JP5171943B2

JP5171943B2 - Ｒｆｉｄシステムにおけるタグ衝突防止のための最適のフレームサイズを決定する方法

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Publication number: JP5171943B2
Application number: JP2010509278A
Authority: JP
Inventors: ユンミンチャン; ウォンジュンリー; ドンフワンリー; チョウシクリー; スンギルカン; ヤンシンユン; ユンヒーハン
Original assignee: SK Telecom Co Ltd
Current assignee: SK Telecom Co Ltd
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2013-03-27
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Description

本発明は、ＲＦＩＤシステムにおけるタグ衝突防止のための最適のフレームサイズを決定する方法に関し、より詳しくは、アロハ（Aloha）基盤のＲＦＩＤシステムにおけるタグ衝突を防止するために、タグ当たり期待時間遅延が最小化されるフレームサイズを決定して、タグ認識の効率を極大化する方法に関する。

ＲＦＩＤシステムに要求される重要な機能の１つは、どのくらい速い、かつ効率的にタグを認識するかである。しかしながら、ＲＦＩＤリーダーの認識範囲に複数のタグが存在する場合、全てのタグが同時に同じチャンネルを介して応答しようとするため、衝突が発生し、衝突の発生はタグ認識の遅延を引き起こす。または、あるチャンネルではタグが全く応答をしないアイドル（Idle）現象が発生する可能性があり、やはりタグ認識の効率を低下させる。したがって、限定されたタグの機能下で避けられない衝突やアイドル（Idle）現象などを制御して、ＲＦＩＤシステムの効率を極大化できるＲＦＩＤタグ認識技法の開発が要求される。

情報通信技術が飛躍的に発展するにつれて、場所や時間に関わらず、自然で、かつ便利に情報通信機器を実生活に適用できる、いわゆるユビキタス（Ubiquitous）環境を創造しようとする努力がなされている。このようなユビキタス環境を創造するためには、情報通信機器間に遠隔から効果的に互いを感知及び認識できる無線認識技術が必須であり、代表的な無線認識技術として電子識別（Radio Frequency Identification；以下、‘ＲＦＩＤ’と称する）技術が注目を浴びている。

ＲＦＩＤはバーコード（Barcode）、マグネチックセンサ、ＩＣ−ＣＡＲＤのような自動認識の１つの分野であって、超短波や長波を用いてマイクロチップに格納されたデータを無線で認識する最先端技術である。ＲＦＩＤは、物流、流通分野、及び金融サービスなどで現在使用中のバーコードに代える技術として認識される程に産業界で使用が増加している。

図１は、通常的なＲＦＩＤシステムを示すブロック構成図である。

図１のように、従来のＲＦＩＤリーダー（Reader）１１０は、物体に付着されたタグ（Tag）１２０を認識するためにタグ１２０とＲＦ信号を送受信することによって、タグに格納された識別子を認識する。

ここで、従来のＲＦＩＤリーダー１１０がタグ１２０を認識するために用いるタグ認識プロトコルは、アロハ（Aloha）基盤プロトコルとツリー基盤プロトコルとに大別される。

アロハ基盤プロトコルは、識別子の衝突またはアイドル（Idle）現象などを全く制御できないピュアアロハ（Pure Aloha）、時間スロット（Slot）を通じて衝突またはアイドル現象の発生を制御できるスロットアロハ（Slotted Aloha）、及びスロットをフレーム（Frame）という単位でグループ化して、より効率的に衝突またはアイドル現象の発生を制御できるようになったフレームスロットアロハ（Frame-Slotted Aloha）がある。ここで、識別子の衝突現象は従来ＲＦＩＤリーダー１１０が２つ以上の識別子を同時に受信するものであり、アイドル現象は従来ＲＦＩＤリーダー１１０が一定時間の間識別子を受信できないものである。

一方、ツリー基盤プロトコルは、衝突発生時、タグを２グループに分けて探索空間を拡張して行く方法を取る。

上記のようなアロハ基盤プロトコル及びツリー基盤プロトコルのうち、アロハ基盤プロトコルがＲＦＩＤ技術の標準に主として使われる展望である。

このように、今後主として使用するようになるアロハ基盤のプロトコル、特にフレームスロットアロハプロトコルの場合、１つのフレームを構成するスロットの個数であるフレームサイズ内のスロットを、１つ以上のタグが各々１つずつ選択する方式であるので、フレームサイズをどのように調節するかによってタグ認識の効率が格段に変わる。例えば、ＲＦＩＤリーダー２１０の周辺にタグ１２０が複数個存在する状況で、ＲＦＩＤリーダー２１０が小さ過ぎるフレームサイズを使用すれば、衝突スロット数が多くなるので、タグ認識の性能が低下する問題点があり、反対に、大き過ぎるフレームサイズを使用すれば、アイドルスロット（Idle Slots）が多くなるので、タグ認識の性能が低下する問題点がある。

