KR100692925B1 - 다중 ｒｆｉｄ 태그의 인식속도 증대를 위한 충돌 방지방법 - Google Patents

다중 ｒｆｉｄ 태그의 인식속도 증대를 위한 충돌 방지방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인식속도 증대를 위한 RFID 시스템의 태그 충돌 방지 방법에 관한 것으로서, 태그의 충돌 방지를 위해 응답 태그 수를 제한하는 기존 ALOHA 방법의 경우 리더의 인식영역 내에 존재하는 태그들의 수에 상관 없이 무조건적인 응답 태그 수 제한을 수행함으로 인해 태그 수가 적은 환경에서 인식속도를 오히려 저하시키는 문제점이 있었는 바, 이러한 문제점을 개선하기 위하여 리더의 인식영역 내에 최대 프레임 사이즈보다 많은 수의 태그가 존재하면서 충돌이 많이 발생한 경우에만 응답 태그 수 제한을 수행하도록 함으로써, 인식영역 내 태그들의 수가 적은 환경에서의 인식속도를 증대시킬 수 있고, 결국 최상의 인식속도 구현 및 더욱 효율적인 인식과정 수행이 가능해지는 RFID 시스템의 태그 충돌 방지 방법에 관한 것이다.
RFID, 무선 주파수 식별, 태그, 리더, 슬롯, 충돌 방지, ALOHA, 응답 태그 수 제한, 인식속도 증대

Description

다중 ＲＦＩＤ 태그의 인식속도 증대를 위한 충돌 방지 방법{A anti-collision method for fast recognition of multiple RFID tags}
도 1은 본 발명에 따른 RFID 시스템의 충돌 방지과정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로서, 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00001
)에 따른 리더 인식영역 내의 전체 태그를 인식하는데 사용된 총 슬롯들의 수를 비교한 시뮬레이션 결과 그래프.
본 발명은 인식속도 증대를 위한 RFID 시스템의 태그 충돌 방지 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 응답 태그 수 제한이 특정한 조건하에서만 수행되도록 하여 태그 인식속도를 효율적으로 증대시킬 수 있는 RFID 시스템의 태그 충돌 방지 방법에 관한 것이다.
오늘날 무선 주파수 식별(Radio Frequency Identification;이하 RFID라 칭 함) 시스템은 식료품부터 농축산물 관리, 폐기물 관리, 환경 관리, 물류ㆍ유통, 보안 등 우리 생활의 다양한 분야에 널리 적용되고 있다.
RFID란 전자태그(tag)를 사물에 부착하고 무선통신 기술을 이용하여 사물의 정보 및 주변 상황정보를 실시간으로 감지 및 처리할 수 있는 기술이다.
현재 세계 각국의 다양한 연구자들에 의하여 RFID 기술 개발 및 표준화, 시장 선점을 위한 노력들이 활발히 진행되고 있으며, 향후 그 활용분야가 획기적으로 증가할 것으로 예상되고 있다.
한편, 이러한 RFID 시스템에서 다수의 RFID 태그가 동일한 무선 주파수 인식영역 내에 존재하면서 동시에 리더(reader)에 의해 액티브 되면, 다수의 RFID 태그가 각 태그의 식별 정보를 전송함으로써 정보의 충돌(collision)을 야기하게 되고, 결국에는 리더가 정확한 정보를 얻을 수 없는 상황을 일으켜 태그로서의 기능을 상실하게 된다.
따라서, RFID 시스템 등에서 사용되는 태그의 충돌 방지(anti-collision)를 위하여 다양한 방법들이 사용되고 있는데, 이를 설명하면 다음과 같다.
가장 간단한 충돌 회피 방법인 알로하(ALOHA) 방법은 충돌이 발생한 시점부터 랜덤(random)한 시간 후에 재전송함으로써 충돌을 회피하는 방법이다.
하지만, 이 방법은 많은 데이터를 인식해야 할 때 오랜 인식시간이 필요하다는 단점이 있다.
더욱이, 각 태그들이 랜덤한 시간 후에 응답하기 때문에 두 개 이상의 태그가 약간의 시간만 겹쳐져도 두 태그는 충돌이 일어나게 되어 인식률도 낮아지는 단 점이 있다
이를 개선하기 위한 방법으로, 시간을 리더와 태그가 서로 통신할 수 있는 여러 시간구간으로 나누어 해당 시간구간 내에서 리더와 특정 태그가 통신하도록 하는 방법이 있다.
여기서, 나누어진 일정한 시간구간(리더와 태그가 통신하는 시간구간)을 슬롯(slot)이라 하고, 따라서 상기한 방법을 통상 슬롯 알로하(Slotted ALOHA) 방법이라 한다.
이 방법에서는 리더의 응답 요청을 받은 태그들이 임의의 슬롯을 램덤하게 할당받고 그 슬롯을 통해 리더와 통신하게 된다.
이때, 단 한 개의 태그만이 존재하는 슬롯만 리더와 통신하게 되는데, 2개 이상이 들어있는 슬롯은 충돌이 발생한 것이므로 다음번에 다시 랜덤하게 슬롯을 할당받아 리더의 요청에 응답하는 과정을 반복하게 된다.
이 방법에 의하면, 기존의 원시적인 ALOHA 방법보다 인식속도를 개선할 수 있고, 부분적인 충돌이 발생할 수 있는 단점들을 보완할 수 있다.
그러나, 슬롯의 개수를 규정하고 있지 않기 때문에 시간구간을 몇 개의 슬롯으로 나누느냐에 따라 반복횟수가 달라지고, 곧 인식속도에도 영향을 주게 되어 빠른 인식속도를 보장하지 못하는 단점이 존재한다.
한편, 프레임 슬롯 알로하(Framed Slotted ALOHA;FSA) 방법은 몇 개의 슬롯들을 하나의 프레임(frame)으로 묶어 리더가 한번에 한 프레임의 슬롯들과 통신하도록 함으로써, 빠른 태그 인식을 가능하게 한다.
