Повышение точности RFID-локализации путем комбинирования нескольких алгоритмов, обрабатывающих измерительную информацию различных видов

Автор(и)

  • Дмитрий Александрович Савочкин Севастопольский национальный технический университет, Україна
  • Юрий Борисович Гимпилевич Севастопольский национальный технический университет, Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347017050053

Ключові слова:

радиочастотная идентификация, RFID, локализация, позиционирование, данные измерений, комбинированный метод, уровень принимаемого сигнала

Анотація

В статье рассмотрен вопрос двухмерной локализации объекта с использованием технологии радиочастотной идентификации RFID (radio frequency identification). Одной из важных проблем разработки систем RFID-позиционирования является выбор алгоритма локализации и вида измерительной информации. Обычно разработчики пытаются найти такую комбинацию алгоритма и вида измерений, которая позволяет достичь максимального значения точности локализации в каждом конкретном случае. Однако в некоторых случаях существуют некоторые комбинации алгоритмов и измерений с одинаково высокой точностью. Для упрощения проблемы выбора и дополнительного повышения точности разработан метод комбинированной локализации. Метод основан на усреднении оценок позиций, сформированных несколькими точечными и зонными алгоритмами, обрабатывающими различные измерения. В данной работе использованы три точечных и три зонных алгоритма: алгоритм ближайших kсоседей, алгоритм трилатерации, алгоритм пересечений, машина опорных векторов, искусственные нейронные сети и наивный байесов классификатор. В качестве входных данных для алгоритмов использованы измерения мощности полученного сигнала, скорости считывания и факта наличия ответа от меток. При эксперименте выявлено, что предложенный метод позволяет уменьшить среднюю ошибку на 15% и максимальную ошибку на 14% по сравнению с лучшими одиночными алгоритмами.

Посилання

Zhou, J.; Shi, J. RFID localization algorithms and applications—a review. J. Intell. Manuf., vol. 20, no. 6, pp. 695–707, Dec. 2009. DOI: http://doi.org/10.1007/s10845-008-0158-5.

Priyantha, N. B.; Chakraborty, A.; Balakrishnan, H. The Cricket location-support system. Proc. of MobiCom, Boston, MA, USA, 2000, pp. 32–43. DOI: http://doi.org/10.1145/345910.345917.

Vegni, A. M.; Biagi, M. An indoor localization algorithm in a small-cell LED-based lighting system. Proc. of IPIN, 13–15 Nov. 2012, Sydney, Australia. IEEE, 2012, pp. 1–7, DOI: http://doi.org/10.1109/IPIN.2012.6418887.

Suo, H.; Wan, J.; Huang, L.; Zou, C. Issues and challenges of wireless sensor networks localization in emerging applications. Proc. ICCSEE, 23–25 Mar. 2012, Hangzhou, China. IEEE, 2012, vol. 3, pp. 447–451, DOI: http://doi.org/10.1109/ICCSEE.2012.44.

Youssef, M.; Agrawala, A. The Horus WLAN location determination system. Proc. MobiSys, Seattle, WA, USA, 2005, pp. 205–218. DOI: http://doi.org/10.1145/1067170.1067193.

Banks, J.; Pachano, M.; Thompson, L.; Hanny, D. “The stage is set,” RFID Applied. Hoboken, NJ: Wiley, 2007, pp. 3–23.

Zhang, D.; Xia, F.; Yang, Z.; Yao, L.; Zhao, W. Localization technologies for indoor human tracking. Proc. FutureTech, 21–23 May 2010, Busan, Korea. IEEE, 2010, pp. 1–6. DOI: http://doi.org/10.1109/FUTURETECH.2010.5482731.

Huang, Y.; Brennan, P. V.; Seeds, A. Active RFID location system based on time-difference measurement using a linear FM chirp tag signal. Proc. PIMRC, 15–18 Sept. 2008, Cannes, France. IEEE, 2008, pp. 1–5, DOI: http://doi.org/10.1109/PIMRC.2008.4699805.

Ni, L. M.; Liu, Y.; Lau, Y. C.; Patil, A. P. LANDMARC: indoor location sensing using active RFID. Wireless Networks, vol. 10, no. 6, pp. 701–710, Nov. 2004. DOI: http://doi.org/10.1023/B:WINE.0000044029.06344.dd.

Cheng, S. H. An indoor positioning system based on active RFID in conjunction with Bayesian network. Proc. ICMLC, 10–13 Jul. 2011, Guilin, China. IEEE, 2011, pp. 386–390. DOI: http://doi.org/10.1109/ICMLC.2011.6016710.

Zhen, Z. N.; Jia, Q.-S.; Song, C.; Guan, X. An indoor localization algorithm for lighting control using RFID. Proc. Energy 2030, 17–18 Nov. 2008, Atlanta, GA, USA. IEEE, 2008, pp. 1–6. DOI: http://doi.org/10.1109/ENERGY.2008.4781041.