このような問題点を解決するために、ランダムスロットアロハ（Random-Slotted Aloha）方式、動的フレームアロハ（Dynamic Frame-slotted Aloha）などを含む適応型フレームスロットアロハ（Adaptive Frame-Slotted Aloha）方式が提案されたが、既存の適応型フレームスロットアロハ方式では、複数のタグに対して適切なフレームサイズを正確に予測するための手段に欠けているという問題点がある。

前述した問題点を解決するために本発明は、アロハ（Aloha）基盤のＲＦＩＤシステムにおける適切なフレームサイズを正確に予測するための手段を用いてタグ認識の効率を極大化する方法を提供することをその目的とする。

前述した目的を達成するために本発明は、一定単位に限定されたフレームサイズを用いてタグ（Tag）を認識するためのＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムにおけるタグ衝突を防止するための方法であって、（ａ）上記複数のタグを認識するＲＦＩＤリーダーが最適のフレーム計算値を算出するステップと、（ｂ）上記ＲＦＩＤリーダーが上記フレームサイズのうち、上記最適のフレーム計算値との差が最小である左側フレームサイズ及び右側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延を算出するステップと、（ｃ）上記ＲＦＩＤリーダーが上記左側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延と上記右側フレームサイズのタグあたり期待時間遅延を比較するステップと、（ｄ）上記ＲＦＩＤリーダーが上記左側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延及び上記右側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延のうち、タグ当たり期待時間遅延の小さいフレームサイズを最適のフレームサイズに決定するステップと、を含むことを特徴とするＲＦＩＤシステムにおけるタグ衝突防止のための最適のフレームサイズを決定する方法を提供する。

また、本発明の他の面によれば、複数のフレームサイズを用いて、複数のタグ（Tag）を認識するためのＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムにおけるタグ衝突を防止するための方法であって、（ａ）ＲＦＩＤリーダーが複数のフレームサイズの中間地点である第１中間地点を計算するステップと、（ｂ）ＲＦＩＤリーダーが上記複数のフレームサイズのうち、フレームサイズが最小の最小フレームサイズ、フレームサイズが最大の最大フレームサイズを含む第１両側フレームサイズ及び上記第１中間地点のそれぞれのタグ当たり期待時間遅延を算出するステップと、（ｃ）上記ＲＦＩＤリーダーが上記第１両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延を上記第１中間地点のタグ当たり期待時間遅延と比較するステップと、（ｄ）上記ステップ（ｃ）で、上記第１中間地点のタグ当たり期待時間遅延が上記第１両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より小さければ、上記ＲＦＩＤリーダーが上記第１中間地点を最適のフレームサイズに決定するステップと、（ｅ）上記ステップ（ｃ）で、上記第１中間地点のタグ当たり期待時間遅延が上記第１両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より大きければ、上記ＲＦＩＤリーダーが上記第１両側フレームサイズのうち、タグ当たり期待時間遅延を小さくする第１フレームサイズ及び上記第１中間地点の間の中間地点である第２中間地点を計算した後、上記第１フレームサイズ、上記第１中間地点を含む第２両側フレームサイズ及び上記第２中間地点のタグ当たり期待時間遅延を各々算出するステップと、（ｆ）上記ＲＦＩＤリーダーが上記第２両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延及び上記第２中間地点のタグ当たり期待時間遅延を比較するステップと、（ｇ）上記ステップ（ｆ）で、上記第２中間地点のタグ当たり期待時間遅延が上記第２両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より小さければ、上記ＲＦＩＤリーダーが上記第２中間地点を上記最適のフレームサイズに決定するステップと、（ｈ）上記ステップ（ｆ）で、上記第２中間地点のタグ当たり期待時間遅延が上記第２両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より大きければ、上記ＲＦＩＤリーダーが上記ステップ（ａ）乃至上記ステップ（ｇ）のような二等分割探索（Bisection Search）過程を上記複数のフレームサイズで上記最適のフレームサイズを決定するまで反復遂行するステップと、を含むことを特徴とするＲＦＩＤシステムにおけるタグ衝突防止のための最適のフレームサイズを決定する方法を提供する。

