 기법에서는 네트워크상의 홀이 존재할 경우, 이웃노드 밀도를 기반으로 하여 홀을 감지한 후, 누적 홀-경계노드 수를 기반으로 하는 거리 보정을 통해 센서 위치를 추정한다. 이를 통해, 네트워크상에 홀이 존재하는 상황에서도 높은 정확도의 센서 위치 측정이 가능하다. 제안하는 기법의 우수성을 입증하기 위해, 시뮬레이션을 통한 기존의 기법과의 성능을 비교 평가한다. 성능평가 결과, 제안하는 기법은 기존 기법에 비해 위치 측정 정확도가 크게 증가함을 보임으로써 그 우수성을 확인하였다. In wireless sensor networks, a positioning scheme is one of core technologies for a lot of sensor applications. The existing positioning schemes cause many errors since they do not consider holes in real world environments. In order to solve the problems, we propose a sensor positioning scheme considering holes in wireless sensor networks. In case the holes exist in a network, after the proposed scheme detects holes by considering the density of neighboring nodes, it estimates a sensor position through the distance correction based on cumulative hole boundary sensors. As a result, the proposed scheme guarantees the high accuracy of sensor positioning when the holes exist in a network. To show the superiority of the proposed scheme, we compare it with the existing positioning scheme. Our experimental results show that the proposed scheme significantly improves the accuracy of sonsor positioning over the existing scheme.