이 방법은 프레임 사이즈(frame size)(한 프레임에 들어갈 태그의 개수)에 따라 인식속도가 변하게 된다.
하지만, 리더의 인식범위 내의 태그 수에 상관 없이 프레임 사이즈가 정해져 있으므로, 리더 인식범위 내의 태그 수가 적다면 태그가 슬롯을 할당받았을 때 충돌이 발생할 확률은 낮지만, 많은 태그가 리더에 응답할 때에는 정해진 프레임 사이즈 내의 슬롯을 할당받게 되므로 충돌이 발생할 확률은 높아지게 된다.
또한 충돌확률을 낮추고자 프레임 사이즈를 늘린다면 한 프레임당 슬롯이 늘어나므로 리더가 한 프레임을 읽어들이는 시간이 오래 걸릴 수밖에 없고, 따라서 충돌확률은 줄어들지만 인식속도가 저하되는 문제점이 있다.
프레임 슬롯 알로하(Framed Slotted ALOHA) 방법의 단점이 리더에 응답하는 태그의 수와는 상관 없이 프레임 사이즈(즉, 한 프레임 내의 슬롯 개수)가 고정되기 때문이므로, 이를 개선하기 위한 방법으로 동적 프레임 슬롯 알로하(Dynamic Frame Slotted ALOHA) 방법이 제시된 바 있으며, 이는 리더의 인식범위 내에 있는 태그의 수를 개략적으로 추정하여 그에 따라 프레임 사이즈를 조정하는 방법이다.
이 방법은 리더가 한 프레임 내의 슬롯들의 상태를 확인하고, 만약 한 프레임 내의 슬롯들 중 충돌이 발생한 슬롯이 전체 프레임 내 슬롯 대비 30% 이상이면 프레임 사이즈를 2배로 늘리고, 아무런 태그도 할당받지 않은 슬롯이 전체 슬롯 대비 70% 이상이면 프레임 사이즈를 1/2로 줄이는 방법이다.
이렇게 되면 프레임 사이즈가 고정되어 있지 않고 리더의 인식범위 내의 태그 수에 따라 프레임 사이즈가 능동적으로 늘었다 줄었다 하기 때문에 인식률의 향 상은 물론 인식속도의 개선이 가능해진다.
그러나, 이 방법은 프레임 사이즈가 고정되어 있을 때보다는 향상된 인식률과 인식속도를 제공하지만 최적의 인식률을 제공해주지는 못한다.
이를 개선하기 위한 추정 프레임 슬롯 알로하(Estimated Framed Slotted ALOHA) 방법은 리더의 인식영역 내에 존재하는 태그의 수를 추정하여 최적의 프레임 사이즈를 결정하는 방법이다.
매 응답 때마다 리더의 인식영역 내의 태그 수와 똑같은 크기로 프레임 사이즈가 존재한다면 최적의 프레임 사이즈는 최적의 인식률과 최적의 인식속도를 제공할 것이다.
따라서, 이 방법에서는 슬롯의 상태를 파악하여 이를 통해 태그 수 추정 알고리즘을 이용하여 리더의 인식범위 내에 있는 태그의 수를 추정하고, 이 추정된 태그 수를 다음 응답의 프레임 사이즈로 결정하게 된다.
이 방법은 동적 프레임 슬롯 알로하(Dynamic Frame Slotted ALOHA) 방법보다 인식률 및 인식속도가 개선되는 장점을 제공한다.
그러나, 추정 프레임 슬롯 알로하(Estimated Framed Slotted ALOHA) 방법을 사용하더라도 리더의 인식영역 내에 인식해야 할 태그들이 많아질수록 인식시간은 그에 비례해서 늘어나게 되며, 또한 태그 수 추정에 의해 프레임 사이즈를 결정함에 있어서 프레임 사이즈가 무조건 크게 정해진다면 이 역시 인식속도의 저해요인이 된다.
따라서, 리더의 응답 요청에 응답해야 할 태그의 수를 제한한다면 과도하게 커지는 프레임 사이즈로 인한 인식속도 저하를 줄일 수 있을 것이며, 이에 따라 태그의 응답 제한을 이용한 ALOHA 방법이 제시된 바 있다.
이러한 응답 태그 수 제한 방법은 태그를 일정한 규칙에 따라 여러 그룹으로 나누고 특정 그룹의 태그만 리더에 응답하도록 하는 방법이다.
이 방법에 의하면, 리더에 응답하는 태그의 수가 제한되기 때문에 리더의 인식영역 내 태그 수가 늘어나더라도 프레임 사이즈가 과도하게 커지지 않으므로 인식속도를 개선할 수 있게 된다.
그러나, 이 방법은 인식영역 내의 태그 수가 적다면 불필요하게 태그 응답을 제한하는 것이 되므로 적은 수의 태그 수가 존재하는 환경에서는 오히려 인식속도가 나빠지는 단점이 있다.
이에 리더 영역 내의 태그 수에 상관 없이 적절한 프레임 사이즈를 결정하고 리더가 인식영역 내의 태그 수를 파악하여 그에 따라 응답 태그 수의 제한을 유동적으로 결정할 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, 응답 태그 수 제한을 특정한 경우에만 수행되도록 하여 최상의 인식속도를 구현할 수 있도록 한 RFID 시스템의 태그 충돌 방지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
즉, 초기 ALOHA 방법에 의한 충돌 회피 방법의 단점들을 보완하기 위하여 제시된 기존의 응답 태그 수 제한에 의한 ALOHA 방법에 따르면, 리더 인식영역 내에 많은 태그 수가 존재한다면 인식속도를 개선하는 효과가 있지만, 적은 태그 수가 존재하는 환경이라면 응답 태그 수 제한을 사용하지 않을 경우보다 오히려 인식속도가 저하되는 경우가 있었다.
이와 같이 리더에 응답하는 태그 수에 상관 없이 응답 태그 수를 무조건적으로 제한할 경우, 리더 인식영역 내에 존재하는 태그 수가 많다면 인식속도가 향상되지만, 인식영역 내의 태그 수가 적은 환경에서는 오히려 인식속도가 저하되는 단점이 있게 된다.