通常のＲＦＩＤシステムを示すブロック構成図である。本発明の模範的な実施形態に従うＲＦＩＤシステムを示すブロック構成図である。本発明において、フレームサイズが限定されている時の最適のフレームサイズを決定するための構成の一例を説明するための図である。本発明において、二等分割探索方法により最適のフレームサイズを決定するための構成の一例を説明するための図である。本発明の好ましい実施形態に従う最適のフレームサイズの使用例を説明するための図である。本発明の好ましい実施形態に従う最適のフレームサイズの使用例を説明するための図である。本発明の第１実施形態に従う最適のフレームサイズを決定するための過程を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に従う最適のフレームサイズを決定するための過程を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に従う最適のフレームサイズを決定するための過程を示すフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付された図面を参照しつつ詳細に説明する。まず各図面の構成要素に参照符号を付加するに当たって、同一な構成要素に対してはたとえ他の図面上に表示されても、できる限り同一な符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するに当たって、関連した公知構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすることができると判断される場合にはその詳細な説明は省略する。

図２は、本発明の模範的な実施形態に従う無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムを示すブロック構成図である。

本発明の好ましい実施形態に従うＲＦＩＤシステム２００は、ＲＦＩＤリーダー２１０及びＲＦＩＤリーダー２１０の認識距離内に位置した複数のタグ２２０などを含む。本発明では、複数のタグ２２０が第１タグ２２１、第２タグ２２２、第３タグ２２３、第４タグ２２４、及び第５タグ２２５を含むとしたが、本発明を実際に適用する場合にはこれより多いか少ないことがある。

本発明で、ＲＦＩＤリーダー２１０は独立した装置として使われるか、移動通信端末機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、及びノートブックなどを含む装置に含まれても良い。

本発明では、ＲＦＩＤリーダー２１０が適応型フレームスロットアロハ方式を使用するということを前提にしたが、本発明を実際に適用する場合にはＲＦＩＤリーダー２１０が適応型フレームスロットアロハ方式以外のアロハ基盤の方式も採用することができる。

本発明において、ＲＦＩＤリーダー２１０がタグ認識プロセスの最初のプロセスを処理する構成は、既存の適応型フレームスロットアロハ方式と同一であるが、発明の構成に対する理解を容易にするために、下記のようにＲＦＩＤリーダー２１０で最初のプロセスを処理する構成を記述する。ここで、最初のプロセスはＲＦＩＤリーダー２１０が複数のタグ２２０を最初に認識するための過程である。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、タグ認識プロセスの最初のプロセスで初期値に決まった第１フレームサイズを複数のタグ２２０へ転送する。ここで、タグ認識プロセスはフレーム単位の周期で進行される。即ち、ＲＦＩＤリーダー２１０で初期値に決まった第１フレームサイズ（第１フレームのスロット数）を複数のタグ２２０へ転送し、第１フレームサイズに相当する１つ以上のスロットを通じて複数のタグ２２０のうちの１つ以上を認識する。最初のプロセス以後に、ＲＦＩＤリーダー２１０が本発明の模範的な実施形態に従う最適のフレームサイズを決定し、最適のフレームサイズを複数のタグ２２０へ転送して複数のタグ２２０のうちの１つ以上を認識する過程をフレーム単位の周期で繰り返す。

第１フレームサイズの転送を受けた複数のタグ２２０、即ち第１フレームサイズの転送を受けた第１タグ２２１、第２タグ２２２、第３タグ２２３、第４タグ２２４、及び第５タグ２２５で、各々の乱数発生器（ＲＮＧ：Random Number Generator）を通じて第１フレームサイズ内で自身が使用するスロット（スロットのシーケンス番号）を選択する。ＲＦＩＤリーダー２１０は１つのタグ認識プロセスにおいて、タグの識別子転送を要請するメッセージである識別子要請メッセージを第１タグ２２１、第２タグ２２２、第３タグ２２３、第４タグ２２４、及び第５タグ２２５にスロット単位の周期で転送して、複数のタグ２２０から１つまたは２つ以上の識別子を受信する。例えば、第１フレームサイズが１番スロット、２番スロット、及び３番スロットを含む３個のスロット分であれば、ＲＦＩＤリーダー２１０は、１番スロットで複数のタグ２２０のうち、いずれか１つの識別子を認識するために識別子要請メッセージを複数のタグ２２０へ転送し、複数のタグ２２０のうち、１番スロットを選択した１つまたは２つ以上のタグ２００から識別子を受信した後、２番スロット及び３番スロットでも１番スロットと同様に識別子要請メッセージを複数のタグ２２０へ転送し、１つまたは２つ以上の識別子を受信する。

