무선방식으로 원격에서의 인식으로 정보교환을 가능하게 하는 RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템은 태그 내의 배터리 유무에 따라 수동형과 능동형으로 구분된다. 수동형 태그는 판독기로부터 받은 RF 신호를 에너지로 이용하기 때문에 인식거리가 짧으며, 가격이 싸고 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 반면에, 능동형 태그는 금속재질에 취약한 수동형의 단점을 극복하는 동시에 인식거리가 길고, 인식률이 좋은 장점이 있다. 따라서 항만물류나 국방 분야에서 능동형 RFID 시스템에 대한 개발이 점차 확대되고 있다. 하지만 동일한 표준으로 개발된 제품의 서로 간에 인식이 불가능한 사례가 보고되고 있으며, 국제적으로 정확한 평가방법 및 장치가 정립되지 않아 개발된 제품들 간의 상호 운용성 및 표준 적합성 평가에 대한 어려움이 존재한다. 본 논문에서는 능동형 RFID 시스템의 적합성 평가를 위한 에뮬레이터의 하드웨어 및 소프트웨어를 설계하고 제작하였다. 설계된 장치는 Matlab의 Simulink를 통한 시뮬레이션으로 성능을 분석하였고, 실제 능동형 RFID 태그의 표준적합성 평가를 통해 에뮬레이터의 적용 가능성을 검증하였다.
위치 인식 기능은 U-city를 구성하는 핵심 요소로서 U-city 기반 아파트 단지 등에서 상용화를 목적으로 활발히 연구, 개발되고 있다. 능동태그를 부착한 거주자나 자동차가 단지 내를 이동할 때 태그는 주기적으로 자신의 식별자를 방송하고 이를 받은 수신기들은 RSSI를 이용하여 태그의 위치를 계산한다. 문제는 수천세대 규모의 아파트 단지의 경우 동시 사용되는 태그수가 수 만개에 이르며 배터리 교체 없이 1년 이상 사용될 수 있어야 하므로 저전력 소모가 매우 중요하다는 것이다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 고려한 U-city의 1) 위치 인식 시스템의 구성을 제안하고, 2) 능동 태그 방식으로 구현할 때 기술적 이슈를 제시하며, 3) 특히, 수만개의 태그들이 동작할 때의 성능을 수학적으로 모델링하고 실제 실험을 통해 비교 분석하였다. 이를 통하여 능동태그 시스템에서 발생하는 충돌확률의 이론적 최저값을 구하고 현장 적용시 적정 수준의 태그의 갯수를 제시하였다. 연구결과는 실제 U-city 위치인식 시스템의 상세 설계에 활용될 수 있다.
본 논문에서는 기존의 ISO/IEC 18000-7 등의 규격에서 제시하고 있는 태그 수집 알고리즘을 개선하여 리더기의 태그 수집 시간을 대폭 감소시킨 저전력 능동형 RFID 시스템을 제안하였다. 본 논문에서는 건설현장과 같은 대규모인원의 출입현황을 실시간 확인하는 시스템에 적용할 수 있도록 적용환경에 따른 시스템의 요구조건을 정의하고 분석하여 능동형 RFID 태그의 동작에 따른 전력소모유형을 구분하고 이를 기반으로 한 정확한 배터리 수명을 계산하는 방법을 제시한다. 또한, 제시된 계산 모델을 이용하여 능동형 RFID태그의 배터리 수명을 예측할 수 있게 함으로서 기존방식과 제안된 방식의 배터리 소비전력을 산출하여 능동형 태그의 수명을 예측하고 비교하였다.