따라서, 본 발명은 기존의 응답 태그 수 제한 방법에서 무조건적인 응답 태그 수 제한이 수행되는 것에 의하여 인식영역 내 태그 수가 적은 환경에서 오히려 인식속도가 떨어지는 문제점을 개선하기 위한 것으로, 리더의 인식영역 내 태그들이 리더로부터 응답요청 신호를 받아 응답하게 되면, 리더가 태그들의 응답신호를 토대로 태그들이 선택한 슬롯들의 상태를 관찰하여 인식영역 내 태그들의 수를 추정하고 슬롯들의 충돌상태를 판단한 후, 특정 경우에서만 응답 태그 수의 제한을 수행하도록 함으로써, 다중 RFID 태그의 인식속도를 효율적으로 증대시킬 수 있는 RFID 시스템의 태그 충돌 방지 방법을 제공하고자 한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 응답 태그 수 제한을 이용한 다중 RFID 태그 충돌 방지 방법에 있어서,
(a)리더가 인식영역 내에 있는 모든 태그들에게 초기 프레임 사이즈 정보와 함께 응답을 요청하는 명령신호를 전송하고, 이에 인식영역 내 각 태그들이 슬롯을 할당받아 응답하는 단계와; (b)상기 리더가 태그들의 응답신호로부터 태그 충돌이 발생한 슬롯을 파악하고, 태그 수 추정 알고리즘을 이용해 인식영역 내 응답한 태그들의 수를 추정하는 단계와; (c)상기 리더가 추정된 태그 수와 충돌 발생한 슬롯의 수로부터 응답 태그 수 제한이 필요한 조건인가를 판단하는 단계와; (d) 응답 태그 수 제한이 필요한 조건이면, 상기 리더가 특정한 태그 선별조건 정보를 포함하는 명령신호를 각 태그에 전송하고, 이에 상기 선별조건에 맞는 각 태그들이 슬롯을 할당받아 응답하는 단계와; (e)응답 태그 수 제한이 필요하지 않은 조건이면, 상기 리더가 모든 태그들이 응답하도록 각 태그에 명령신호를 전송하고, 이에 전체 태그들이 슬롯을 할당받아 응답하는 단계와; (f)상기 리더가 상기 (d)단계 또는 (e)단계에 의해 응답한 태그들 중 충돌이 발생하지 않은 슬롯 내 태그들과 통신하여 데이터 처리를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 (g)상기 리더가 통신을 완료한 각 태그들에 다음 명령에 대해 더 이상 응답하지 않도록 하기 위한 명령신호를 전송하는 단계와; (h)상기 리더가 상기 (b)단계에서 추정된 태그 수와 통신 완료한 태그 수로부터 통신하지 못한 태그 수를 판단한 후 그 수가 0인가를 판단하는 단계와; (i)상기 (h)단계에서 0이 아님을 판단한 경우, 상기 리더가 인식영역 내 태그들을 대상으로 상기 (a)단계 ~ (h)단계를 반복하는 단계와; (i)상기 (h)단계에서 0임을 판단한 경 우, 태그 인식을 종료하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 (i)단계에서, 상기 (a)단계 ~ (h)단계의 반복시마다 (b)단계에서 추정한 태그 수를 다음 반복시의 (a)단계에서 새로운 프레임 사이즈로 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 (c)단계에서, 상기 응답 태그 수 제한이 필요한 조건은 추정된 태그 수가 미리 설정된 최대 프레임 사이즈(N)보다 크고 상기 최대 프레임 사이즈(N)에 대한 충돌 발생한 슬롯 수(ck)의 비율(TD=ck/N)이 미리 설정된 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00002
) 이상인 조건인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00003
)을 0.6 ~ 0.9의 범위 내에서 선택된 값으로 설정하는 것을 특징을 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00004
)을 0.7 ~ 0.8의 범위 내에서 선택된 값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 (d)단계에서, 상기 태그 선별조건은 태그의 메모리 데이터 중에 특정 비트 구간의 데이터 값이 상기 리더로부터 전송된 비교 비트 값 이하인 조건인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 (b)단계의 태그 수 추정 알고리즘에서 충돌이 발생한 슬롯의 수에 2배를 취한 수를 인식영역 내 응답한 태그들의 수로 추정하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같 다.
본 발명은 인식속도 증대를 위한 RFID 시스템의 태그 충돌 방지 방법에 관한 것으로서, 리더의 인식영역 내에 미리 정해진 최대 프레임 사이즈보다 많은 수의 태그가 존재하면서 태그 충돌이 일정 수준 이상으로 많이 발생한 경우에만 응답 태그 수의 제한을 수행하도록 한 것에 주안점이 있는 것이다.
초기 ALOHA 방법에 의한 충돌 회피 방법의 단점들을 보완하기 위하여 제시된 기존의 응답 태그 수 제한에 의한 ALOHA 방법에 따르면, 리더 인식영역 내에 많은 수의 태그가 존재한다면 인식속도를 개선하는 효과가 있지만, 적은 수의 태그가 존재하는 환경이라면 응답 태그 수 제한을 사용하지 않을 경우보다 오히려 인식속도가 저하되는 경우가 있었다.
이와 같이 리더의 인식영역 내에 존재하는 태그들의 수에 상관 없이 응답 태그의 수를 무조건적으로 제한할 경우, 리더 인식영역 내에 존재하는 태그 수가 많다면 인식속도가 향상되지만, 적은 환경에서는 오히려 인식속도가 저하되는 단점이 있게 된다.