ここで、ＲＦＩＤリーダー２１０が複数のタグ２２０に識別子要請メッセージを転送することによって１つのスロットが始まり、複数のタグ２２０から１つまたは２つ以上の識別子を受信することによって１つのスロットが終わるようになる。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、最初のフレームで１つのスロットが終わる度に該当スロットで１つのタグが応答（１つの識別子を受信）したか（成功スロット）、２つ以上のタグが応答（２つ以上の識別子を受信）したか（衝突スロット）、あるいはどんなタグも応答しなかったか（アイドルスロット）に対するタグ認識結果を記録することによって、最初のプロセスを完了する。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、最初のプロセスが完了すれば、本発明の模範的な実施形態に従う最適のフレームサイズを決定し、最適のフレームサイズのフレームを複数のタグ２２０へ転送する。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、下記の＜数式１＞及び＜数式２＞を通じて最適のフレームサイズを決定する。

＜数式１＞はタグ１つ当たり認識にかかる期待時間遅延であるタグ当たり期待時間遅延を算出するための式であって、Ｌは１フレームのスロット数（フレームサイズ）、ｍはタグの個数を意味し、Tsucc、Tcoll、及びTidleは、各々Success（成功）スロット、Collision（衝突）スロット、及びIdle（アイドル）スロットが起こす時間遅延を意味する。

本発明において、タグ当たり期待時間遅延が最小になる時、同一な時間内にどのくらい多くのタグが認識できるかに対する効率であるタグ認識の期待効率が最大となる。即ち、タグ認識の最大期待効率は、最小のタグ当たり期待時間遅延を通じて得られるので、＜数式１＞を最小化するフレームサイズを続けてフレームに適用すれば、タグ認識の最大期待効率、即ち最適のフレームサイズが得られる。

＜数式２＞は最適のフレームサイズ計算値を算出するための計算式であって、ｅはオイラー定数、Ｗ（）はランベルト（Lambert）のオメガ関数、

は床関数（floor function）であり、ｒはIdleスロットの時間遅延をCollisionスロットの時間遅延で割った割合（Tidle/ Tcoll）を意味する。ここで、ＲＦＩＤリーダー２１０が複数のタグ２２０の個数を知っている場合、ＲＦＩＤリーダー２１０はタグ２２０の個数を＜数式２＞にそのまま入力し、ＲＦＩＤリーダー２１０がタグ２２０の個数を知らない場合にはＲＦＩＤリーダー２１０が最初のプロセスを処理する過程で記録した情報を用いてタグ２２０の個数を推定して＜数式２＞に入力する。タグの個数を推定する技術は既に公知された技術であるので、これに対する詳細な説明を省略する。

本発明において、ＲＦＩＤリーダー２１０はＲＦＩＤシステム２００で使われる標準またはシステムの制約により使用できるフレームサイズが一定単位に限定されることがあるので、＜数式２＞を通じて算出された最適のフレームサイズ計算値をそのまま最適のフレームサイズに適用できない場合に、下記のように本発明の第１実施形態により最適のフレームサイズを決定する。例えば、フレームサイズが自然数単位に限定される時、最適のフレームサイズ計算値に少数点以下の値が含まれる場合などがある。

本発明の第１実施形態において、ＲＦＩＤリーダー２１０は図３のように限定されたフレームサイズのうち、＜数式２＞を用いて算出された最適のフレームサイズ計算値に最も近い両側フレームサイズ、即ち最適のフレームサイズ計算値との差が最小の左側フレームサイズ（最適のフレームサイズ計算値より小さな値のフレームサイズ）のスロット数、及び右側フレームサイズ（最適のフレームサイズ計算値より大きい値のフレームサイズ）のスロット数を＜数式１＞に各々代入する。ＲＦＩＤリーダー２１０は各々算出された左側フレームサイズでのタグ当たり期待時間遅延と右側フレームサイズでのタグ当たり期待時間遅延とを比較する。ここで、スロットの数は＜数式１＞のＬ値に相当する。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、両側フレームサイズのうち、タグ当たり期待時間遅延の小さいフレームサイズを最適のフレームサイズに決定し、最適のフレームサイズを複数のタグ２２０へ転送する。ここで、フレームサイズ１、フレームサイズ２、及びフレームサイズ３等は、各々のフレームサイズを区分するためのものであって、各々のフレームサイズのスロット数を意味するのではない。例えば、フレームサイズ１のスロット数は５個、フレームサイズ２のスロット数は６個、フレームサイズ３のスロット数は７個などとなることができる。

本発明の第１実施形態において、ＲＦＩＤリーダー２１０がタグ当たり期待時間遅延を算出するために必要とするタグの個数はＲＦＩＤリーダー２１０で最初のプロセスを処理することによって分かり、Successスロット、Collisionスロット、及びIdleスロットが起こす時間遅延であるTsucc、Tcoll、及びTidleは、ＲＦＩＤリーダー２１０の内部メモリに格納される。