Saha, S.; Chaudhuri, K.; Sanghi, D.; Bhagwat, P. Location determination of a mobile device using IEEE 802.11b access point signals. Proc. WCNC, 16–20 Mar. 2003, New Orleans, LA, USA. IEEE, 2003, vol. 3, pp. 1987–1992. DOI: http://doi.org/10.1109/WCNC.2003.1200692.

Kotsiantis, S. B. Supervised machine learning: a review of classification techniques. Proc. of Conf. on Emerging Artificial Intelligence Applications in Computer Engineering, vol. 160, Amsterdam, Netherlands: IOS Press, 2007, pp. 3–24, URL: http://dl.acm.org/citation.cfm?id=1566770.1566773.

Brchan, J. L.; Zhao, L.; Wu, J.; Williams, R. E.; Pérez, L. C. A real-time RFID localization experiment using propagation models. Proc. IEEE RFID, 3–5 Apr. 2012, Orlando, FL, USA. IEEE, 2012, pp. 141–148. DOI: http://doi.org/10.1109/RFID.2012.6193042.

Shirehjini, A. A. N.; Yassine, A.; Shirmohammadi, S. An RFID-based position and orientation measurement system for mobile objects in intelligent environments. IEEE Trans. Instrum., Meas., vol. 61, no. 6, pp. 1664–1675, Jun. 2012. DOI: http://doi.org/10.1109/TIM.2011.2181912.

Ni, L. M.; Zhang, D.; Souryal, M. R. RFID-based localization and tracking technologies. IEEE Wireless Commun., vol. 18, no. 2, pp. 45–51, Apr. 2011. DOI: http://doi.org/10.1109/MWC.2011.5751295.

Subramanian, S. P.; Sommer, J.; Schmitt, S.; Rosenstiel, W. RIL—reliable RFID based indoor localization for pedestrians. Proc. SoftCOM, 25–27 Sept. 2008, Split, Croatia. IEEE, 2008, pp. 218–222, DOI: http://doi.org/10.1109/SOFTCOM.2008.4669483.

Laaraiedh, M.; Yu, L.; Avrillon, S.; Uguen, B. Comparison of hybrid localization schemes using RSSI, TOA, and TDOA. Proc. European Wireless, 27–29 Apr. 2011, Vienna, Austria. IEEE, 2011, pp. 1–5, URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/5898074/.

Macii, D.; Colombo, A.; Pivato, P.; Fontanelli, D. A data fusion technique for wireless ranging performance improvement. IEEE Trans. Instrum., Meas., vol. 62, no. 1, pp. 27–37, Jan. 2013. DOI: http://doi.org/10.1109/TIM.2012.2209918.

Savochkin, D. A. Combinational RFID-based localization using different algorithms and measurements. Proc. MIKON, 16–18 Jul. 2014, Gdansk, Poland. IEEE, 2014, pp. 563–566. DOI: http://doi.org/10.1109/MIKON.2014.6899958.

Liu, H.; Darabi, H.; Banerjee, P.; Liu, J. Survey of wireless indoor positioning techniques and systems. IEEE T SYST MAN CY C, vol. 37, no. 6, pp. 1067–1080, Nov. 2007. DOI: http://doi.org/10.1109/TSMCC.2007.905750.

Gimpilevich, Y. B.; Savochkin, D. A. RFID indoor positioning system based on read rate measurement information. Proc. ICATT, 16–20 Sept. 2013, Odessa, Ukraine. IEEE, 2013, pp. 546–548. DOI: http://doi.org/10.1109/ICATT.2013.6650842.

Khedo, K. K.; Sathan, D.; Elaheebocus, R.; Subramanian, R. K.; Rughooputh, S. D. Overlapping zone partitioning localisation technique for RFID. Int. J. of UbiComp, vol. 1, no. 2, pp. 20–32, Apr. 2010. DOI: http://doi.org/10.5121/iju.2010.1202.

Caceres, M.; Sottile, F.; Spirito, M. A. WLAN-based real time vehicle locating system. Proc. VTC Spring, 26–29 Apr. 2009, Barcelona, Spain. IEEE, 2009, pp. 1–5, DOI: http://doi.org/10.1109/VETECS.2009.5073916.

Mitchell, T. M. “Naive Bayes classifier,” Machine Learning. McGraw-Hill SEM, 1997, pp. 177–180.

Liu, C.-L.; Hao, H.; Sako, H. Confidence transformation for combining classifiers. Pattern Anal. Applic., vol. 7, no. 1, pp. 2–17, Apr. 2004. DOI: http://doi.org/10.1007/s10044-003-0199-5.

Гимпилевич, Юрий Борисович; Савочкин, Дмитрий Александрович. Имитационное моделирование измерительной информации, получаемой от RFID-меток в системах пространственной локализации объектов. Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 59, № 7, С. 26–36, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.20535/S0021347016070037.

##submission.downloads##

Опубліковано

2017-05-29

Як цитувати

Савочкин, Д. А., & Гимпилевич, Ю. Б. (2017). Повышение точности RFID-локализации путем комбинирования нескольких алгоритмов, обрабатывающих измерительную информацию различных видов. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 60(5), 297–310. https://doi.org/10.20535/S0021347017050053

Номер

Том 60 № 5 (2017)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2017 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.