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Beacon封包遗失对于室内定位系统的影响
 

【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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近年来定位系统在无线感测网路研究领域中引起了极大的注意,其中以依据无线讯号强度(RSSI)特征为基础的方法最为常见。这种定位方法是预先在环境中布建一些已知位置的无线发射器(beacon),然后利用不同位置收到beacon封包的讯号强度(RSSI)的独特性,即讯号强度特征(RSSI-Signature)来进行定位。这一类的方法必需在使用之预先量测环境中不同位置的讯号强度特征,建立一个讯号强度特征的地图(RSSI-Signature map)。接着在使用追踪的阶段,将目标物收集到的讯号强度特征与地图进行比对,找出目标物的预估位置。大部分现有的研究主要专注在设计一个可靠的比对方式,让目标物的讯号强度特征与地图之间对应更加的稳定。这些方法有一部分是以统计为基础,另一部分是让系统自我学习,其目的都是要尽量减少无线讯号强度(RSSI)不稳定所造成的定位误差。然而,在真实的布建环境中,有一个常常被忽略的问题,就是含有讯号强度资讯的beacon封包有可能会遗失。如何处理这些封包遗失对整体定位系统的准确度有非常大的影响。无论是统计或者是自我学习的方法,都必需在有足够beacon封包的前题之下,才能进行有效的比对。也就是说,如果收到的beacon封包数量(输入)不具代表性,那么所预估的位置(输出)也不会有意义。


研究中,预先在环境中布建了一个由14个感测节点所组成的IEEE 802.15.4的无线感测网路,利用K个最接近的邻近点(K-Nearest-Neighbor; KNN)的演算法实作了一个以无线讯号强度特征为基础的定位系统。在这个平台之上,针对beacon封包遗失对定位系统所造成的影响及其可能的解决方法进行探讨。实验的主要发现有以下两点:(1)定位系统在壅塞或干净的频段之下运作,其效果有显著的不同。从实验结果可以观察到,当定位系统从干净的频段切换到壅塞的频段时,80百分位数(percentile)的定位误差增加了300%。由此可知,当定位系统运作的频段有太多干扰时,适时的跳到另一个干净的频段运作是必要的。 (2)即使在beacon封包接收率很高的情况下,封包遗失情形仍​​是无可避免。大多数的系统在这时候都会将缺漏的beacon的讯号强度补上一个预设的最小值,这样的做法隐含了遗失的beacon封包其讯号强度一定很低的假设。然而,在实验之中,讯号强度值与封包接收率并没有绝对的关联。经由适当地过滤掉遗失的beacon,而非单纯的补上最小值,结果发现80百分位数(percentile)的定位误差减少了50%。


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