一方、本発明でＲＦＩＤリーダー２１０のスループットが低い場合、ＲＦＩＤリーダー２１０で＜数式２＞を用いて最適のフレームサイズ計算値を算出する時間が長くかかることがあるので、下記のように本発明の第２実施形態、即ち＜数式１＞を用いた二等分割探索（Bisection Search）方法により最適のフレームサイズを決定する。ここで、複数のタグ２２０の個数は、ＲＦＩＤリーダー２１０で最初のプロセスを処理する過程を通じて認識される。

本発明の第２実施形態において、ＲＦＩＤリーダー２１０は図４のようにＲＦＩＤリーダー２１０で使用できる複数のフレームサイズを順番に配列した後、複数のフレームサイズのうち、フレームサイズが最小の最小フレームサイズ（図４のフレームサイズ１）と複数のフレームサイズのうち、フレームサイズが最大の最大フレームサイズ（図４のフレームサイズ７）の中間地点である第１中間地点を計算する。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、第１中間地点を基準に第１中間地点から最も遠く離れた、即ち最小フレームサイズ及び最大フレームサイズを含む第１両側フレームサイズのスロット数及び第１中間地点のスロット数を＜数式１＞に各々代入して、各々算出されたタグ当たり期待時間遅延を比較する。

第１中間地点のタグ当たり期待時間遅延が第１両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より小さければ、ＲＦＩＤリーダー２１０は第１中間地点のフレームサイズを最適のフレームサイズに決定し、最適のフレームサイズ、即ち第１中間地点のフレームサイズを複数のタグ２２０へ転送する。

第１中間地点のタグ当たり期待時間遅延が第１両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より大きければ、ＲＦＩＤリーダー２１０は第１両側フレームサイズのうち、タグ当たり期待時間遅延の小さい第１フレームサイズ（図４のフレームサイズ１）を選択した後、第１中間地点と第１フレームサイズの中間地点（以下、‘第２中間地点’という）をまた計算する。その後ＲＦＩＤリーダー２１０は第２中間地点のスロット数、第２中間地点を基準にした第２両側フレームサイズ、即ち第１フレームサイズ（図４のフレームサイズ１）、及び第１中間地点（図４のフレームサイズ４）のスロット数を＜数式１＞に各々代入して、各々算出されたタグ当たり期待時間遅延を比較する。

第２中間地点のタグ当たり期待時間遅延が第２両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より小さければ、ＲＦＩＤリーダー２１０は第２中間地点のフレームサイズを最適のフレームサイズに決定し、最適のフレームサイズ、即ち第２中間地点のフレームサイズでフレームを生成して複数のタグ２２０へ転送する。

第２中間地点のタグ当たり期待時間遅延が第２両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より大きければ、ＲＦＩＤリーダー２１０は第２両側フレームサイズのうち、タグ当たり期待時間遅延の小さいフレームサイズ（図４のフレームサイズ４）を選択する。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、上記のような過程を通じて、これ以上探索する空間がない第Ｎ中間地点のフレームサイズを最適のフレームサイズに決定するか、第２中間地点の以後の中間地点である第３中間地点、第４中間地点、…、第Ｎ中間地点のうち、いずれか１つの中間地点のタグ当たり期待時間遅延がいずれか１つの中間地点の両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より小さい場合、探索を中断し、該当地点のフレームサイズを最適のフレームサイズに決定した後、決定された最適のフレームサイズを複数のタグ２２０へ転送する。例えば、ＲＦＩＤリーダー２１０は、図４のように第３中間地点のタグ当たり期待時間遅延が両側フレームサイズ（第２中間地点及び第１中間地点）のタグ当たり期待時間遅延より小さければ、第３中間地点を最適のフレームサイズに決定する。

本発明の第２実施形態において、ＲＦＩＤリーダー２１０がタグ当たり期待時間遅延を算出するために必要とするタグの個数は、ＲＦＩＤリーダー２１０で最初のプロセスを処理することによって分かり、Successスロット、Collisionスロット、及びIdleスロットが起こす時間遅延であるTsucc、Tcoll、及びTidleはＲＦＩＤリーダー２１０の内部メモリに格納される。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、本発明の第１実施形態または本発明の第２実施形態を通じて最適のフレームサイズを決定して、第１タグ２２１、第２タグ２２２、第３タグ２２３、第４タグ２２４、及び第５タグ２２５を含む複数のタグ２２０の識別子を認識する時、識別子の衝突現象またはアイドル現象を最小化できる。