따라서, 본 발명은 기존의 응답 태그 수 제한 방법에서 무조건적인 응답 태그 수 제한이 수행되는 것에 의하여 인식영역 내 태그들의 수가 적은 환경에서 오히려 인식속도가 떨어지는 문제점을 개선하기 위한 것으로, 리더의 인식영역 내 태그들이 리더로부터 응답요청 신호를 받아 응답하게 되면, 리더가 태그들의 응답신호를 토대로 태그들이 선택한 슬롯들의 상태를 관찰하여 인식영역 내 태그들의 수를 추정하고 슬롯들의 충돌상태를 판단한 후, 특정 경우에서만 응답 태그 수 제한 이 수행되도록 함으로써, 다중 RFID 태그의 인식속도를 효율적으로 증대시킬 수 있는 RFID 시스템의 태그 충돌 방지 방법을 제공한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 RFID 시스템의 충돌 방지과정을 나타낸 흐름도이다.
이에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 리더 인식영역 내에 존재하는 태그들의 수가 일정 수준 이하로 적을 경우에는 리더가 응답 태그 수를 제한 없이 인식하고, 특정 조건일 경우, 즉 태그들의 수가 일정 수준을 초과하면서 충돌 슬롯의 비율이 미리 정해진 수준 이상일 경우에는 응답 태그 수 제한이 수행되도록 하여, 리더의 인식영역 내에서 태그들의 수가 증가하더라도 실제로 응답하는 태그들의 수를 일정 수준 이하로 억제하고, 이를 통해 최상의 인식속도를 유지할 수 있도록 하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 RFID 시스템의 작동과정을 좀더 상세히 설명하기로 한다.
우선, 처음 리더는 리더 인식영역 내에 있는 모든 태그들에게 미리 정해진 초기 프레임 사이즈 정보와 함께 응답을 요청하는 명령을 전송한다.
이와 같이 리더 인식영역 내의 태그들이 응답 요청을 받게 되면, 각 태그들은 난수 발생기(Random Number Generator)를 통해 난수(Random Number;RN) 및 슬롯(slot)을 결정하여 리더에 응답하게 된다.
상기와 같이 리더의 인식영역 내에 존재하는 태그들은 기본적으로 리더로부터 신호를 받게 되면 응답을 할 수 있는 상태로 접어들고, 리더의 응답 요청에 난 수를 부여받고 난수에 따라 슬롯을 할당받아서 일제히 응답하게 된다.
이후, 리더는 각 태그들로부터 전송된 신호를 토대로 응답한 태그들이 선택한 슬롯의 상태를 관찰하여 태그 충돌이 발생한 슬롯(이하, 충돌 슬롯이라 함)들을 파악하고, 또한 태그 수 추정 알고리즘을 이용하여 인식영역 내에 존재하는 응답한 태그들의 수를 추정하게 된다.
여기서, 리더가 인식영역 내에 존재하는 응답한 태그들의 수를 추정하는 과정은 슬롯의 상태를 파악하고 그로부터 태그 수를 추정하는 공지의 태그 수 추정 알고리즘을 이용할 수 있으며, 또는 본 발명의 바람직한 실시예로서, 연산과정을 최대한 간단하게 하고 연산시간을 최대한 짧게 하기 위하여, 리더가 충돌 슬롯의 수를 파악한 뒤 그 충돌 슬롯의 수에 2배를 취한 수를 태그 수로 추정할 수 있다(여기서, 충돌 슬롯 수의 2배를 취한 수는 다음 응답에 필요한 프레임 사이즈로 결정됨).
이후, 리더는 상기와 같이 인식영역 내에 존재하는 응답한 태그들의 수를 추정한 후에는 그 추정한 태그 수와 충돌 슬롯의 수로부터 응답 태그 수의 제한을 수행할 지의 여부를 판단하게 된다.
더욱 상세하게는, 리더는 추정된 태그 수를 미리 정해진 최대 프레임 사이즈(N)와 비교하고, 또한 충돌 슬롯의 수(ck)로부터 상기 최대 프레임 사이즈(N)에 대한 충돌 슬롯(충돌이 발생한 슬롯) 수(ck)의 비율(TD)(이하, 충돌 슬롯 비율이라 함)을 계산하게 되는데, 이때 추정된 태그 수가 최대 프레임 사이즈보다 크고, 이와 동시에 충돌 슬롯 비율(TD)이 미리 정해진 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00005
) 이상이면(TD≥
Figure 112006016056637-pat00006
), 응답 태그 수 제한 과정을 거치게 된다(응답 태그 수 제한 활성화).
만약, 상기 조건을 만족하지 않는다면, 즉 추정된 태그 수가 최대 프레임 사이즈(N) 이하이거나, 충돌 슬롯 비율(TD)이 상기 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00007
) 미만일 경우라면, 응답 태그 수 제한 과정을 거치지 않게 된다(응답 태그 수 제한 비활성화).
여기서, 상기 충돌 슬롯 비율(TD)은 다음의 식(1)로 정의될 수 있다.
Figure 112006016056637-pat00008
(1)
전술한 과정에서의 초기 프레임 사이즈(예, 128개), 최대 프레임 사이즈(N)(예, 256개), 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00009
)(예, 0.7 또는 0.8)은 유저(user)가 미리 정하여 입력한 설정값이 된다.
상기 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00010
)로는 0.5 이상 1 미만의 범위 내에서 선택된 값으로 설정하는 것이 가능하나, 바람직하게는 0.6 ~ 0.9의 범위 내에서 선택된 값으로 설정하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 0.7 ~ 0.8의 범위 내에서 선택된 값으로 설정하는 것이 좋다.
이는 본 발명자가 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00011
)을 달리하여 실시한 여러 번의 시뮬레이션 결과로부터 도출되어진 것으로, 시뮬레이션 과정 및 결과에 대해서는 뒤에서 상세 히 설명하기로 한다.
만약, 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00012
)을 0.5 미만으로 할 경우, 충돌 슬롯이 프레임 사이즈의 절반 미만이라는 뜻이므로, 이는 곧 충돌 발생 확률보다는 태그를 인식할 수 있는 확률이 높다는 의미가 되어, 응답 태그 수 제한 과정은 불필요한 과정이 된다.
