Journal of Korea Multimedia Society (한국멀티미디어학회논문지)

Korea Multimedia Society (한국멀티미디어학회)
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Location Positioning System Based on K-NN for Sensor Networks

센서네트워크를 위한 K-NN 기반의 위치 추정 시스템

  • 김병국 (고려대학교 전자컴퓨터공학과) ;
  • 홍원길 ((주)센서웨이 기술연구부)
  • Received : 2012.05.23
  • Accepted : 2012.07.23
  • Published : 2012.09.30
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Abstract

To realize LBS (Location Based Service), typically GPS is mostly used. However, this system can be only used in out-sides. Furthermore, the use of the GPS in sensor networks is not efficient due to the low power consumption. Hence, we propose methods for the location positioning which is runnable at indoor in this paper. The proposed methods elaborate the location positioning system via applying K-NN(K-Nearest Neighbour) Algorithm with its intermediate values based on IEEE 802.15.4 technology; which is mostly used for the sensor networks. Logically the accuracy of the location positioning is proportional to the number of sampling sensor nodes' RSS according to the K-NN. By the way, numerous sampling uses a lot of sensor networks' resources. In order to reduce the number of samplings, we, instead, attempt to use the intermediate values of K-NN's signal boundaries, so that our proposed methods are able to positioning almost two times as accurate as the general ways of K-NN's result.

LBS(Location Based Service)를 위한 대표적인 수단으로 GPS가 많이 사용된다. 그러나 GPS는 야외 및 개방된 공간에서만 이용이 가능하다. 또한, 저전력을 기반으로 한 무선 센서네트워크에서의 활용은 비효율적이다. 본 논문에서는 실내 환경에서 위치 측위를 위하여 기존 시스템들과는 다른 접근 방법을 이용하여 위치를 측위 한다. 무선 센서네트워크에서 대표적으로 사용하는 IEEE 802.15.4를 기반으로 K-NN (K-Nearest Neighbor) 알고리즘에 중간값(Intermediate Value)을 적용하여, 더 세밀하게 위치를 측위 할 수 있는 시스템을 제안한다. K-NN의 경우 측정된 위치의 정교성은 셈플링의 개수에 비례한다. 그러나 센서네트워크에서 셈플링 개수를 무수히 늘리는 것은 비효율적이다. 본 논문에서는 셈플링값에 중간값을 적용하여 셈플링을 줄이는 알고리즘을 제안한다. 그리고 제안한 알고리즘을 구현하고 이를 실험하여 기존의 K-NN 기반의 위치 추정보다 약 두 배의 정밀도를 얻을 수 있음을 증명한다.