본 논문에서는 이전 연구에서 능동형 RFID 시스템의 태그 수집 성능 향상을 위해 제안된 인식 슬롯 스캔 기반 태그 수집 알고리즘의 단점을 개선하는 수정된 태그 수집 알고리즘을 제안한다. 기 제안된 인식 슬롯 스캔 기반 태그 수집 알고리즘은 태그 수집 과정에서 모든 태그들로부터 정해진 크기의 데이터를 수집하는 상황에 최적화 되어 있기 때문에 태그들이 다양한 크기의 데이터를 가지는 환경에 적용할 경우 제대로 된 성능 향상을 가져오지 못한다. 본 논문에서 새롭게 제안하는 개선된 태그 수집 알고리즘은 먼저 인식 슬롯 스캔 단계에서 각 태그로부터 자신이 가진 데이터를 전송하는데 필요한 슬롯 크기 정보를 획득하고 이를 활용하여 태그 수집 단계를 수행함으로써, 기 제안된 알고리즘의 문제점을 해결하고 모든 환경에서 능동형 RFID 태그 수집의 성능을 효율적으로 향상시키도록 설계되었다. 성능 평가를 위해 수행한 시뮬레이션 결과는 제안하는 개선된 태그 수집 알고리즘이 태그들이 동일한 데이터 크기를 가지는 환경에서는 기 제안된 알고리즘과 거의 동일한 성능을 보이고, 태그들이 다양한 데이터 크기를 가지는 환경에서는 기 제안된 알고리즘과 달리 ISO/IEC 18000-7 표준의 태그 수집 성능을 크게 향상시킴을 보여주었다.
본 논문은 RFID 시스템에서 새로운 태그 인식방법을 제안하여 태그 인식 시간을 줄이고 충돌을 예방하여 충돌회피 과정을 단순화 하고자 하였다. 기존의 태그 인식은 리더기의 명령에 인식 거리 내에 있는 태그가 응답하여 인식되는 수동형인 반면 제안된 방법은 태그가 리더기 인식 거리 내 존재하는 경우 명령과 응답이라는 과정 없이 리더가 바로 태그를 인식 할 수 있는 능동형이다. 이와 더불어 기존 시스템에서는 리더와 태그 사이 명령과 응답 과정에서 발생하는 충돌을 통해 복수 태그의 존재가 인지된 반면 제안된 인식 방식은 인식 거리 내 복수의 태그가 있는 경우 이를 바로 인지 할 수 있다. 이러한 인지 능력은 충돌 회피과정을 단순화 하여 그 시간을 줄 일 수 있었다. 태그인식 시간의 비교를 위해 기존 시스템의 태그 인식을 분석하였으며 태그의 능동적 인식과 복수 태그 인식을 위한 하드웨어를 구성하고 복수의 태그가 존재하는 경우 안테나 전압의 변화를 분석하였다.
실시간 위치추적 (Real Time Location System ; RTLS) 시스템은 유비쿼터스 사회에서 인물, 자산, 물류제품을 실시간으로 추적하기 위해 매우 중요하다. 본 연구에서는 RTLS를 위해 능동형 RF 시스템을 개발하였고 개발된 시스템의 성능을 측정하였다. 본 시스템에서 개발한 RTLS 시스템은 3개의 능동형 리더(수신기)와 1개의 태그로 구성되었다. 개발된 능동형 소형 태그에는 동전형 배터리를 내장하였다. 태그의 소형화를 위해 내장형 PCB 안테나와 칩 안테나를 장착하여 태그의 성능을 측정하였다. 또한, RF 시스템의 제조 원가를 줄이기 위해 저가의 RF 트랜시버 CC2510 칩셋을 사용하였다. CC2510 칩셋은 능동형 태그와 능동형 리더 (수신기)사이의 거리를 측정하기 위한 수신신호 강도지시기가 (Received Signal Strength Indicator ; RSSI) 내장되어있다.
태그 수집은 RFID 시스템에서 가장 중요한 기능 중 하나이다. 능동형 RFID 시스템 관련 표준인 ISO/IEC 18000-7은 프레임 슬롯 알로하 기반 충돌방지 알고리즘을 이용하여 태그 수집 알고리즘을 정의하는데, 이 표준에는 최적의 슬롯 크기를 결정하지 못하거나 수집된 태그들을 재우기 위해서 일대일 명령어를 사용함으로써 태그수집 성능을 저하시키는 비효율성 문제가 있다. 본 논문에서는 그러한 비효율성 문제를 극복하고 태그 수집 성능을 향상시키기 위해 1) 리더가 최적의 슬롯 크기를 유연하게 결정할 수 있도록 하는 새로운 슬롯 크기 결정 기법과 2) 수집된 태그들을 효율적으로 재우기 위한 브로드캐스트 기반 슬립 기법을 제안한다. 또한, 리더와 다중 태그로 구성된 능동형 RFID 시스템을 구현하였으며, 리더는 제안된 기법이 적용되었을 때 태그 수집 성능을 최대화할 수 있도록 설계하였다. 실험에서는 하나의 리더와 50개의 태그를 사용하여 실제 환경에서의 태그 수집 성능을 평가하였다. 실험 결과는 제안된 두 기법들이 적용되고 초기 슬롯 개수가 적절히 선택되었을 때, 표준의 태그수집 알고리즘에 비해 태그 수집 성능이 크게 향상됨을 보여준다.
