An orthogonal antenna is presented for reader applications of radio frequency identification (RFID) at 433 MHz. The antenna is composed of two $1{\times}2$ sub-arrays orthogonally placed on a ground plane. Two different feeding networks are introduced to control horizontal and vertical radiation current flows for each sub-array, respectively. An inverted-F structure is used as a radiation element with vertical and horizontal currents flowing on the radiator, thereby obtaining two linear polarizations. Antenna gains are 3.71 and 3.43 dBi and isolation between the two input ports is less than 25dB.
최근 무인항공기(UAV)의 발전과 관심이 높아지면서 UAV의 수요가 급증하고 있다. 전통적인 방식의 인공위성 및 항공영상에 비해 적은 운용비용으로 효과적인 자료 취득이 가능하여 다양한 연구(환경, 지리정보, 해양관측, 원격탐사)에 활용되고 있다. 다만, 배터리 용량 및 관제시스템과 기체의 거리 제한에 따라 전통적인 원격탐사 방법인 위성과 항공기를 이용한 방법에 비해 좁은 면적만을 획득한다는 단점이 있다. 하지만 원거리 원격관제가 가능하다면 원격탐사 분야에서의 UAV의 활용 가능성은 더 높아질 수 있으며 이에 UAV와 관제 시스템의 거리에 상관없이 관제할 수 있는 통신 네트워크 시스템이 필요하다. 전통적인 방식의 무선장치(RF 2.4 GHz, 915 MHz, 433 MHz)로 UAV와 Ground Control System(GCS)가 송수신 할 수 있는 거리는 약 2 km 내외로 제한적이다. 하지만 구축되어 있는 Long-Term Evolution(LTE) 통신망 기반의 제어방식을 적용하면 Radio Frequency(RF) 통신망의 단점을 보완할 수 있어 기존 산업과 융합하여 보다 큰 효과를 이룰 수 있다. 본 연구에서는 LTE 통신방식을 통해 GCS 기준 최대 직선거리 6.1 km, 촬영 면적 2.2 ㎢, 총 비행 거리 41.75 km의 비행을 수행하였다. 또한, LTE 통신의 무선 기지국 현황을 통해 통신 두절 가능성에 대해서도 분석하였다.
유비쿼터스 홈네트워크 ( uHome-net) 구현을 위해서는 다양한 센서들이 통합된 유무선 센서 네트워크에 연결될 수 있어야 한다. 본 논문은 제어 네트워크에 널리 사용되고 있는 LonWorks 기술을 uHome-net의 유무선 센서 네트워크에 적용한 사례를 소개하고, LonTalk 프로토콜이 탑재된 뉴런칩, 433.92MHz RF 트랜시버, 센서와 응용 프로그램으로 구성되는 LonRF 디바이스의 설계 및 응용 서비스 구현 결과를 설명한다. LonRF 디바이스의 응용 예로 실내에서 물체의 3차원 좌표를 측정할 수 있고 uHome-net과 연동되는 LonRF 스마트배지를 개발하였다. LonRF 디바이스 기반의 위치인식 서비스, 원격검침서비스, 원격경비서비스 등의 홈네트워크 서비스를 uHome-net 테스트베드에 구현하였다. 본 연구는 LonWorks 기술 기반의 센서 네트워크가 유비쿼터스 홈네트워크의 제어 네트워크로 적용할 수 있고, 개발된 LonRF 디바이스가 센서 네트워크의 무선 노드로 사용될 수 있음을 보였다.
433Mhz에서 단일 채널을 사용하는 ISO 18000-7 능동형 RFID 표준은 낮은 전송 속도, 단일채널에 따른 간섭 문제 등으로 최근의 응용 요구를 충족시키는데 어려움이 있다. 2.4Ghz 대역에서 다수 채널을 사용하는 새로운 능동형 RFID 시스템을 제안한다. 이 시스템은 하나의 리더에 여러 개의 인터페이스를 장착하여 성능을 개선하는 방안이 특징이다. 그런데 다수의 인터페이스를 장착하여도 대부분의 태그들이 특정 인터페이스로 몰린다면 기대하는 성능 개선이 어렵다. 이를 극복하기 위해 인터페이스간 부하 배를 고려한 능동형 RFID 프로토콜이 필요하다. 우리는 단순결합, LP-조합, AP-균형이라는 세 가지 프로토콜을 제안하고 비교, 분석하였다. 태그의 수, 인터페이스 수, 태그의 부가 정보의 양 등을 변화시키면서 수행한 다양한 성능 평가 결과 AP-균형이 가장 우수한 성능을 보였다. AP-균형은 인터페이스 수에 거의 선형적으로 비례하여 성능이 증가하며 기대를 충족하였다.
