Enhancement of Optics-Based Sensor Node Localization using Multiple Base Stations

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 기계항공공학부, 2013. 8. 박찬국.본 논문에서는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) CCR(Corner Cube Retroreflector)을 이용한 광 신호 기반 무선 센서 네트워크의 센서 노드 위치 인식을 수행하기 위해 실제 환경에서 발생할 수 있는 문제점들을 분석하여 이를 극복하기 위한 다중 베이스 스테이션 시스템을 제안한다. 그 후 제안한 시스템을 이용한 위치 실험을 통하여 그 성능을 검증한다. 광 신호 기반 센서 노드 위치 인식 시스템은 회전하는 베이스 스테이션에서 발사된 광신호의 출발시간과 센서 노드에 부착된 MEMS CCR에 반사되어 되돌아오는 도착시간 차이를 이용하여 거리를 계산하고, 거리가 계산될 때의 베이스 스테이션의 회전각을 측정함으로써 이루어진다. MEMS CCR은 세 개의 반사면이 서로 수직을 이루고 있는 마이크로 미터 급의 크기의 반사체로써 입사한 광 신호를 입사 방향의 평행한 방향으로 반사시킬 수 있다. 실제 이 시스템을 가지고 MEMS CCR 을 위치 인식하는 센서 네트워크를 구성할 때 문제점이 발생한다. 첫 번째로 MEMS CCR에서 반사되어 베이스 스테이션으로 돌아오는 광 신호의 세기가 미약하여 약 30~40cm정도 밖에 측정 거리가 되지 않는 문제점과, 무작위적으로 분포된 센서 노드가 베이스 스테이션과 일직선으로 배열될 경우 광 신호의 직진성으로 인해 광 신호가 도달하지 못해 위치 인식이 되지 않는 문제점이다. 이를 해결하고자 본 논문에서는 다음과 같은 방안을 연구하였다. 먼저 MEMS CCR에 광신호가 반사되어 베이스 스테이션으로 돌아오는 과정을 분석하여 베이스 스테이션에서 MEMS CCR을 검출하기 위해 필요한 하드웨어의 사양에 대한 분석을 수행하였다. 그 다음으로 베이스 스테이션 시스템의 구조를 변경하여 다른 위치 인식 기법을 사용하거나 MEMS CCR의 변경을 제안하여 결과적으로 기존의 측정 가능 거리를 4배 이상 향상 시켰다. 무작위적으로 분포된 센서 노드의 문제는 기존의 단일 베이스 스테이션이 아닌 다중 베이스 스테이션 시스템을 제안하여 해결하였다. 그 후 위의 두 문제점을 해결하는데 사용된 다중 베이스 스테이션 시스템을 적용한 센서 노드 위치 인식 실험을 통하여 위치 인식 성능의 향상 면에서도 효용성이 있음을 확인하였다. 이를 통해 실제 센서 네트워크 구성에 다중 베이스 스테이션 시스템이 필수적이라는 결론을 내릴 수 있었다.목 차 초록 ⅰ 목차 ⅰⅴ 표 목차 ⅴⅰ 그림 목차 ⅴⅰⅰ 1. 서 론 1 1.1. 연구 배경 1 1.2. 연구의 목적 및 내용 6 2. 위치 인식 시스템 분석 9 2.1 ToF 스캐닝 시스템의 원리 9 2.2 실제 적용에 발생하는 문제점 분석 13 3. 실제 적용을 위한 시스템 개선 연구 15 3.1 거리에 따른 검출 조건 분석 17 3.1.1 입사 광 신호의 광 밀도 19 3.1.2 유효 반사 면적 21 3.1.3 반사율 24 3.1.4 광 분리기 25 3.1.5 최대 반사 광 신호 세기 26 3.1.6 이론 식과 측정치의 비교 27 3.1.7 이론 식을 통한 파라미터 식별 29 3.2 베이스 스테이션의 변경을 통한 성능 향상 31 3.2.1 AoA 위치 인식 기법 34 3.2.2 Lighthouse 위치 인식 기법 36 3.2.3 위치 인식 기법의 성능 비교 38 3.3 MEMS CCR의 변경을 통한 성능 향상 40 3.4 다중 베이스 스테이션 구성 43 4. 위치 인식 실험 및 결과 분석 45 4.1 실험 조건 46 4.2 실험 결과 분석 48 5. 결론 및 추후 연구 과제 52 참고문헌 55 Abstract 59Maste

Air Force Institute of Technology Research Report 2012

This report summarizes the research activities of the Air Force Institute of Technology’s Graduate School of Engineering and Management. It describes research interests and faculty expertise; lists student theses/dissertations; identifies research sponsors and contributions; and outlines the procedures for contacting the school. Included in the report are: faculty publications, conference presentations, consultations, and funded research projects. Research was conducted in the areas of Aeronautical and Astronautical Engineering, Electrical Engineering and Electro-Optics, Computer Engineering and Computer Science, Systems and Engineering Management, Operational Sciences, Mathematics, Statistics and Engineering Physics

Air Force Institute of Technology Research Report 2009

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Air Force Institute of Technology Research Report 2015

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Air Force Institute of Technology Research Report 2014

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Air Force Institute of Technology Research Report 2010

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2007 Annual Report of the Graduate School of Engineering and Management, Air Force Institute of Technology

The Graduate School\u27s Annual Report highlights research focus areas, new academic programs, faculty accomplishments and news, and provides top-level sponsor-funded research data and information

Air Force Institute of Technology Research Report 2013

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