최근 유비쿼터스 컴퓨팅 실현을 위하여 RFID의 사용이 증가되고 있다. RFID 시스템은 짧은 시간에 다수의 사물을 인식해야 하므로 태그 인식을 위한 처리 시간의 단축이 중요하다. 따라서 본 논문에서는 RFID 시스템에서 태그인증을 위한 처리 속도의 향상을 위하여 다중 리더를 사용한 효율적인 기법을 제안한다. 성능 분석 결과, 다중 리더사용의 경우, 단일 리더 사용 환경에서보다 태그 인증을 위한 처리 시간이 현저히 감소되었다. 결과적으로 제안 기법은 태그 인식 과정에서 다중 리더의 사용으로 태그 인증을 위한 처리 시간을 단축하여 전반적인 RFID 시스템의 성능 향상을 가져온다.
신뢰성 있는 다중태그 인식은 최근 다중태그 애플리케이션 이슈 중의 하나이다. 하지만, 데이터 확보 단계에서 다중태그 리더를 통한 신뢰성 있는 다중태그 인식은 리더간의 충돌, 소음, 태그가 부착된 물건들의 이동 등으로 발생하는 거짓양성인식, 거짓음성인식, 비 인식같은 신뢰성 없는 인식으로 인하여 신뢰서 있는 데이터를 확보하는데 어려움을 겪고 있다. 따라서 본 논문은 다중태그 리더를 통한 인식에서 발생되는 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 먼저 성능평가 기준을 소개하고, 1) 수신된 신호 강도 표시기 (RSSI)을 이용한 최소 중첩인식공간 설정방식, 2)시-공간 분할 처리방식, 3) 큰 사이즈의 이중 태그 부착 방식등과 같은 3가지 해결방안을 제시하였다. 그리고 본 논문은 멀티 RFID 리더가 설치된 스마트 사무실에서 태그의 성공 인식률 계산을 통하여 제안된 방법의 성능개선을 보여주었다.
RFID 시스템에서는 리더가 다수의 태그를 읽는 다중접속방식(Multi-access Mode)을 이용하므로 태그간 충돌이 발생한다. 또한 넓은 면적에서 다수의 리더가 태그를 읽을 때에는 리더간의 충돌도 발생한다. 이러한 충돌은 RFID 시스템의 효율에 큰 영향을 미치므로, 효과적인 충돌방지 알고리즘이 요구된다. 현재 RFID의 충돌방지 알고리듬은 REID 시스템의 효율과 직결되기 때문에 공개를 꺼리고 있어 많은 자료를 구할 수는 없으나, 본고는 RFID 시스템의 다중인식 기술 및 태그의 충동방지 알고리즘 그리고 리더의 충돌방지 알고리즘 중 널리 알려진 것을 소개한다.
RFID 다중 태그 인식이란 하나의 RFID 리더 영역 내에 있는 다수의 태그를 태그 간의 통신 간섭에 의한 충돌을 피하며 고속으로 인식하는 기술이다. 다중 태그 인식 기술은 RFID 시스템의 성능과 안정성을 결정하는 핵심 기술로 중요성이 높다. 논문은 대표적 다중 태그 인식 기술인 QT(Query Tree) 알고리즘의 충돌 비트 위치를 활용하여 개선된 QT-CBP(Query Tree with Collision-Bit Positioning) 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션을 통한 검증 결과 QT-CBP는 태그 정보 비트의 중복성이 높고, 태그 수가 많을 때 QT에 비해 뚜렷한 성능 개선이 있었다.
다중인터페이스, 다중채널 2.4GHz 능동형 RFID시스템에서 리더가 태그들을 수집할 때, 특정 인터페이스로 태그가 집중화되는 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 인터페이스 간 부하 분산 프로토콜인 LP-결합과 AP-균형 프로토콜을 설계하고 시뮬레이션을 통하여 성능의 우수성을 보였다. 설계된 프로토콜들을 펌웨어레벨의 하드웨어에서 구현하기에는 세 가지 문제를 가진다. 첫째, 태그가 랜덤하게 리더의 채널을 선택하고, 리더가 태그의 채널을 변경시킬 수 있는 방법이 필요하다. 둘째, 리더와 태그 간 동기 문제이다. 셋째, 하나의 MCU가 2개의 인터페이스를 동시에 동작시키는 문제이다. 이 같은 문제를 해결하기위해 태그 채널 변경을 위한 메시지 설계 및 태그 채널 변경 방법과 리더와 태그 간 동기를 맞추기 위한 프로토콜을 구현했다. 그리고 실험을 통해 프로토콜의 성능을 비교 분석 하였다. LP윈도우크기가 같을 경우, 부하분산을 통해 충돌 확률을 낮게 하는 LP-결합, AP-균형의 성능이 단일인터페이스보다 우수했다.