따라서, 0.5 미만인 경우는 태그 수 제한 과정을 활성화하는 기준 비율에서 제외한다.
그리고, 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00013
)을 1로 할 경우, 전체 슬롯이 충돌 슬롯이라는 뜻이며, 현실적으로 모든 슬롯이 충돌 슬롯이 될 가능성은 극히 드물기 때문에, 이것 역시 태그 수 제한 과정을 활성화하는 기준 비율에서 제외한다.
따라서, 설정 가능한 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00014
)의 범위는 0.5≤
Figure 112006016056637-pat00015
＜1이 된다.
하지만, 상기와 같은 기준 비율의 범위 0.5≤
Figure 112006016056637-pat00016
<1 중에서, 0.5인 조건에 태그 수 제한 과정을 활성화하는 경우에는 태그 수 제한 과정을 사용하지 않은 경우와 비교했을 때 그 성능의 향상이 매우 적다.
따라서, 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00017
) 0.5는 적절한 기준 레벨 조건이 아니며,
Figure 112006016056637-pat00018
=0.6 및
Figure 112006016056637-pat00019
=0.9인 경우는 태그 수 제한 과정을 사용하지 않은 경우보다 약 10% 정도의 성능 향상(태그 수 1,000개 기준)을 보이지만,
Figure 112006016056637-pat00020
=0.7 또는
Figure 112006016056637-pat00021
=0.8 보다는 좋지 않은 성능을 보인다.
Figure 112006016056637-pat00022
=0.7과
Figure 112006016056637-pat00023
=0.8인 경우는 태그 수가 많았을 때 태그 수 제한 과정을 사용하지 않은 경우에 비해 최대 23% 정도의 성능 향상(태그 수 1,000개 기준)을 기대할 수 있으며, 따라서 태그 수 제한 과정을 활성화하는 기준 레벨은 0.7 ~ 0.8의 범위 내에서 선택하는 것이 가장 바람직할 것으로 판단된다.
상기와 같이 응답 태그 수 제한의 수행 여부를 판단하는 과정에서, 리더가 응답 태그 수 제한이 필요한 조건인 것으로 판단한 경우라면, 즉 추정 태그 수가 최대 프레임 사이즈보다 크고 충돌 슬롯 비율이 기준 비율 이상인 경우라면, 리더는 응답 태그 수 제한을 활성화하게 된다.
즉, 리더는 응답 태그 수를 제한하기 위하여 인식영역 내의 각 태그들에 비교 비트(code), 태그 메모리 정보 중 상기 비교 비트와 비교할 비트의 시작 위치(prt), 및 비교 비트의 길이(prt_length) 정보를 명령을 통해 전송하고(prt, prt_length, code 값 전송), 또한 태그의 메모리 데이터 중에 특정 비트 구간의 데이터 값이 리더가 보낸 비교 비트(code) 이하인 태그들만이 응답할 것을 명령을 통해 요청하게 된다.
상기 리더에서 전송되는 비교 비트 및 그 길이, 그리고 태그의 메모리 데이터 중에 특정 비트 구간을 지시하는 비트의 위치는 유저가 미리 정하여 입력한 설정값이 되며, 여기서 비교 비트는 '100000'(2진법 표기)과 같은 특정 코드값으로 정해질 수 있다.
예를 들어, 리더는 응답 요청 명령을 통하여 태그의 메모리된 데이터 중에 35번째 비트(bit)로부터 6개의 비트, 즉 40번째인 비트까지의 데이터가 코드값 '100000'(2진법 표기) 이하인 태그들만 응답하라고 명령할 수 있다(prt:35, Prt_length:6, code:100000).
상기와 같이 리더로부터 명령을 수신한 각 태그들은 리더 명령 내의 비교 비트, 비트 위치 및 비교 비트 길이 정보를 자신의 메모리 데이터와 비교하여 자신이 리더의 명령 조건에 맞는 태그인지를 판단하고, 맞다면 리더에 응답할 준비를 하게 된다.
즉, 각 태그들은 수신된 리더 명령신호를 토대로 자신의 메모리 데이터 중에 특정 비트 구간의 데이터 값이 리더가 보낸 비교 비트(code) 이하인 가를 판단하고, 만약 자신의 메모리 데이터 중에 특정 구간의 데이터 값이 리더로부터 수신된 비교 비트 이하임을 판단한 경우 리더에 응답할 준비를 하게 되는 것이다.
예를 들어, 자신의 메모리 데이터 중에 35번째 비트에서 40번째 비트까지의 데이터가 '100000' 이하인 태그들만 응답할 준비를 하게 된다.
이와 같이 리더의 명령 조건에 맞는 태그들만이 리더에 응답할 준비를 하고, 결국 조건에 맞는 각 태그들은 난수 발생기(Random Number Generator)를 통해 난수(Random Number;RN)와 슬롯(slot)을 결정하여 리더에 응답하게 된다.
결국, 리더가 요청했던 '100000'보다 메모리 데이터가 큰 태그들은 리더의 요청 명령에 응답하지 않기 때문에 인식영역 내의 태그 수를 줄이게 되고, 이를 통해 충돌확률을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
이후, 조건에 맞는 태그들로부터 리더에 응답신호가 전송되면, 리더는 응답 한 태그들 중에 충돌이 발생하지 않은 태그와 통신하여 정보를 받아들이고 액세스(access)하여 데이터를 처리하게 된다.
한편, 응답 태그 수 제한의 수행 여부를 판단하는 과정에서, 리더가 응답 태그 수 제한이 필요하지 않은 조건인 것으로 판단한 경우라면, 즉 추정 태그 수가 최대 프레임 사이즈 이하이거나, 충돌 슬롯 비율이 기준 비율 미만인 경우라면, 리더는 응답 태그 수 제한을 비활성화하고, 현재 리더 인식영역 내의 모든 태그를 인식하는 과정을 수행하게 된다.
