무선 센서망에서의 주파수 차이 추정 비동기 Ranging 방식
Asynchronous Ranging Method using Estimated Frequency Differences in Wireless Sensor Networks
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무선 센서망에서 이동노드의 위치를 추정하는데 센서노드의 클럭주파수 차이는 TOF 추정에 중요한 파라메타이며, 이동노드와 고정노드 간의 거리 추정에 크게 영향을 미친다. IEEE802.15.4a에서는 별도의 유선 등에 의한 망동기 공급이 없는 상태에서도 주파수 차이에 둔감한 비동기 TWR 및 SDS-TWR 거리 추정 방식을 제안하고 있다. 그러나 제안된 비동기 TWR 및 SDS-TWR 방식은 여전히 노드 쌍에 따른 주파수 차이, 프레임 처리 시간, 프레임 처리 시간 차이 등에 의한 영향을 충분히 제거하지 못하고 있다. 특히 주파수 차이가 큰 저가의 발진기 사용, 서로 다른 하드웨어 및 소프트웨어에서 동작하는 센서노드는 더 큰 위치추정 오류를 유발할 수 있다. 본 논문은 주파수 차이를 추정하는 방식을 제안하고, 기존의 TWR 및 SDS-TWR 방식에 적용하였다. 시뮬레이션을 통하여 주파수 차이 추정을 적용한 제안된 방식은 주파수 차이의 영향을 감소시켜 TWR 및 SDS-TWR 등의 성능을 개선시켰으며, 25cm 이하의 위치오류가 발생하는 것을 확인하였다.
Abstract
The clock frequency difference of sensor nodes is one of main parameters in TOF estimation and affect to degrade ranging algorithms to estimate positions of mobile nodes in wireless sensor networks. The specification of IEEE802.15.4a describes asynchronous TWR and SDS-TWR insensitive to frequency difference without any additional network synchronization. But the TWR and SDS-TWR can not eliminate sufficiently the effect of frequency difference of node pair, packet processing delay and its difference. Especially use of low cost oscillator with wide range offset, sensor node with different hardware and software can make the positioning errors worse. We propose an estimation method of frequency differences, and apply the measured frequency differences to TWR and SDS-TWR. We evaluate the performance of the proposed algorithm with simulation, and make certain that the proposed method enhances the performance of existing algorithms with positioning errors less than 25 cm..
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