Design of a Crowd-Sourced Fingerprint Mapping and Localization System

WiFi fingerprinting is well known as an effective localization technique used for indoor environments. However, this technique requires a large amount of pre-built fingerprint maps over the entire space. Moreover, due to environmental changes, these maps have to be newly built or updated periodically by experts. As a way to avoid this problem, crowd-sourced fingerprint mapping attracts many interests from researchers. This approach supports many volunteer users to share their WiFi fingerprints collected at a specific environment. Therefore, crowd-sourced fingerprinting can automatically update fingerprint maps up-to-date. In most previous systems, however, individual users were asked to enter their positions manually to build their local fingerprint maps. Moreover, the systems do not have any principled mechanism to keep fingerprint maps clean by detecting and filtering out erroneous fingerprints collected from multiple users. In this paper, we present the design of a crowd-sourced fingerprint mapping and localization(CMAL) system. The proposed system can not only automatically build and/or update WiFi fingerprint maps from fingerprint collections provided by multiple smartphone users, but also simultaneously track their positions using the up-to-date maps. The CMAL system consists of multiple clients to work on individual smartphones to collect fingerprints and a central server to maintain a database of fingerprint maps. Each client contains a particle filter-based WiFi SLAM engine, tracking the smartphone user's position and building each local fingerprint map. The server of our system adopts a Gaussian interpolation-based error filtering algorithm to maintain the integrity of fingerprint maps. Through various experiments, we show the high performance of our system.

군중-제공 신호지도 작성 및 위치 추적 시스템의 설계

WiFi 신호지도법은 실내 환경을 위한 효과적인 위치 추적 기술로 잘 알려져 있다. 하지만 이 기술은 주어진 공간 전역에 걸쳐 미리 구축된 대용량의 신호지도가 있어야 적용할 수 있다. 또한 이 기술을 적용하기 위해서는 환경이 변함에 따라 전문가에 의해 주기적으로 새로운 신호지도를 구축하거나 변경하는 작업이 필요하다. 최근 들어 이러한 문제점을 극복하기 위한 한 가지 방법으로서, 군중-제공 신호지도 작성 방식이 많은 연구자들의 관심을 모으고 있다. 이 방식은 다수의 자발적인 사용자들로 하여금 특정 공간에서 수집한 자신들의 신호지도를 다른 사람들과 함께 서로 공유할 수 있도록 해준다. 따라서 군중-제공 신호지도 방식을 이용하면 신호지도를 자동으로 최신의 상태로 변경할 수 있다. 하지만, 대부분의 군중-제공 신호지도 작성 시스템들에서는 사용자들이 자신의 위치를 스스로 판단하여 수작업으로 직접 입력하도록 요구하고 있다. 그 뿐만 아니라, 이들 시스템에서는 다수의 사용자들로부터 수집되는 신호지도들 중에서 오류가 있는 것들을 찾아내고 이들을 여과해주는 체계적인 메커니즘을 가지고 있지 않다. 본 논문에서는 군중-제공 신호지도 작성 및 위치 추적(CMAL) 시스템의 설계에 대해 소개한다. 본 논문에서 제안하는 시스템은 다수의 스마트폰 사용자들로부터 수집된 지역 신호지도들을 이용하여 자동으로 공유 신호지도를 구축/갱신할 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 새로운 신호지도를 이용하여 각 스마트폰 사용자의 위치를 추적할 수 있는 기능을 제공한다. 본 시스템은 각 스마트폰에서 신호지도를 수집하는 다수의 클라이언트들과, 공유 신호지도 데이터베이스를 관리하는 중앙의 서버로 구성된다. 각 클라이언트에는 스마트폰 사용자의 실시간 위치를 추적하면서 동시에 지역 신호지도를 생성하는 파티클 필터-기반의 WiFi SLAM 엔진을 내장하고 있으며, 서버에는 공유 신호지도의 무결성 유지를 위한 가우시안 보간법 기반의 오류 여과 알고리즘을 채택하고 있다. 다양한 실험들을 수행한 결과를 통해, 본 논문에서 제안한 시스템의 높은 성능을 확인할 수 있었다.