RFID 기술은 대표적으로 인식, 실시간 추적, 보안 등의 분야에 적용할 수 있으며, 이중에서 실시간 추적의 경우 대상의 위치를 실시간으로 파악함으로써 흐름을 제어하고 비용을 절감할 수 있다. 최근 들어 이러한 실시간 추적의 응용으로 RTLS(Real-Time Locating System)에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 본 논문에서는 표준과의 호환성과 확장성을 고려하여 RTLS 전체 시스템을 설계하고 구현하였다. 호환성을 위해 433MHz RTLS 표준에서 제시된 프로토콜을 준수하여 시스템을 설계하고 하드웨어 상에서 구현하였다. 그리고 리더간의 무선 통신이 가능하게 함으로써 RTLS 전체 시스템을 확장시켰다. 이의 검증을 위하여 실제 야외 환경에서 태그의 위치 정확도를 측정하였고 시뮬레이션을 통해 본 논문에서 제시한 리더간의 데이터 전달 기법에 대해서도 성능평가를 하였다.
CSD는 미국 국토안보부(DHS)에서 제안한 Active RFID를 기반으로 하는 컨테이너 보안 장치로 컨테이너 내부에 장착되어 컨테이너 도어의 개폐여부를 감지하는 장치이다. ConTracer는 본 연구에서 개발한 CSD(Container Security Device)로 이 장비의 주기능은 컨테이너 도어 개폐 여부 감지뿐만 아니라 온도, 습도, 충격 센서를 장착하여 컨테이너 내부 환경 상태 및 운송 도중 컨테이너에 가해지는 충격에 대한 이력 조회가 가능하다. 그리고 RFID 동작주파수는 433MHz와 2.4GHz의 두 주파수 대역을 사용하여 각 국가별 주파수 사용제안에 능동적으로 대응 할 수 있도록 하였다. 본 논문에서는 컨테이너 보안 장치의 발전 방향에 대해서 알아본 후 본 연구에서 개발한 ConTracer와 각 회사에서 개발한 CSD를 비교하여 보고, ConTracer를 이용하여 설계 및 구현한 CSD 시스템을 소개한다. 마지막으로 구현된 CSD 시스템은 한국 중국 간 컨테이너 물류에 시범서비스를 실시하여 구현한 CSD 시스템을 검증 하였다.
능동형 RFID가 많은 응용 분야에서 활용되기 위해서 대용량의 태그 데이터를 보다 빠르고 효율적으로 보낼 필요성이 대두되고 있다. ISO/IEC 18000-7 표준은 433MHz대역을 사용하고 있으며 전송 속도는 27.8kbps에 불과하다. 이러한 전송속도는 대용량 데이터를 전송하기에 무리가 있다. 우리는 빠른 대용량 태그 데이터 전송을 위하여 2.4GHz대역을 사용하였고, 보다 효율적인 데이터 전송을 위하여 데이터 전송 프로토콜을 설계하였다. 우리가 설계한 프로토콜은 Burst Read UDB라는 새로운 명령어를 사용하여 255bytes이상의 메시지 데이터를 생성하고, 이를 효과적으로 전송할 수 있도록 이루어져 있다. 프로토콜을 구현하기 위하여 Texas Instruments사에서 개발한 Smart RF04 개발보드를 사용하였으며, 통신모듈로는 CC2500트랜시버를 이용하였다. 구현을 통한 비교실험에서 63.75kbytes의 데이터를 전송할 경우, 기존 표준의 Read UDB보다 Burst Read UDB가 17.95%의 데이터 전송시간이 향상되었음을 확인하였다.