図５Ａと図５Ｂは、本発明の模範的な実施形態に従う最適のフレームサイズの使用例を説明するための図である。

図５ＡはＲＦＩＤリーダー２１０が本発明の模範的な実施形態に従う最適のフレームサイズを決定しなかった時、ＲＦＩＤリーダー２１０で記録したタグ認識結果であり、図５ＢはＲＦＩＤリーダー２１０が本発明の模範的な実施形態に従う最適のフレームサイズを決定した時、ＲＦＩＤリーダー２１０で記録したタグ認識結果である。

図５Ａ及び図５ＢでＲＦＩＤシステム２００の各々の環境とも、複数のタグ２２０の個数が５個、SuccessスロットとCollisionスロットの時間遅延は１単位時間として同一であり、図５ＢでIdleスロットの時間遅延は０．２単位時間としてIdleスロットのCollisionスロットに対する時間遅延割合は０．２である。

図５ＡではＲＦＩＤリーダー２１０が小さ過ぎるフレームサイズを複数のタグ２２０へ転送したので、相対的に多くのCollisionスロットが発生してタグ認識の期待効率が落ちる。

図５ＢではＲＦＩＤリーダー２１０が＜数式１＞及び＜数式２＞のうち、１つ以上を用いて最適のフレームサイズ（スロット数：９）を決定し、最適のフレームサイズを複数のタグ２２０へ転送したので、Collisionスロット発生が最小となってタグ認識の期待効率が最大となる。

図５Ａと図５Ｂのタグ認識効率を計算して見れば、各々１／３＝０．３３３と３／４．８＝０．６２５で、同じ期間に認識したタグの個数が図５Ｂの場合が格段に多いということを確認することができる。ここで、分子の１及び３はSuccessスロットの個数であり、分母の３及び４．８は１フレームの総時間遅延である。

図６は、本発明の第１実施形態に従う最適のフレームサイズを決定するための過程を示すフローチャートである。

本発明の好ましい第１実施形態は、ＲＦＩＤリーダー２１０で使用できるフレームサイズが限定される時、ＲＦＩＤリーダー２１０で最初のプロセスを完了した後、最適のフレームサイズを決定するために用いられる。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、最初のプロセスを完了した後、ステップ６１０において＜数式２＞を用いて最適のフレームサイズ計算値を算出する。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、限定されたフレームサイズのうち、最適のフレームサイズ計算値との差が最小である左側フレームサイズのスロット数及び右側フレームサイズのスロット数を＜数式１＞に各々代入することで、左側フレームサイズでのタグ当たり期待時間遅延と右側フレームサイズでのタグ当たり期待時間遅延を各々算出する（Ｓ６２０）。ここで、ＲＦＩＤリーダー２１０がタグ当たり期待時間遅延を算出するために必要とするタグの個数は、ＲＦＩＤリーダー２１０で最初のプロセスを処理することによって分かり、Successスロット、Collisionスロット、及びIdleスロットが起こす時間遅延であるTsucc、Tcoll、及びTidleはＲＦＩＤリーダー２１０の内部メモリに格納される。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、左側フレームサイズでのタグ当たり期待時間遅延と右側フレームサイズでのタグ当たり期待時間遅延とを比較して（Ｓ６３０）、両側フレームサイズのうち、タグ当たり期待時間遅延の小さいフレームサイズを最適のフレームサイズに決定する（Ｓ６４０）。ここで、フレームサイズ１、フレームサイズ２、及びフレームサイズ３等は、各々のフレームサイズを区分するためのものであって、各々のフレームサイズに該当するスロット数を意味するのではない。例えば、フレームサイズ１のスロット数は５個、フレームサイズ２のスロット数は６個、フレームサイズ３のスロット数は７個などとなることができる。

図７及び図８は、本発明の第２実施形態に従う最適のフレームサイズを決定するための過程を示すフローチャートである。

本発明において、第２実施形態はＲＦＩＤリーダー２１０のスループットが低い場合、ＲＦＩＤリーダー２１０で最初のプロセスを完了した後、二等分割探索過程を通じて最適のフレームサイズを決定するものである。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、最初のプロセスを完了した後、図４のようにＲＦＩＤリーダー２１０で使用できる複数のフレームサイズを順番に配列した後、複数のフレームサイズのうち、最小フレームサイズと最大フレームサイズとの中間地点である第１中間地点を計算する（Ｓ７０５）。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、第１中間地点から最も遠く離れた、即ち最小フレームサイズ及び最大フレームサイズを含む第１両側フレームサイズのスロット数、及び第１中間地点のスロット数を＜数式１＞に各々代入して（Ｓ７１０）、各々算出されたタグ当たり期待時間遅延を比較する（Ｓ７１５）。ここで、ＲＦＩＤリーダー２１０がタグ当たり期待時間遅延を算出するために必要とするタグの個数は、ＲＦＩＤリーダー２１０で最初のプロセスを処理することによって分かり、Successスロット、Collisionスロット、及びIdleスロットが起こす時間遅延であるTsucc、Tcoll、及びTidleは、ＲＦＩＤリーダー２１０の内部メモリに格納される。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、第１両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より第１中間地点のタグ当たり期待時間遅延が小さいかを判断する（Ｓ７２０）。

