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Beacon封包遺失對於室內定位系統的影響
 

【作者: 劉承榮,林宗翰,吳意曦,蔡松樺,林依仙,黃寶儀】   2011年09月09日 星期五

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近年來定位系統在無線感測網路研究領域中引起了極大的注意,其中以依據無線訊號強度(RSSI)特徵為基礎的方法最為常見。這種定位方法是預先在環境中佈建一些已知位置的無線發射器(beacon),然後利用不同位置收到beacon封包的訊號強度(RSSI)的獨特性,即訊號強度特徵 (RSSI-Signature)來進行定位。這一類的方法必需在使用之預先量測環境中不同位置的訊號強度特徵,建立一個訊號強度特徵的地圖(RSSI-Signature map)。接著在使用追蹤的階段,將目標物收集到的訊號強度特徵與地圖進行比對,找出目標物的預估位置。大部分現有的研究主要專注在設計一個可靠的比對方式,讓目標物的訊號強度特徵與地圖之間對應更加的稳定。這些方法有一部分是以統計為基礎,另一部分是讓系統自我學習,其目的都是要盡量減少無線訊號強度(RSSI)不穩定所造成的定位誤差。然而,在真實的佈建環境中,有一個常常被忽略的問題,就是含有訊號強度資訊的beacon封包有可能會遺失。如何處理這些封包遺失對整體定位系統的準確度有非常大的影響。無論是統計或者是自我學習的方法,都必需在有足夠beacon封包的前題之下,才能進行有效的比對。也就是說,如果收到的beacon封包數量(輸入)不具代表性,那麼所預估的位置(輸出)也不會有意義。


研究中,預先在環境中佈建了一個由14個感測節點所組成的IEEE 802.15.4的無線感測網路,利用K個最接近的鄰近點(K-Nearest-Neighbor; KNN)的演算法實作了一個以無線訊號強度特徵為基礎的定位系統。在這個平台之上,針對beacon封包遺失對定位系統所造成的影響及其可能的解決方法進行探討。實驗的主要發現有以下兩點:(1)定位系統在壅塞或乾淨的頻段之下運作,其效果有顯著的不同。從實驗結果可以觀察到,當定位系統從乾淨的頻段切換到壅塞的頻段時,80百分位數(percentile)的定位誤差增加了300%。由此可知,當定位系統運作的頻段有太多干擾時,适時的跳到另一個乾淨的頻段運作是必要的。(2)即使在beacon封包接收率很高的情況下,封包遺失情形仍是無可避免。大多數的系統在這時候都會將缺漏的beacon的訊號強度補上一個預設的最小值,這樣的做法隱含了遺失的beacon封包其訊號強度一定很低的假設。然而,在實驗之中,訊號強度值與封包接收率並沒有絕對的關聯。經由適當地過濾掉遺失的beacon,而非單純的補上最小值,結果發現80百分位數(percentile)的定位誤差減少了50%。


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