즉, 리더는 전체 태그에 응답할 것을 명령(리더 명령 내에 prt=0, prt_length=0으로 설정)을 통해 요청하게 되고, 이러한 명령신호를 받은 모든 태그들이 리더에 응답할 준비를 하는 바, 결국 각 태그들은 난수 발생기(Random Number Generator)를 통해 난수(Random Number;RN)와 슬롯(slot)을 결정하여 리더에 응답하게 된다.
이후, 전체 태그들로부터 리더에 응답신호가 전송되면, 리더는 충돌이 발생하지 않은 태그와 통신하여 정보를 받아들이고 액세스(access)하여 데이터를 처리하게 된다.
그리고, 리더는 이후 충돌이 발생하지 않은 슬롯 내의 태그들과 통신이 끝나면, 통신을 완료한 태그들은 이후 리더 응답 요청에 응답할 필요가 없으므로, 다음 명령에 대해 더 이상 응답하지 않도록 하기 위한 명령신호, 예컨대 Quiet(ISO 18000-6 규격) 또는 Kill(ISO 1800-6C 규격) 상태로 전환시키기 위한 명령신호를 통신을 완료한 각 태그들에게 전송하며, 이러한 리더 명령에 의해 통신을 완료한 태그들은 Quiet 상태나 Kill 상태로 전환되어 다음의 리더 명령에 더 이상 응답하지 않도록 설정된다.
이후, 리더는 앞서 추정한 인식영역 내의 태그 수와 통신을 완료한 태그 수로부터 남은 태그 수를 판단한 후, 여기서 남은 태그 수가 0이 아니면, 앞서 처음 단계에서 추정한 태그 수를 새로운 프레임 사이즈로 결정하고, 이때 결정된 새로운 프레임 사이즈 정보와 함께 응답을 요청하는 명령을 각 태그들에 전송한다(설정값인 초기 프레임 사이즈 대신 상기 새로운 프레임 사이즈를 적용하여 도 1의 과정을 다시 반복함).
이와 같이 응답을 요청하는 명령신호가 전송되면, 이 명령신호에 의해 이전 응답 과정(이전 실시된 도 1의 과정)에서 통신을 완료한 태그들을 제외한 인식영역 내의 태그들이 난수 발생기(Random Number Generator)를 통해 난수(Random Number;RN)와 슬롯(slot)을 결정하여 리더에 응답하게 된다.
이후, 리더는 태그들로부터 전송된 응답신호를 토대로 각 태그들이 선택한 슬롯의 상태를 관찰하여 태그 충돌이 발생한 슬롯들을 파악하고, 그로부터 인식영역 내 태그들의 수를 새로이 추정하게 된다.
이후, 리더는 통신 완료한 태그들을 제외한 인식영역 내의 태그들을 대상으로 이전 응답 과정과 마찬가지로 태그들의 수를 추정한 후 그 추정한 태그 수와 충돌 슬롯의 수로부터 응답 태그 수 제한을 수행할 지의 여부를 다시 판단하게 된다.
그 이후 과정은 앞서 설명한 바와 동일하며, 마지막에 통신하지 못하고 남은 태그의 수가 다시 0이 아님을 판단한 경우, 앞서서 통신하지 못한 태그들을 대상으 로 새로이 추정한 태그 수를 새로운 프레임 사이즈로 적용하여, 다시 도 1의 과정을 반복하게 된다.
이러한 과정을 남은 태그 수가 0이 될 때까지 반복하고, 최종적으로 남은 태그 수가 0이 되면 태그 인식을 종료한다.
상기한 본 발명의 과정에서, 남은 태그 수가 0이 아님을 판단한 뒤 도 1의 과정을 다시 반복할 때마다 새로이 태그 수 추정 알고리즘을 통해 결정된 추정 태그 수를 다음 응답 과정의 새로운 프레임 사이즈로 적용하여(도 1의 초기 프레임 사이즈 위치에 적용), 최적의 프레임 사이즈를 보장한다.
즉, 도 1의 과정을 다시 반복할 때마다 남은 태그들을 대상으로 이전 응답 과정에서 추정한 태그 수(공지의 태그 수 추정 알고리즘을 통해 연산된 추정 태그 수 또는 충돌 슬롯 수의 2배를 취한 수)를 다음 응답 과정의 프레임 사이즈로 새로이 적용하는 것이다.
상기와 같이 본 발명에서 리더는 남은 태그 수가 0이 아님을 판단한 경우, 다시 인식영역 내의 태그들에 응답할 것을 요청하고, 이후 남은 태그들로부터 응답신호를 받아 응답한 태그들의 슬롯 상태로부터 남은 태그들의 수를 추정한 뒤, 이때 추정된 태그 수와 충돌 발생된 슬롯의 수로부터 응답 태그 수 제한 여부를 다시 결정한 다음, 그 이후에는 응답 태그 수 제한 및 비제한 중에 선택된 어느 한 과정에 맞추어 태그들과의 통신 및 데이터 처리를 진행한다.
이러한 과정을 리더의 인식영역 내 태그들이 모두 응답할 때까지(남은 태그 수가 0이 될 때까지) 반복하고, 결국 리더의 인식영역 내 태그 수를 줄이면서 태그 와 통신하므로, 리더의 인식영역 내의 태그 수 증가에 따른 인식률 저하와 인식속도 저하를 일정 수준 이상으로 보장할 수 있게 된다.
본 발명에서 리더와 통신할 수 있는 태그를 선별하기 위하여 리더가 각 태그에 전송하는 비교 비트, 즉 특정 코드값은 설계자(또는 유저)가 유연하게 선택할 수 있는 바, 응용분야 및 리더의 인식영역 내에 존재할 수 있는 태그 수에 따라 상기 특정 코드값을 적절히 조절할 수 있다.
즉, 리더의 인식범위 내에 통상적으로 태그 수가 적게 존재하는 응용분야에서는 도 1의 과정을 1 ~ 2번의 과정만으로 해결될 수 있도록 조절하고, 태그 수가 많을 것으로 예상되는 응용분야일 때는 여러 번의 과정을 거쳐 순차적으로 인식영역 내의 태그를 인식하도록 유연하게 조절할 수가 있는 것이다.
