IEEE 802.11-based Power-aware Location Tracking System

Abstract

GPS와 Wi-Fi를 이용한 위치 추적 시스템은 IEEE 802.11 기반으로 하는 다수의 AP들로 구성된 무선 네트워크 인프라가 구축되어 있는 환경에서 추가 비용 없이 이용 가능하여 다양한 응용분야에서 유용하게 활용될 수 있다. 기존의 시스템은 위치 추적용 태그의 단가가 비싼 범용 장치를 사용하였으며 전력소모를 위한 고려가 부족하였다. 본 논문에서는 기존의 GPS와 Wi-Fi를 이용한 저전력을 고려한 위치 추적 시스템을 제안한다. 먼저, 저전력 하드웨어 기반으로 위치 추적에 최적화된 태그를 설계하고 구현한다. 또한 구현한 태그가 저전력으로 동작할 수 있는 핸드오프 기법, 동작 모델을 제안한다. 제안하는 핸드오프 기법은 IEEE 802.11 표준 핸드오프 방식이 채널검색 동작 시 많은 송수신이 발생함에 따라 큰 전력소모가 발생하는 문제를 위치 정보를 활용하여 해결한다. 또한 제안하는 동작 모델은 절전모드와 duty cycle 개념을 사용하여 태그의 전력소모를 최소화하였다. 제안하는 시스템의 성능을 평가하기 위해 실제 환경을 모델링한 시뮬레이션을 수행하고 실제 측정한 태그의 각 동작에 따른 전류소비를 기반으로 전력소모량을 계산한다. 시뮬레이션 결과 제안하는 핸드오프 기법은 표준 핸드오프에 비해 약 59%, 제안하는 동작 모델의 경우 기본 동작 모델에 비해 약 98%의 전력소모를 줄일 수 있었다. Location tracking system through GPS and Wi-Fi is available at no additional cost in an environment of IEEE 802.11-based wireless network. It is useful for many applications in outdoor environment. However, a previous systems used for general device to tag. It is unsuitable for power aware location tracking system because general devices is more expensive and non-optimized for tracking. The hand-off method of IEEE 802.11 standard is not enough considering power consumption. This thesis analyzes the previous location tracking systems and proposes power aware system. First, we designed and implemented tag to optimize location tracking. Next, we propose low-power hand-off method and low-power behavior model in implemented tag. The proposed hand-off method resolve power problem by using the location information and behavior model minimize power consumption of tag through power-saving mode and the concept of duty cycle. To evaluating proposed methods and system performance, we perform simulations and experiments in real environment. And then, we calculate tag's power consumption based on the actual measured current consumption of each operation. In a simulation result, the proposed behavior model and hand-off method reduced about 98%, 59% than the standard's hand-off and default behavior model.