본 논문은 태그간 메쉬 네트워킹 방법과 네트워크 간섭을 해결하기 위한 RFID 태그간 메쉬 네트워킹을 위한 듀얼 라디오 태그 시스템 의 구현을 설명한다. 최근 항만 또는 물류창고에서 상품 선적 및 보관 등의 정보를 자동화 하기 위해 RFID 전자태그가 부착된 컨테이너, 팔레트의 이용이 확대되고 있다. 그러나 RFID 시스템은 항만이나 물류창고에 산재되어 있는 금속성 물체 등으로 인해 리더와 태그간의 통신을 방해하는 음영지역이 발생한다. 본 논문에서 제안한 통신 음영지역 문제점 해결하기 위한 방법은 다음과 같다. 리더와 태그간의 직접 통신이 가능한 지역은 ISO/IEC 18000-7 표준에 따라 433MHz 주파수 대역에서 통신하고 리더와 태그간의 통신이 불가능한 음영지역이나 리더의 통신 범위를 벗어난 지역에서는 IEEE 802.15.4 표준에 따라 2.4GHz 주파수 대역에서 태그간 메쉬 네트워킹을 이용하여 통신한다. 이 방법을 적용한 통신방식은 리더와 태그간 통신에서 존재하는 통신 음영지역의 해소에 큰 도움을 줄 수 있고, 리더를 추가로 설치하는 방식보다 설치비용 절감 효과를 기대할 수 있다. 그리고 네트워크 인프라가 갖추어져 있지 않은 곳에서도 태그간 메쉬 네트워킹을 이용하여 쉽고, 빠르고, 경제적으로 네트워크 인프라를 구축할 수 있다.
최근 급속히 발전하고 있는 RFID 기술의 대표적인 이용 사례로는 항만에서의 사용을 들 수 있다. 실제로 미국 및 유럽의 항만에서는 넓은 작업장에 산재한 컨테이너와 각종 장비들에 433MHz 능동형 태그를 부착하고, 이를 기반으로 게이트 자동화, 컨테이너 선적 및 하역의 자동화, 각종 장비의 위치 파악 및 관리를 수행하고 있다. 그러나, 완전한 자동화를 위해서는 해결해야 할 문제가 있다. RFID 통신의 기본 구조는 리더가 자신의 통신 범위 안에 있는 태그와 직접 통신만을 할 수 있는데, 항만에서는 금속성의 컨테이너와 각종 장비들에 의한 전파 방해 때문에 음영지역(dead-zone)이 발생하여 모든 태그의 정보를 완벽히 수집하지 못하는 경우가 있을 수 있다. 음영지역 문제는 몇 가지 방법으로 해결 가능하지만, 본 논문에서는 그 중 가장 경제적인, RFID 태그간의 다중 홉(multi-hop) 통신을 이용한 방법을 제안한다. 기존에 지원되지 않던 태그간의 다중 홉 통신이 기존의 통신 구조와 병립되어 서비스되기 위해 필요한 새로운 통신 구조를 자세히 살펴볼 것이다.
국내에 설치되어 있는 LPG 충전소는 약 2000개로 매년 26개씩 증가하고 있다. 이 중 15년 이상 된 노후화 된 충전소는 약 500개로 전체의약 25% 해당된다. 이 중 약 86%는 도시에 설치되어 있어 사고 발생 시 매우 큰 피해가 우려되고 있는 실정이다. 이에 따라, 본 논문에서는 LPG/CNG 충전소에서 가스 누출 및 화재 사고를 예방 및 대응 할 수 있는 가스센서 모듈 및 관제시스템을 개발하였다. 듀얼 타입 센서 모듈은 메탄, 부탄 및 수소의 센서에 측정 된 데이터를 FR433Mhz통신을 통하여 데이터를 수집하여, 전달할 수 있는 기능을 가지고 있다. 또한, 각각의 센서는 두 개씩 부착되어 안정성 및 정확도를 높였다. 통합관제시스템의 S/W는 센서에서 측정 된 장치의 실시간 데이터를 감지하고, 위험상황 발생 시 PC와 스마트폰으로 전달하여 위험 경보를 관리자가 시간과 장소에 상관없이 충전소의 상황을 확인 할 수 있도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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