이와 같이 본 발명에서는, 리더의 응답 요청 명령에 응답할 수 있는 태그들을 리더가 제한하는 과정을 추가시켜, 슬롯을 할당받아 리더와 통신을 시도하는 태그 수를 모든 태그가 아닌 응답 가능한 태그들로 제한하게 된다.
본 발명의 응답 태그 수 제한 과정에서는, 리더 응답 요청에 응답할 수 있는 태그들을 선별하기 위하여, 리더가 명령을 통해 특정 코드값을 태그에 전송하며, 이 명령을 수신한 태그들은 리더로부터 받은 특정 코드값을 자신의 칩 내에 저장된 코드값 비교하여 자신의 코드값이 리더로부터 받은 코드값보다 작거나 같다면 자신을 리더에게 응답할 수 있는 태그 집단으로 분류하고, 반면 리더로부터 받은 코드값보다 크다면 자신을 응답 가능한 태그 집단이 리더와 통신이 끝날 때까지 리더와 통신할 수 없는 태그 집단으로 분류하는 바, 결국에는 리더에 응답 가능한 집단으 로 분류된 태그들만이 슬롯을 할당받아 리더와 통신하게 된다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 리더의 인식영역 내에 최대 프레임 사이즈보다 많은 수의 태그가 존재하면서 충돌이 많이 발생한 경우에만 응답 태그 수 제한을 수행하도록 함으로써, 기존의 응답 태그 수 제한에 의한 ALOHA 방법에서 태그 수가 적은 경우일 때 불필요하게 수행되었던 응답 태그 수 제한을 줄일 수 있고, 더욱 효율적인 인식과정을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명자는 본 발명에서 설정 가능한 바람직한 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00024
)을 도출하기 위하여 기준 비율을 달리해서 여러 번의 시뮬레이션을 실시하였는 바, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 2는 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00025
)이 특정 값으로 정해졌을 때, 리더 인식영역 내에 존재하는 태그 수에 따른 전체 태그를 인식하는데 사용된 총 슬롯들의 수를 비교한 시뮬레이션의 결과 그래프이다.
도 2의 그래프에서 가로축은 리더 인식영역 내에 존재하는 전체 태그 수를 의미하며, 세로축은 리더 인식영역 내에 존재하는 전체 태그를 인식하는데 사용된 총 슬롯들의 수를 나타낸다.
또한 도 2의 그래프에서 'Without Grouping'으로 표기한 결과는 제한 과정을 적용하지 않았을 경우의 결과를 나타낸다.
기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00026
)에 상관없이 리더 인식영역 내에 존재하는 태그들의 수가 증 가할수록 사용되는 슬롯들의 수는 증가할 것이다.
시뮬레이션은 리더 인식영역 내에 존재하는 태그를 0개부터 1,000개까지 증가시키면서 시행하였으며, 최대 프레임 사이즈(N)는 256이라고 가정하였고, 비교 비트의 길이는 8비트로 가정하였다.
비교 비트는 10000000(2진법 표기)으로 하였고, 태그 수 제한 과정은 프레임 사이즈 대비 충돌 슬롯의 비율이 정해진 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00027
)보다 큰 경우에 활성화되도록 하였으며, 만약 태그 수 제한 과정이 활성화되었다면, 비교 비트 10000000과 비교하여 10000000 보다 작거나 같은 태그들만 응답하도록 가정하였다.
이 과정을 1,000번 독립 시행하여 평균을 구해 최종 결과를 얻었다.
최적의 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00028
)을 찾기 위하여 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00029
)을 0.5 이상 1 미만의 값들로 설정한 후 시뮬레이션을 실시하였다.
기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00030
)이 0.5 미만인 경우와 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00031
)이 1인 경우가 제외된 이유는 다음과 같다.
기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00032
)을 0.5 미만으로 할 경우, 충돌 슬롯이 프레임 사이즈의 절반 이하라는 뜻이므로, 충돌 발생 확률보다는 태그를 인식할 수 있는 확률이 높다는 의미가 되어, 응답 태그 수 제한 과정은 불필요한 과정이 된다.
따라서, 0.5 미만인 경우는 태그 수 제한 과정을 활성화하는 기준 비율에서 제외한다.
또한 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00033
)이 1인 경우, 전체 슬롯이 충돌 슬롯이라는 뜻이며, 현실적으로 모든 슬롯이 충돌 슬롯이 될 가능성은 극히 드물기 때문에, 이것 역시 태그 수 제한 과정을 활성화하는 기준 비율에서 제외한다.
따라서, 상기 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00034
)로는 0.5 이상 1 미만의 범위 내에서 선택된 값으로 설정하는 것이 가능하다(0.5≤
Figure 112006016056637-pat00035
＜1).
다음의 표 1에는 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00036
)에 따른 시뮬레이션의 결과로서 주어진 전체 태그를 인식하는데 사용된 총 슬롯들의 수를 자세히 나타내었다.
Figure 112006016056637-pat00037
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 전체 태그의 수를 1,000개로 하고 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00038
)을 0.7로 하였을 때, 총 슬롯들의 수는 4469.8이었으며, 각 조건에서 총 슬롯들의 수가 적을수록 좋은 결과를 나타낸다.
상기 표 1에서 각 조건의 결과로 얻은 총 슬롯들의 수는 해당 조건에서 여러 번의 시뮬레이션을 반복한 후 얻은 평균값이다.
상기 표 1에서 보듯이,
Figure 112006016056637-pat00039
=0.5인 조건으로 태그 수 제한 과정을 활성화하는 경우에는 태그 수 제한 과정을 사용하지 않은 경우와 비교했을 때 성능의 향상이 매우 적었다.
