무선 센서 네트워크 환경에서 4대 로봇 기반의 위치 추정 시스템

국문 초록 (Abstract)

우리가 사는 현실세계는 컴퓨터와 네트워크의 발달로 인해 컴퓨터가 언제 어디서나 하나로 통합되는 유비쿼터스 환경이 도래하고 있다. 이런 환경 속에서 우리는 주변의 다양한 정보를 센서로부터 쉽게 얻을 수 있다. 따라서 무선 센서 네트워크 환경에서 활용분야는 매우 다양하다. 이런 다양한 활용분야에서 필수적인 요소는 위치정보이다. 위치를 정보를 얻을 수 있는 방법은 매우 다양한 방법이 존재 한다. 본 논문에서는 위치 정보를 얻기 위해서 초음파와 RF신호를 이용하여 거리 정보를 얻는다. 거리 정보를 얻은 후 주변 앵커노드를 이용해서 센서노드의 위치확정을 하게 되는데, 앵커 노드를 이용하는 방법은 고정된 위치에 있는 앵커를 이용하는 방법과 모바일 로봇을 이용하는 방법 2가지가 존재한다. 고정된 위치에 있는 앵커를 이용하기 위해서는 주변에 3개 이상의 센서 노드가 존재해야 한다. 따라서 공간이 넓어질 경우 위치확정을 하는 것이 어려워진다. 반면 3대 이상의 모바일 앵커 로봇을 이용하면 센서 노드 배치에 관계없이 센서 노드의 위치확정이 가능해 진다. 기존 3개의 로봇을 이용한 위치확정에 대한 연구가 존재하였다. 하지만 3대의 로봇이 1대씩 움직이기 때문에 센서 노드 탐색하는데 개선해야 하는 여지가 필요하였다. 따라서 본 논문에서는 3대 로봇에서 1대 추가한 4대의 로봇을 이용한 위치확정 방법을 제안하였다. 이 방법을 본 논문에서는 4RLS라고 한다. 그리고 4RLS을 이용하기 위해 시스템을 설계하고 움직임 패턴을 정의하였다. 또한 4대의 로봇이 효율적인 통신을 하기위한 통신 흐름을 규정하였으며, 각 로봇의 역할 분담을 위해 상대 다이어그램을 제안하였다. 최종적으로 실제 환경에서 실험을 통해 3RLS보다 4RLS가 약 30%정도 성능이 좋다는 것을 증명하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The real world in which we live is going toward a ubiquitous environment that we connect to the network at anywhere and anytime because of pervasive computing and network development. In these environments, we easily get a variety of information through near sensors. Thus, in a wireless sensor network environment, there are various applications. A critical factor of these applications is distance information. There are many ways to get distance information. In this paper, we use ultrasound and the radio frequency to get distance information. After getting distance information, sensor nodes are localized by near anchor nodes. There are two methods to use anchor nodes; fixed anchor node and mobile robots. In order to use the fixed anchor node method, there are more than three nodes should exist around a sensor node. So, it is difficult to use a fixed anchor node method if the space is gradually becoming wider. On the other hand, in the mobile robot method, sensor nodes without position information can be localized regardless of deploying anchor nodes. There is previous research that sensor nodes are localized using three mobile robots. But, this approach needs to improve localization time because of moving one robot per cycle.
Therefore, we proposed a localization method using four mobile robots by adding one mobile robot. This method is called 4RLS (4 Robot Localization System). In this paper, we design a system and define the moving pattern for 4RLS. We also define the communication flow for effective communication between robot, and propose a state diagram for the division of roles of each robot. Finally, we prove that 4RLS is 30% better than 3RLS performance in the real world.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 1 절 연구 배경 1
• 제 2 절 연구 목표 5
• 제 3 절 논문의 구성 6
• 제 2 장 관련 연구 7
• 제 1 절 거리 측정 방식 7
• 제 2 절 거리 측정 기술 10
• 제 3 절 위치확정을 위한 RIGID 이론 13
• 제 4 절 기존의 위치확정 관련 연구 17
• 제 3 장 4RLS의 실험 설계 및 구현 22
• 제 1 절 전 방향성 장치 22
• 제 2 절 4RLS의 시스템 설계 26
• 제 3 절 4RLS을 이용한 센서 노드 위치확정 29
• 제 4 절 4RLS의 로봇 움직임 패턴 30
• 제 5 절 4RLS의 동기화 방법 32
• 제 6 절 4RLS의 통신 흐름도 34
• 제 7 절 4RLS의 상태 다이어그램 36
• 제 8 절 4RLS의 알고리즘 순서도 41
• 제 4 장 4RLS의 실험 결과 43
• 제 1 절 실험 환경 43
• 제 2 절 스냅샷 45
• 제 3 절 3RLS와 4RLS의 성능 비교 47
• 제 5 장 결 론 및 향후 연구 51
• 참고문헌 52
• 부 록 54
• Abstract 56