Keywords

References

  1. 김춘석, 한문승, "위치정보의 활용현황 조사분석", 정보통신연구진흥원 학술기사, 2006.
  2. 박용완, 김선미, "차세대 위치기반서비스 측위 기술," 한국통신학회지(정보통신) 제23권, 제6호, pp. 83-98, 2006.
  3. 한국정보통신산업협회, 2005년도 정보통신표 준화전략포럼 최종연구보고서 - LBS 표준화 포럼 운영, 한국정보통신기술협회, 2003.
  4. LBS 산업협의회, LBS 기술 및 시장현황 연구 보고서, 2006.
  5. 박종현, 김문구, 백종현, "위치기반서비스(LBS)의 산업구조 분석 및 시장개발전략 방향," 한국통신학회지(정보통신), 제20권 제2호, pp. 92- 102, 2003.
  6. 이승철, 홍봉희, 김기홍, 박재관, "RTLS를 위한 위치 데이터 스트림 처리기 개발," 한국공간정보시스템학회 학술회의 논문집, pp. 15-20, 2007.
  7. 김수희, 정인환, "Wireless LAN 환경하에서 Access Point의 RSSI 삼각층량 방식을 이용한 RTLS 설계," 한국정보과학회 학술발표논문집, 제33권 제2호, pp. 330-333, 2006.
  8. 임재걸, 주재훈, 남윤석, "위치기반서비스를 위한 통합측위시스템 설계 및 응용," 한국데이터베이스학회, Vol. 13, No. 4, pp. 57-70, 2006.
  9. 주재순, 염경환, 이상정, "GPS/GLONASS통합 수신용 RF 전단부의 설계 및 제작," 정보과학회논문지, 제12권 제4호, pp. 1226-2285, 2001.
  10. 허경, 손원성, 엄두섭, "위치 측정 시스템(Localization) 기술 동향," 한국멀티미디어학회지, 제14권, 제4호, pp. 35-50, 2010.
  11. 남민석, 정종태, 이상철, 이동하, "위치인식 기술 관점에서의 WSN 응용 기술 반전 전망," 한국멀티미디어학회지, 제14권, 제4호, pp. 51-60, 2010.
  12. 송하주, 김숙연, 권오흠, "무선 센서 네트워크에서의 2단계 위치 추정 알고리즘," 한국멀티미디어학회논문지, 제9권, 제2호, pp. 172-188, 2006.
  13. Want, R., Hopper, A., Falcao, V., and Gibbons, J., "The Active Badge Location System," ACM Transactions on Information Systems, Vol. 10, No. 1, pp. 91-102, 1992. https://doi.org/10.1145/128756.128759
  14. Harter, A. and Hopper, A., "A New Location Technique for the Active Office," IEEE Personal Communications, Vol. 4, No. 5, pp. 43-47, 1997.
  15. Harter, A., Hopper, A., Steggles, P., Ward, A., and Webster, P., "The Anatomy of a Context-Aware Application," Wireless Networks, 2002, Vol. 8, pp. 187-192, 2002.
  16. Priyanthat N., Chakraborty A., and Balakrishnan, H, "The Cricket Location-Support System," Proc. of 6th ACM International Conference on Mobile Computing and Networking, pp. 32-43, 2000.
  17. Bahl P. and Padmanabhan V., "RADAR：An In-building RF-based User Location and Tracking System," INFOCOM 2000, pp. 775-784, 2000.
  18. 임재걸, 정승환, 심규박, "RSSI 판독 라이브러리 함수 및 옥내 측위 모듈 구현," 한국멀티미디어학회논문지, 제10권, 제1호, pp. 1483-1495, 2007.
  19. T.M. Cover and P.E. Hart, "Nearest Neighbor Pattern Classification," IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 13, pp. 21-27, 1967. https://doi.org/10.1109/TIT.1967.1053964
  20. E.E. Smith and D.L. Medin, Categories and Concepts, Cambridge, MA: Harvard University Press, 1981.
  21. D. Aha, D. Kibler, and M. Albert, "Instancebased Learning Algorithms," Machine Learning, Vol. 6, pp. 37-66, 1991.
  22. 이창환, "정보이론을 이용한 K-최근접 이웃 알고리즘에서의 속성 가중치 계산," 정보과학회논문지: 소프트웨어 및 응용 제32권 제9호, pp. 920-926, 2005.
  23. 정우진, 김기범, 최창순, 윤동원, "지그비 네트워크 에서 효율적인 이동성 지원을 위한 빠른 핸드오버 방안," 전자공학회논문지, 제43권, 제11호, pp. 78-84, 2006.
  24. 최상호, "위치 탐지를 위한 유비쿼터스 센서 네트워크," 자연과학논문집, 제27권, pp. 43-54, 2006.
  25. J. Krumm et al., "Multi-Camera Multi-Person Tracking for EasyLiving," Third IEEE International Workshop on Visual Surveilliance, pp. 3-10, 2000.
  26. G.P. Yost and S. Panchapakesan, "Improvement in Estimation of Time of Arrival(TOA)from Timing Advance(TA)," IEEE International Conference on Universal Personal Communications, Vol. 2, pp. 1367-1372, 1998.
  27. L. Zhu and J. Zhu, "A New Model and its Performance for TDOA Estimation," IEEE Vehicular Technology Conference, Vol. 4, pp. 2750-2753, 2001.
  28. 김보미, 심민진, 이종은, 최상호, "유비쿼터스 센서 네트워크의 위치탐지 기술 및 동향", 정보통신연구진흥원 학술정보, Vol. 16, pp. 27-37, 2007
  29. Shashank Tadakamadla, Indoor Local Positioning System For ZigBee, Based On RSSI , Thesis report of Mid Sweden University, 2006.
  30. 유영대, 최정훈, "IEEE 802.15.4 무선 스타 센서 네트워크에서 비컨 신호주기에 따른 센서 노드 전력 소모량 분석," 한국통신학회논문지, Vol. 31, 2006.
  31. A. El-Hoiydi and J.-D. Decotignie, "Wise- MAC: An Ultra Low Power Mac Protocol for the Downlink of Infrastructure Wireless Sensor Networks," IEEE symposium on computers and communication ISCC'04, pp. 244-251, 2004.

Cited by

  1. A Study on Packet Transmissions using overhearing and Time-Interval in WMSNs vol.16, pp.4, 2013, https://doi.org/10.9717/kmms.2013.16.4.464
  2. A Study on Wireless LAN Topology Configuration for Enhancing Indoor Location-awareness and Network Performance vol.16, pp.4, 2013, https://doi.org/10.9717/kmms.2013.16.4.472
  3. LoRaWAN을 이용한 선박 내부 격벽통과 신호의 특성 및 거리에 따른 수신율 분석 vol.23, pp.2, 2012, https://doi.org/10.9717/kmms.2020.23.2.255