따라서,
Figure 112006016056637-pat00040
=0.5는 적절한 기준 비율 조건이 아니며,
Figure 112006016056637-pat00041
=0.6과
Figure 112006016056637-pat00042
=0.9인 경우는 태그 수 제한 과정을 사용하지 않은 경우보다 약 10% 정도의 성능 향상(태그 수 1,000개 기준)을 보였지만,
Figure 112006016056637-pat00043
=0.7 또는
Figure 112006016056637-pat00044
=0.8 보다는 좋지 않은 성능을 보였다.
Figure 112006016056637-pat00045
=0.7과
Figure 112006016056637-pat00046
=0.8인 경우는 태그 수가 많았을 때 태그 수 제한 과정을 사용하지 않은 경우에 비해 최대 23% 정도의 성능 향상(태그 수 1,000개 기준)을 기대할 수 있었으며, 따라서 태그 수 제한 과정을 활성화하는 기준 비율(
Figure 112006016056637-pat00047
)은 0.7 ~ 0.8의 범위 내에서 선택된 값으로 설정하는 것이 가장 바람직한 것으로 판단된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 RFID 시스템의 태그 충돌 방지 방법에서는, 리더의 인식영역 내 태그들이 리더로부터 응답요청 신호를 받아 응답하게 되면, 리더가 태그들의 응답신호를 토대로 태그들이 선택한 슬롯들의 상태를 관찰하여 인식영역 내 태그들의 수를 추정하고 슬롯들의 충돌상태를 판단한 후, 특정 경우에서만 응답 태그 수의 제한을 수행하도록 함으로써, 기존의 응답 태그 수 제한에 의한 ALOHA 방법에 비하여 인식영역 내 태그들의 수가 적은 환경에서의 인식속도를 증대시킬 수 있고, 결국 최상의 인식속도 구현 및 더욱 효율적인 인식과정 수행이 가능해진다.

Claims (8)

  1. 응답 태그 수 제한을 이용한 다중 RFID 태그 충돌 방지 방법에 있어서,
    (a)리더가 인식영역 내에 있는 모든 태그들에게 초기 프레임 사이즈 정보와 함께 응답을 요청하는 명령신호를 전송하고, 이에 인식영역 내 각 태그들이 슬롯을 할당받아 응답하는 단계와; (b)상기 리더가 태그들의 응답신호로부터 태그 충돌이 발생한 슬롯을 파악하고, 태그 수 추정 알고리즘을 이용해 인식영역 내 응답한 태그들의 수를 추정하는 단계와; (c)상기 리더가 추정된 태그 수와 충돌 발생한 슬롯의 수로부터 응답 태그 수 제한이 필요한 조건인가를 판단하는 단계와; (d) 응답 태그 수 제한이 필요한 조건이면, 상기 리더가 특정한 태그 선별조건 정보를 포함하는 명령신호를 각 태그에 전송하고, 이에 상기 선별조건에 맞는 각 태그들이 슬롯을 할당받아 응답하는 단계와; (e)응답 태그 수 제한이 필요하지 않은 조건이면, 상기 리더가 모든 태그들이 응답하도록 각 태그에 명령신호를 전송하고, 이에 전체 태그들이 슬롯을 할당받아 응답하는 단계와; (f)상기 리더가 상기 (d)단계 또는 (e)단계에 의해 응답한 태그들 중 충돌이 발생하지 않은 슬롯 내 태그들과 통신하여 데이터 처리를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 RFID 태그의 인식속도 증대를 위한 충돌 방지 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    (g)상기 리더가 통신을 완료한 각 태그들에 다음 명령에 대해 더 이상 응답하지 않도록 하기 위한 명령신호를 전송하는 단계와; (h)상기 리더가 상기 (b)단계에서 추정된 태그 수와 통신 완료한 태그 수로부터 통신하지 못한 태그 수를 판단한 후 그 수가 0인가를 판단하는 단계와; (i)상기 (h)단계에서 0이 아님을 판단한 경우, 상기 리더가 인식영역 내 태그들을 대상으로 상기 (a)단계 ~ (h)단계를 반복하는 단계와; (i)상기 (h)단계에서 0임을 판단한 경우, 태그 인식을 종료하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 RFID 태그의 인식속도 증대를 위한 충돌 방지 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 (i)단계에서, 상기 (a)단계 ~ (h)단계의 반복시마다 (b)단계에서 추정한 태그 수를 다음 반복시의 (a)단계에서 새로운 프레임 사이즈로 이용하는 것을 특징으로 하는 다중 RFID 태그의 인식속도 증대를 위한 충돌 방지 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 (c)단계에서, 상기 응답 태그 수 제한이 필요한 조건은 추정된 태그 수가 미리 설정된 최대 프레임 사이즈(N)보다 크고 상기 최대 프레임 사이즈(N)에 대 한 충돌 발생한 슬롯 수(ck)의 비율(TD=ck/N)이 미리 설정된 기준 비율(
    Figure 112006016056637-pat00048
    ) 이상인 조건인 것을 특징으로 하는 다중 RFID 태그의 인식속도 증대를 위한 충돌 방지 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기준 비율(
    Figure 112006016056637-pat00049
    )을 0.6 ~ 0.9의 범위 내에서 선택된 값으로 설정하는 것을 특징을 하는 다중 RFID 태그의 인식속도 증대를 위한 충돌 방지 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 기준 비율(
    Figure 112006016056637-pat00050
    )을 0.7 ~ 0.8의 범위 내에서 선택된 값으로 설정하는 것을 특징을 하는 다중 RFID 태그의 인식속도 증대를 위한 충돌 방지 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 (d)단계에서, 상기 태그 선별조건은 태그의 메모리 데이터 중에 특정 비트 구간의 데이터 값이 상기 리더로부터 전송된 비교 비트 값 이하인 조건인 것 을 특징으로 하는 다중 RFID 태그의 인식속도 증대를 위한 충돌 방지 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 (b)단계의 태그 수 추정 알고리즘에서 충돌이 발생한 슬롯의 수에 2배를 취한 수를 인식영역 내 응답한 태그들의 수로 추정하는 것을 특징으로 하는 다중 RFID 태그의 인식속도 증대를 위한 충돌 방지 방법.
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