DOI QR코드

DOI QR Code

The development of asynchronous ranging scheme based on the virtual slot

가상슬롯 기반의 비동기 거리 추정 기법 개발

  • Ko, Young-Wook (Strategy and Planning Department, MSTKOREA Co., Ltd.) ;
  • Kim, Hwan-Yong (Dept. of Electronic Engineering, Wonkwang university)
  • 고영욱 (엠에스티코리아(주) 전략기획실) ;
  • 김환용 (원광대학교 전자공학과)
  • Received : 2016.07.27
  • Accepted : 2016.08.11
  • Published : 2016.08.31

Abstract

Ranging is divided into a synchronous scheme and an asynchronous scheme according to the presence of global synchronization between nodes. In general, the asynchronous ranging is preferred over synchronous ranging because it does not require an expensive high-precision oscillator for the global synchronization. On the other hand, in a conventional asynchronous ranging scheme, the packets, which are generated by all nodes in a positioning system of a large-scale infrastructure and need to be sent for localization by reference nodes, are considerable, which cause an increase in network traffic as the number of nodes increases. The traffic congestion lowers the throughput of the network leading to a considerable loss of energy. To solve this problem, this paper proposes a ranging scheme, in which virtual transmission slots randomly and discretely selected by a plurality of nodes are used to reduce the overheads needed in synchronizing the nodes, and the ranging is performed asynchronously based on the virtual transmission slots, thereby decreasing the network traffic. In addition, a performance test proved that the proposed ranging scheme was stronger than the TWR and SDS-TWR on an error range, even though the intensity of traffic was very low.

거리 추정기법은 노드간 글로벌 동기화의 유무에 따라 동기방식과 비동기방식으로 나뉜다. 일반적으로 비동기 측위 기법이 동기 측위 기법에 비해 글로벌 동기와 고가의 정밀한 오실레이터를 요구하지 않기 때문에 선호되고 있다. 그러나 기존의 비동기 추정기법은 대규모의 인프라로 구성되는 위치 인식시스템에서 각 노드마다 발생되는 패킷에 의해 각 기준 노드들은 위치 파악을 위한 상당한 패킷을 전송해야 하며, 이것은 노드의 수가 증가될수록 네트워크 내의 트래픽의 양이 상당히 증가하게 된다. 이러한 네트워크 트래픽의 증가는 전체 네트워크의 처리량의 감소로 이어지며, 이로 인해 상당한 에너지 손실이 발생된다. 따라서 본 논문에서는 기존의 문제를 해결하기 위하여 다수의 노드들이 분산적으로 랜덤하게 선택한 가상 슬롯을 사용하여 전송함으로써 노드간의 동기를 맞추는데 필요한 오버헤드를 줄이고, 가상슬롯을 기반으로 비동기로 거리를 추정함으로써 네트워크 트래픽을 낮출 수 있는 기법을 제안하였다. 또한 성능 평가를 통해 매우 낮은 트래픽의 강도에도 불구하고 제안된 거리추정 기법은 TWR과 SDS-TWR보다 오차 범위에 대해 더 강력하다는 것을 입증하였다.

Keywords

References

  1. IEEE 802.15.4a TG4a, "Part 15.4 : Wireless Medium Access Control(MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area networks (LRWPANs)", IEEE 802.15.4aTM, Aug. 2007.
  2. K. Siwiak and M. Franklin, "Advances in Ultra-Wide Band Technology," Radio Solutions, Commonwealth Conference & Events Centre, London, Nov. 6-7, 2001.
  3. M. G. M. Hussain, "Principles of Space-Time Array Processing for Ultrawide Band Impulse Radar and Radio Communication," IEEE Trans. on Vehicular Tech. 51 pp. 393-403, 2002. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TVT.2002.1002490
  4. J. Ni, D. Arndt, P. Ngo, C. Phan, and J. Gross, "UWB Tracking System Design for Free-Flyers," AIAA Space 2004 Conference and Exposition, Sept. pp. 28-30, 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.2514/6.2004-5946
  5. J. Ni and R. Barton, "Design and Performance Analysis of a UWB Tracking System for Space Applications," IEEE/ACES Intl. Conf. on Wireless Communications and Applied Computational Electromagnetics, April pp. 3-7, 2005. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/WCACEM.2005.1469521
  6. J. Ni, D. Arndt, P. Ngo, C. Phan, and J. Gross, "UWB Tracking System Design with TDOA Algorithm for Space Applications," NASA/JSC Internal Report, August 2005.
  7. Hakyong Kim, "Wireless LAN-Based LBS Services", Telecommunications Review, vol. 16, no. 2, pp. 188-202, April 2006.
  8. R. Hach, "Symmetric Double Sided Two-Way Ranging", IEEE P802.15 Working Group for Wireless Personal Area Networks (WPAN), 2005.