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무선 센서 네트워크에서 다중 왕복시간차를 이용한 위치측정
장상욱(Sangwook Jang),하란(Rhan Ha) 한국정보과학회 2007 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.34 No.5
무선 센서 네트워크(WSNs)에서는 수많은 센서들이 사람이 접근하기 어려운 환경에 배치된다. 이러한 환경에서, 센서들의 절대적 또는 상대적인 위치정보를 이용함으로써 무선 센서 네트워크를 다양한 응용서비스에 이용할 수 있다. 지금까지는 센서 노드의 위치를 측정하는 방법으로 신호의 도착시간차(time-of-arrival, TOA)에 기반을 둔 방법이 가장 정확도가 높게 평가되었다. 그러나 TOA방법에서는 두 노드간에 clock skew나 clock drift가 생기면 거리오차가 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 주기적인 시간동기화 기법들이 제시되었는데, 이러한 방법에서는 거리오차를 줄일 수 있지만 시간동기화에 따른 overhead가 발생하게 된다. 본 논문에서는 이러한 clock skew가 발생하는 상황에서도 거리와 위치 정확도를 높일 수 있는 신호의 다중 왕복시간차(multiple round-trip times of arrival, RTOA)에 기반한 위치 측정 방법을 제안한다. 실험 결과, RTOA가 기존의 TOA방법보다 최대 93%의 위치 정확도 향상을 보였다. In wireless sensor networks (WSNs), thousands of sensors are often deployed in a hostile environment. In such an environment, WSNs can be applied to various applications by using the absolute or relative location information of the sensors. Until now, the time-of-arrival (TOA) based localization method has been considered most accurate. In the TOA method, however, inaccuracy in distance estimation is caused by clock drift and clock skew between sensor nodes. To solve this problem, several numbers of periodic time synchronization methods were suggested while these methods introduced overheads to the packet traffic. In this paper, we propose a new localization method based on multiple round-trip times (RTOA) of a signal which gives more accurate distance and location estimation even in the presence of clock skew between sensor nodes. Our experimental results show that the proposed RTOA method gives up to 93% more accurate location estimation.
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장상욱(Sangwook Jang),하란(Rhan Ha) 한국정보과학회 2006 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.33 No.1
무선 센서 네트워크에서는 고정된 인프라에 의존하기 어려운 환경을 가지고 있다. 하지만, 위치기반 기술을 접목하여 센서의 절대적 또는 상대적인 위치정보를 이용하면 다양한 응용서비스를 효과적으로 적용할 수 있다. 이러한 센서 노드의 위치를 측정하는 방법 중에 시간을 기반으로 위치를 측정하는 방법이 가장 정확도가 높게 평가되었다[1]. 그러나 이러한 TOA방법은 노드의 Clock Rate에 의존적이기 때문에 위치오차가 발생하게 된다. 따라서 Node의 Clock Drift를 줄이기 위해서 주기적인 시간동기화가 필요했다. 하지만 본 논문에서는 이러한 거리오차를 제거하기 위한 방법으로 시간 비동기화 방법(ALS)을 소개하고, ALS를 기반으로 시뮬레이션과 실질적인 센서를 가지고 노드 사이의 거리와 위치를 측정하였다. 실험 결과, 기존의 TOA방법과 비교하여 거리 및 위치 정확도, Packet 트래픽에 대해서 성능 향상을 확인한다.
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무선 센서 네트워크에서의 연속적인 물체의 추적을 위한 에너지 효율적인 경계 선정 기법
장상욱(Sangwook Jang),한주선(Joosun Hahn),하란(Rhan Ha) 한국정보과학회 2009 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.36 No.6
Wireless sensor networks (WSNs) can be used in various applications for military or environmental purpose. Recently, there are lots of on-going researches for detecting and tracking the spread of continuous objects or phenomena such as poisonous gas, wildfires, earthquakes, and so on. Some previous work has proposed techniques to detect edge nodes of such a continuous object based on the information of all the 1-hop neighbor nodes. In those techniques, however, a number of nodes are redundantly selected as edge nodes, and thus, the boundary of the continuous object cannot be presented accurately. In this paper, we propose a new edge detection method in which edge nodes of the continuous object are detected based on the information of the neighbor nodes obtained via the Localized Delaunay Triangulation so that a minimum number of nodes are selected as edge nodes. We also define the sensor behavior rule for tracking continuous objects energy-efficiently. Our simulation results show that the proposed edge detection method provides enhanced performance compared with previous 1-hop neighbor node based methods. On the average, the accuracy is improved by 29.95% while the number of edge nodes, the amount of communication messages and energy consumption are reduced by 54.43%, 79.36% and 72.34%, respectively. Moreover, the number of edge nodes decreases by 48.38% on the average in our field test with MICAz motes. 무선 센서 네트워크는 군사적, 환경적 목적으로 다방면에서 활용될 수 있는데, 최근 유독가스, 산불, 지진과 같은 연속적인 성격을 가진 물체의 확산 경로를 추적하는 연구가 새롭게 진행되고 있다. 기존 연구에서는 연속적인 물체의 경계를 지역적으로 측정하기 위해 1-홉 이웃 노드들과의 통신을 통한 방식을 제시하였으나, 이러한 방식은 불필요하게 많은 노드들이 경계 노드로 선택되어 물체의 경계를 정확히 측정할 수 없는 문제를 안고 있다. 본 논문에서는 최소한의 경계 노드를 선별하기 위해 지역적인 드로네 삼각기법을 이용한 방법을 제안하고, 연속적인 물체를 에너지 효율적으로 추적하기 위한 센서의 동작 규칙을 규정한다. 모의실험 결과, 본 논문에서 제안한 방법이 기존의 1-홉 경계 설정과 비교해 경계 노드의 선택 정확도는 평균 29.95% 개선되면서도 경계 노드의 수는 평균 54.43% 감소하며, 통신 메시지 수와 에너지 소모량은 각각 평균 79.36%, 72.34% 향상됨을 보였다. 또한, MICAz mote를 이용한 현장실험을 통해 평균 48.38% 경계 노드 수가 감소함을 보였다.
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