여러 응용 분야에서 서버의 도움 없이 리더는 태그들의 그룹에 특정 태그가 존재하는지를 알 필요가 있다. 이것을 서버 없는 RFID 태그 검색(serverless RFID tag searching)이라 한다. 이를 위해 몇 개의 프로토콜이 제시되었다. 하지만 이들 프로토콜들은 한 번에 하나의 태그를 검색하는 단일 태그 검색 프로토콜이다. 본 논문에서는 해시함수와 난수 발생기에 기반하여 한 번에 여러 개의 태그를 검색할 수 있는 다중 태그 검색 프로토콜을 제안한다. 이를 위해, S3PR 프로토콜[1]의 문제점으로 지적된 통신 오류에 의한 시드의 동기화 문제를 해결하는 프로토콜을 제안하고, 이를 기반으로 통신량을 줄일 수 있는 다중 태그 검색 프로토콜을 제안한다. 제안된 프로토콜은 추적공격, 위장공격, 재생공격 및 서비스 거부 공격에 안전하다. 이 연구는 다중 태그 검색 프로토콜 개발의 기초가 될 것이다.
RFID 기술의 신속한 확산을 위해서는 태그의 저가격화, 초소형화, 저전력화, 보안 및 프라이버시 문제, 태그식별자의 표준화, 다중태그 식별문제등이 우선적으로 해결되어야 한다. 특히, 식별영역 내에 다수의 태그가 존재할 경우에 다중태그 식별(multi-tag identification)을 위한 충돌방지(anticollision) 알고리즘은 RFID 시스템 구축에 있어서 반드시 해결해야 하는 핵심기술이다. 기존의 충돌방지 알고리즘들은 구현의 복잡성과 낮은 성능이 문제로 제기되고 있으며 지금까지 충돌방지와 관련하여 진행된 대부분의 연구들은 각각 고유한 형태의 태그식별자 체계를 기반으로 진행되어 왔으며 태그식별성능에 대한 비교연구도 부족한 상태이다. 본 논문에서는 저비용(low-cost) RFID 시스템에서 현재 표준화가 진행되고 있는 96비트 EPC (Electronic Product Code) 코드를 기반으로 병원 환경에서 태그에 우선순위를 부여하여 충돌이 발생하면 우선순위가 가장 높은 것부터 읽어들일 수 있는 그룹 트리 알고리즘을 제안하였다.
본 논문에서는 ALOHA 기반의 충돌 방지 알고리즘을 사용하는 RFID 시스템에서 다중 태그 인식 성능 향상을 위한 태그 개수 추정 방법을 제안한다. ALOHA 기반의 충돌 방지 알고리즘에서는 슬롯의 크기를 태그 개수에 따라 적절하게 설정하는 것이 다중 태그 인식 성능을 좌우하기 때문에, 태그 개수에 대한 정확한 추정이 필요하다. 제안된 방법은 태그 개수와 태그 인식 과정에서 발생하는 빈 슬롯 개수의 기댓값과의 관계를 이용한다. 한 ROUND를 통해 측정되는 빈 슬롯 개수를 가지고 가장 가까운 기댓값을 찾은 후, 그 기댓값에 해당하는 태그 개수를 구함으로써 태그의 개수를 추정한다. 제안된 방법은 기존 방법과 비교하여 계산양이 적으면서도 태그 개수 추정의 정확도는 높다는 장점이 있으며, 시뮬레이션 결과를 통해서 이를 보인다.
RFID(Radio Frequency IDentification)는 무선을 사용하는 인식기술로 정보를 수집하는 리더와 정보를 전달하는 태그로 구분된다. RFID기술은 단순히 ID만을 전달하던 수동형 RFID에서 센싱정보와 같은 부가 정보를 전달할 수 있는 능동형 RFID기술로 발전해가고 있다. 능동형 RFID기술의 표준으로는 433.92MHz 대역을 사용하는 ISO/IEC 18000-7이 있으나 이것은 단일채널시스템으로 하나의 리더가 여러개의 태그를 인식하는데 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위한 하나의 방법으로 다중 채널을 사용할 수 있는 2.4GHz대역 RFID기술이 있을 수 있다. 만약 리더가 다중 인터페이스를 가진다면 각각의 인터페이스가 서로다른 채널을 사용하게 함으로써 다수의 태그를 고속으로 인식할 수 있을 것이다. 그러나 만약 다수의 인터페이스를 가지는 리더라 할지라도 태그들이 특정인터페이스에 집중될 경우 다중 인터페이스에 의한 성능개선은 이루어지지 않을 것이다. 본 논문에서는, 다중 인터페이스 RFID리더에서 인터페이스간 부하 분배를 위한 프로토콜의 설계와 구현을 통해 고속의 태그 수집을 보이겠다.
본 논문에서는 RFID 시스템에서 다중 태그 식별을 위하여 질의 트리 기반의 QT_rev 알고리즘을 제안한다. QT 알고리즘에서는 질의 문자열이 식별코드의 처음 비트들과 일치하는 태그는 전체의 식별코드로 응답한다. 반면, 본 논문에서 제안한 QT_rev 알고리즘에서는 식별코드 중에서 질의 문자열을 제외한 나머지 비트들로만 응답한다. 또한 리더는 태그들의 응답 문자열 중에서 충돌이 발생한 비트 위치를 알 수 있으므로 충돌이 발생한 위치가 태그 식별코드의 마지막 비트이면 리더는 더 이상의 질의가 없이 두 개의 태그를 동시에 식별할 수 있다 성능 분석의 결과, 본 논문에서 제안한 QT_rev 알고리즘은 QT 알고리즘에 비하여 리더의 질의 횟수와 태그의 응답 비트 수가 월등히 적음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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