본 논문에서는 능동형 RFID 시스템에서 태그 수집의 성능을 향상시키기 위한 새로운 태그 수집 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘에서 리더는 인식 슬롯 스캔 과정을 통해 빈 슬롯과 충돌 슬롯의 발생을 검출하고 이들에 의한 시간 낭비를 감소시켜서 태그 수집의 성능을 향상시킨다. 본 논문에서는 실제 환경에서의 실험을 통 해 제안하는 태그 수집 알고리즘의 성능 향상을 평가하기 위해 능동형 RFID 리더와 태그를 구현하였다. 하나의 리더와 60개의 태그를 이용한 실험 결과에서 제안하는 태그 수집 알고리즘은 ISO/IEC 18000-7 표준의 태그 수집 알고리즘에 비해 평균 21.7%의 태그 수집 시간 감소와 평균 28.3%의 인식 처리율 향상을 보였고, 20개의 태그를 대상으로 한 배터리 소모 실험에서는 평균 22.7%의 태그 배터리 소모 감소를 보였다.
RFID 기술은 사물에 전자 태그를 부착하여 무선으로 사물의 ID를 인식하여 정보를 수집하고 주변상황 정 보를 감지하고 수집 된 정보를 저 장, 가공, 추적함으로써 사물에 대한 측위, 원격처리, 관리 및 사물간 정보 교환 등의 서비스를 제공하는 기술이다. 특히,.미 관세청에서 2005년 미국에 수출되는 컨테이너에 RFID 태그를 부착하는 정책을 발표하여 2006년부터는 능동형 RFID 태그를 이용한 컨테이너 통관을 시행할 예정이며, 현재 태그 부착은 의무 사항은 아니지만 선별적으로 컨테이너 전수 검사를 실시한다는 방침이어서 반강제적인 성격을 지닌 것으로 판단할 수 있다. 또한, 물류 산업의 변화의 대세에 따라 제조업체의 생산품이 유통 과정을 거쳐 항만에서 처리되는 과정을 실시간으로 추적이 가능함은 물론이고 나아가서 외국 항만과의 연계를 통하여 수출입 전 과정의 추적성을 파악하고 거기에 다른 시스템의 효율적인 통합을 이루어 언제 어디서나 화물의 추적과 관리가 가능한 유비쿼터스 환경의 선진화된 항만 시스템을 구축할 수 있다. 본고에서는 항만 물류용 능동형 RFID 기술과 관련하여 시스템 구성 요소 및 관련 기술 동향, 항만 물류 시스템의 응용에 대해 알아본다.
본 논문은 다수의 RFID 리더가 공간상에서 무선네트워크를 형성하여 리더기마다 소속된 능동형 태그들 관리할 수 있는 효율적인 시스템을 설계 및 구현하고 특히 이 시스템에서 리더기-리더기 간 및 태그-태그 간에 발생하는 충돌을 회피하도록 하는 효율적인 알고리즘을 제안한다. RF 리더기가 무선 네트워크 노드들로서 작동하고 이들이 동기식으로 링크를 형성하여 리더기간 메시지를 주고받을 수 있도록 구성하였다. 능동형 태그 역시 각 리더기와 동기식으로 통신하도록 구성되며 태그 고유 ID를 사용하여 태그 간에 슬롯 점유를 경쟁시키는 알고리즘을 수행한다. 리더기 간 충돌방지를 위하여 각 리더기 노드들은 네트워크 통신 주기에서 서로 다른 시간 구간에서 리더기 기능을 수행하도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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