[논문 리뷰] A Survey of Indoor Localization Systems and Technologies

Faheem Zafari, Athanasios Gkelias외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 04.

Indoor and Outdoor Localization Technologies참고 문헌 144인용 수 182

한 줄 요약

본 조사는 실내 위치추정 기술(AoA, ToF, RSS, CSI 등)을 기술(WiFi, RFID, UWB, BLE 등) 전반에 걸쳐 검토하고, 에너지, 가용성, 비용, 거리(범위), 지연, 확장성, 추적 정확도에 따라 시스템을 평가하며, IoT 통합 및 남은 과제를 논의한다.

ABSTRACT

Indoor localization has recently witnessed an increase in interest, due to the potential wide range of services it can provide by leveraging Internet of Things (IoT), and ubiquitous connectivity. Different techniques, wireless technologies and mechanisms have been proposed in the literature to provide indoor localization services in order to improve the services provided to the users. However, there is a lack of an up-to-date survey paper that incorporates some of the recently proposed accurate and reliable localization systems. In this paper, we aim to provide a detailed survey of different indoor localization techniques such as Angle of Arrival (AoA), Time of Flight (ToF), Return Time of Flight (RTOF), Received Signal Strength (RSS); based on technologies such as WiFi, Radio Frequency Identification Device (RFID), Ultra Wideband (UWB), Bluetooth and systems that have been proposed in the literature. The paper primarily discusses localization and positioning of human users and their devices. We highlight the strengths of the existing systems proposed in the literature. In contrast with the existing surveys, we also evaluate different systems from the perspective of energy efficiency, availability, cost, reception range, latency, scalability and tracking accuracy. Rather than comparing the technologies or techniques, we compare the localization systems and summarize their working principle. We also discuss remaining challenges to accurate indoor localization.

연구 동기 및 목표

• 실내 위치추정에 사용되는 기술 및 위치 추정에 사용되는 신호 지표(RSSI, CSI, AoA, ToF, TDoA, RToF, PoA)와 지문 인식(fingerprint) 방법을 요약한다.
• 실내 위치추정을 가능하게 하는 기술과 시스템(WiFi, 블루투스, Zigbee, RFID, UWB, 가시광, 음향)을 조사한다.
• 에너지 효율, 가용성, 비용, 범위, 지연, 확장성, 정확도 등 다중 지표에 걸친 명시적 프레임워크를 사용하여 위치추정 시스템을 평가한다.
• 실내 위치추정을 위한 IoT 기회와 과제를 논의하고 단거리 IoT 기술과 장거리 IoT 기술을 대비한다.

제안 방법

• RSSI, CSI, AoA, ToF, TDoA, RToF, PoA를 포함한 위치추정 기술의 계통분류와 지문/장면 분석을 제공한다.
• 기술 옵션(WiFi, Bluetooth, Zigbee, RFID, UWB, VLC, 음향)을 논의하고 이들의 위치추정 함의를 설명한다.
• 여러 지표(가용성, 비용, 에너지, 범위, 지연, 확장성, 정확도)에서 시스템을 비교하기 위한 평가 프레임워크를 도입한다.
• IoT에 대한 입문서를 제공하고 실내 위치추정을 위한 실현 가능성을 위한 신흥 IoT 기술을 분석한다(서브미터 목표).
• 1997–2016/2018년의 기존 위치추정 시스템을 조사하고 프레임워크에 비추어 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실내 환경 전반에서 주요 위치추정 기술과 그 작동 원리는 무엇인가?
• RQ2 다양한 기술(WiFi, BLE, RFID, UWB 등)이 실내 위치추정에 어떻게 활용되며, 그 강점과 한계는 무엇인가?
• RQ3 에너지, 비용, 가용성, 범위, 지연, 확장성, 정확도에 걸쳐 실내 위치추정 시스템을 통합 평가 프레임워크로 어떻게 비교할 수 있는가?
• RQ4 실내 위치추정과 IoT 기술의 통합에서의 도전과 기회는 무엇인가?
• RQ5 정확한 실내 위치추정을 위한 남은 격차와 향후 방향은 무엇인가?

주요 결과

• WiFi 기반 위치추정은 최근 시스템에서 서브미터 수준의 정확도를 달성했다(참고 문헌의 중앙값은 약 23 cm).
• CSI는 다중경로 및 실내 잡음에 대한 강인함을 제공하지만 일반 판매 NIC에서 쉽게 이용 가능하지 않다.
• 지문 인식의 세분성과 시간에 따른 환경 안정성 사이의 절충이 있으며, 지문은 환경 변화에 민감하다.
• 명시적이고 일반적인 평가 프레임워크가 에너지, 비용, 가용성, 지연, 범위, 확장성, 정확도 전반에 걸쳐 다양한 위치추정 시스템을 비교하는 데 도움을 준다.
• IoT 기술은 아직 서브미터 급 실내 위치추정에 적합하지 않으며, 단거리와 장거리 IoT 접근 방식 간의 협력이 필요함을 강조한다.
• 본 조사는 광범위한 기술(RSSI, ToF, TDoA, RToF, AoA, PoA)을 다루고 시스템 차원의 평가를 단순 기술 비교보다 강조한다.