第１中間地点のタグ当たり期待時間遅延が第１両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より小さければ、ＲＦＩＤリーダー２１０は第１中間地点のフレームサイズを最適のフレームサイズに決定する（Ｓ７２５）。ここで、ＲＦＩＤリーダー２１０は二等分割探索過程を中止し、ステップＳ７２５で決定した最適のフレームサイズ、即ち第１中間地点のフレームサイズを複数のタグ２２０へ転送する。

ステップＳ７２０で、第１中間地点のタグ当たり期待時間遅延が第１両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より大きければ、ＲＦＩＤリーダー２１０は第１両側フレームサイズのうち、タグ当たり期待時間遅延の小さい第１フレームサイズを選択した後（Ｓ７３０）、第１中間地点と第１フレームサイズの中間地点（以下、‘第２中間地点’という）をまた計算した後（Ｓ７３５）、第２中間地点のスロット数、第２中間地点を基準にした第２両側フレームサイズ、即ち第１フレームサイズ、及び第１中間地点のスロット数を＜数式１＞に各々代入して（Ｓ７４０）、各々算出されたタグ当たり期待時間遅延を比較する（Ｓ７４５）。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、第２両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より第２中間地点のタグ当たり期待時間遅延が小さいかを判断する（Ｓ７５０）。

ステップＳ７５０で、第２中間地点のタグ当たり期待時間遅延が第２両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より小さければ、ＲＦＩＤリーダー２１０は第２中間地点のフレームサイズを最適のフレームサイズに決定する（Ｓ７５５）。ここで、ＲＦＩＤリーダー２１０は二等分割探索過程を中止し、ステップＳ７５５で決定した最適のフレームサイズ、即ち第２中間地点のフレームサイズを複数のタグ２２０へ転送する。

ステップＳ７５０で、第２中間地点のタグ当たり期待時間遅延が第２両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より大きければ、ＲＦＩＤリーダー２１０は二等分割探索過程を再開する（Ｓ７６０）。

ＲＦＩＤリーダー２１０は、ステップＳ７６０で計算された中間地点がこれ以上探索する空間がない第Ｎ中間地点か否かを判断したり、ステップＳ７６０で計算された中間地点のタグ当たり期待時間遅延が該当中間地点の両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より小さいか否かを判断する（Ｓ７６５）。ステップＳ７６０で計算された中間地点が第Ｎ中間地点でなく、ステップ７６０で計算された中間地点のタグ当たり期待時間遅延が両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より大きければ、ＲＦＩＤリーダー２１０はステップＳ７６０を再開する。

ステップＳ７６０で計算された中間地点がこれ以上探索する空間がない第Ｎ中間地点または中間地点のタグ当たり期待時間遅延が両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より小さければ、ＲＦＩＤリーダー２１０は該当中間地点のフレームサイズを最適のフレームサイズに決定する（Ｓ７７０）。ここで、ＲＦＩＤリーダー２１０はステップＳ７７０で決定した最適のフレームサイズを複数のタグ２２０へ転送する。

このようにＲＦＩＤリーダー２１０は、本発明の第１実施形態または本発明の第２実施形態を通じて最適のフレームサイズを決定して、第１タグ２２１、第２タグ２２２、第３タグ２２３、第４タグ２２４、及び第５タグ２２５を含む複数のタグ２２０の識別子を認識する時、識別子の衝突現象またはアイドル現象を最小化できる。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したことに過ぎないものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるのではない。本発明の保護範囲は請求範囲により解釈されなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

上述のように、アロハ（Aloha）基盤のＲＦＩＤシステムにおける適切なフレームサイズを正確に予測するための方法を用いることで、ＲＦＩＤシステムで短時間に処理できるタグの個数が増加する。

Claims

一定単位に限定されたフレームサイズを用いてタグ（Tag）を認識するためのＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムにおけるタグ衝突防止のための最適フレームサイズを決定する方法であって、
（ａ）前記複数のタグを認識するＲＦＩＤリーダーが最適フレームサイズ計算値を算出するステップと、
（ｂ）前記ＲＦＩＤリーダーが前記フレームサイズのうち、前記最適フレームサイズ計算値との差が最小の左側フレームサイズ及び右側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延を算出するステップであって、前記左側フレームサイズは前記最適フレームサイズ計算値より小さく、前記右側フレームサイズは前記最適のフレーム計算値より大きい前記ステップと、
（ｃ）前記ＲＦＩＤリーダーが前記左側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延と前記右側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延を比較するステップと、
（ｄ）前記ＲＦＩＤリーダーが前記左側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延及び前記右側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延のうち、タグ当たり期待時間遅延の小さいフレームサイズを最適のフレームサイズに決定するステップと、
を含み、
前記ステップ（ａ）において、
前記ＲＦＩＤリーダーは、数式
（ｅ：オイラー定数、Ｗ（）：ランベルトのオメガ関数、
床関数、ｒ：Idleスロットの時間遅延をCollisionスロットの時間遅延で割った割合）
を用いて前記最適フレームサイズ計算値を算出し、
前記ステップ（ｂ）において、
前記ＲＦＩＤリーダーは、数式
（Ｌ：１フレームのスロット数（フレームサイズ）、ｍ：タグの個数、Tsucc：Successスロットが起こす時間遅延、Tcoll：Collisionスロットが起こす時間遅延、Tidle：Idleスロットが起こす時間遅延）
を用いて前記左側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延及び前記右側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延を算出することを特徴とする、方法。
前記方法は、
（ｅ）前記ＲＦＩＤリーダーが前記最適のフレームサイズを前記複数のタグへ転送するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
複数のフレームサイズを用いて複数のタグ（Tag）を認識するためのＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムにおけるタグ衝突防止のための最適フレームサイズを決定する方法であって、
（ａ）ＲＦＩＤリーダーが複数のフレームサイズの中間地点である第１中間地点を計算するステップと、
（ｂ）ＲＦＩＤリーダーが前記複数のフレームサイズのうち、最小フレームサイズ、最大フレームサイズを含む第１両側フレームサイズ及び前記第１中間地点のタグ当たり期待時間遅延を各々算出するステップと、
（ｃ）前記ＲＦＩＤリーダーが前記第１両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延と前記第１中間地点のタグ当たり期待時間遅延を比較するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）で、前記第１中間地点のタグ当たり期待時間遅延が前記第１両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より小さければ、前記ＲＦＩＤリーダーが前記第１中間地点を最適のフレームサイズに決定するステップと、
（ｅ）前記ステップ（ｃ）で、前記第１中間地点のタグ当たり期待時間遅延が前記第１両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より大きければ、前記ＲＦＩＤリーダーが前記第１両側フレームサイズのうち、タグ当たり期待時間遅延の小さい第１フレームサイズ及び前記第１中間地点間の中間地点である第２中間地点を計算した後、前記第１フレームサイズ、前記第１中間地点を含む第２両側フレームサイズ、及び前記第２中間地点のタグ当たり期待時間遅延を各々算出するステップと、
（ｆ）前記ＲＦＩＤリーダーが前記第２両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延及び前記第２中間地点のタグ当たり期待時間遅延を比較するステップと、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）で、前記第２中間地点のタグ当たり期待時間遅延が前記第２両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より小さければ、前記ＲＦＩＤリーダーが前記第２中間地点を前記最適のフレームサイズに決定するステップと、
（ｈ）前記ステップ（ｆ）で、前記第２中間地点のタグ当たり期待時間遅延が前記第２両側フレームサイズのタグ当たり期待時間遅延より大きければ、前記ＲＦＩＤリーダーが前記ステップ（ａ）乃至前記ステップ（ｇ）のような二等分割探索（Bisection Search）過程を前記複数のフレームサイズで前記最適のフレームサイズを決定するまで反復遂行するステップと、
を含み、
前記ＲＦＩＤリーダーは、数式
（Ｌ：１フレームのスロット数（フレームサイズ）、ｍ：タグの個数、Tsucc：Successスロットが起こす時間遅延、Tcoll：Collisionスロットが起こす時間遅延、Tidle：Idleスロットが起こす時間遅延）
を用いてタグ当たり期待時間遅延を算出することを特徴とする、方法。
前記ステップ（ｄ）の以後に、
（ｄ１）前記ＲＦＩＤリーダーが前記二等分割探索過程を中止し、前記第１中間地点のフレームサイズを前記複数のタグへ転送するステップを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記ステップ（ｇ）の以後に、
（ｇ１）前記ＲＦＩＤリーダーが前記二等分割探索過程を中止し、前記第２中間地点のフレームサイズを前記複数のタグへ転送するステップを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記方法は、
（ｉ）前記ステップ（ｈ）で前記最適のフレームサイズを決定したならば、前記ＲＦＩＤリーダーが前記二等分割探索過程を中止し、前記最適のフレームを前記複数のタグへ転送するステップを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。