KR100842958B1

KR100842958B1 - Ｒｆｉｄ 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법

Info

Publication number: KR100842958B1
Application number: KR1020060101847A
Authority: KR
Inventors: 최지환; 이혁재; 이동욱; 이현석; 윤영우; 김정은
Original assignee: 한국정보통신대학교 산학협력단
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-07-01
Also published as: US20080106383A1; DE602006015325D1; EP1914660B1; US7612672B2; EP1914660A1; KR20060115694A

Abstract

본 발명은 RFID 시스템에서 쿼리 트리 기반의 태그를 인식하는 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 이진 트리 워킹 알고리즘(binary tree working algorithm), 쿼리 트리 알고리즘(query tree algorithm), 충돌 추적 알고리즘(collision tracking tree algorithm) 등의 충돌 방지 프로토콜을 이용하여 태그를 인식하는 종래 방법과는 달리, 리더의 초기화 이후 다수의 태그 각각에 대응하는 임시 아이디를 생성하고, 리더의 질의가 수신되면 태그에서 리더 질의의 특정 비트와 생성된 임시 아이디의 특정 비트를 비교하며, 비교 결과, 질의와 임시 아이디의 특정 비트가 동일하면, 임시 아이디의 나머지 비트를 리더로 송신하고, 충돌이 발생하면, 리더에 충돌이 발생한 질의를 저장하며, 충돌이 발생하지 않으면, 하나의 임시 아이디를 인식하여 리더는 해당 태그에 ACK 신호를 송신하고, 리더의 메모리에 질의가 없을 때까지 반복 수행함으로써, RFID 시스템에서 쿼리 트리 기반의 태그에 대해 임시 아이디를 생성하여 이러한 임시 아이디를 통해 태그 충돌을 방지하여 태그를 인식할 수 있는 것이다.

RFID(Radio Frequency IDentification), 충돌 방지 프로토콜(Anti-collision protocol), 임시 아이디

Description

ＲＦＩＤ 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법{QUERY TREE BASED TAG IDENTIFICATION METHOD IN RFID SYSTEMS}

도 1은 종래 방법에 따른 트리 기반 충돌 방지 프로토콜 중에서 이진 트리 워킹 알고리즘의 처리 과정을 나타낸 도면,

도 2는 종래 방법에 따른 트리 기반 충돌 방지 프로토콜 중에서 쿼리 트리 알고리즘의 처리 과정을 나타낸 도면,

도 3은 종래 방법에 따른 트리 기반 충돌 방지 프로토콜 중에서 충돌 추적 알고리즘의 처리 과정을 나타낸 도면,

도 4는 종래에 따라 프레임 슬롯 알로하의 태그 수에 따른 처리율을 프레임의 크기에 따라 나타낸 도면,

도 5는 종래에 따라 동적 프레임 슬롯 알로하의 태그 수에 따른 처리율을 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 따른 RFID 태그 충돌 방지 프로토콜을 통해 고속의 태그 인식을 수행하는데 적합한 RFID 시스템의 구성도,

도 7은 본 발명에 따라 RFID 태그 충돌 방지 프로토콜을 통해 고속의 태그 인식을 수행하는 과정을 도시한 도면,

도 8 및 도 9는 본 발명에 따라 각각 96 비트의 아이디를 갖는 태그 하나를 인식하는데 있어서의 평균적인 리더와 태그의 질의 및 응답 비트 수, 질의 및 응답 횟수를 나타낸 도면,

도 10은 본 발명에 따라 리더 및 태그와 태그 및 리더의 데이터 전송률(Data rate)을 80k bps로 한 경우의 단위시간당(초당) 리더가 96 비트의 아이디를 갖는 태그를 인식하는 개수를 나타낸 도면,

도 11은 본 발명에 따라 데이터 전송률(Data rate)을 80k bps로 한 경우의 단위시간당 리더가 96 비트의 아이디를 갖는 태그를 인식하는 개수를 비교한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 리더 20 : 태그

본 발명은 RFID 시스템에서 쿼리 트리 기반의 태그를 인식하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각각의 태그에 대응하는 임시 아이디를 생성하는 충돌 방지 프로토콜을 통해 생성된 임시 아이디에 따라 태그를 인식하는데 적합한 RFID 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, RFID(Radio Frequency IDentification)는 바코드(Barcode), 마그네틱 센서, IC-CARD 등과 같은 자동 인식 방식의 하나로서, 초단파나 장파를 이용하여 태그(Tag)의 마이크로칩에 저장된 데이터를 무선으로 인식하는 기술을 의미하는 것이다.

이러한 RFID는 물류, 유통 분야 및 금융 서비스 등에서 현재 사용 중인 바코드를 대체할 기술로 인식되고 있는데, 그 RFID는 태그 정보를 획득하기 위해 기존의 바코드 방식 등에서 요구되었던 접촉이나 가시 거리 내에서의 판독기 스캔 등과 같은 별도의 인식 과정이 필요하지 않으며, 대용량의 데이터를 전송할 수 있다는 장점을 갖는다.

그러나, RFID는 인식된 데이터의 신뢰성 및 기술의 표준화 지연 등의 문제점을 갖고 있기 때문에, 인식률(read rate)과 인식 속도(identification speed)의 특성 향상을 위해 충돌 방지 프로토콜(Anti-collision protocol)에 대한 연구가 필요하였다.

여기에서, 충돌(collision)은 크게 다수의 리더(Reader)가 하나의 태그에 동시에 질의를 요청함으로써, 그 태크가 리더의 질의를 인식하는데 혼란스럽게 하는 리더 충돌(Reader collision)과 하나의 리더의 질의에 다수의 태그가 동시에 응답함으로써, 리더가 태그를 인식하지 못하는 태그 충돌(Tag collision)이 있는데, 리더 충돌의 경우 RFID 시스템에서 리더가 그 충돌을 탐지하고 리더간의 통신을 통해 Mac 계층에서의 충돌 방지 프로토콜을 적용할 수 있어 쉽게 해결할 수 있지만, 태그 충돌의 경우 현재 사용되고 있거나 대규모 물류 유통에 사용될 태그가 저가격 수동 태그이기 때문에 사용가능한 충돌 방지 프로토콜을 적용하기에는 예를 들면, 계산의 복잡도, 배터리의 부재, 메모리 크기에 따른 가격의 증가 등의 제약 사항이 있는 실정이다

이러한 태그 충돌을 해결하기 위해 제안된 RFID 태그 충돌 방지 프로토콜은 크게 결정론적인(Deterministic) 방식과 확률적인(Probabilistic) 방식이 있는데, 결정론적인 방식에는 인식률 100%를 보장하며, 저전력을 소모하는 트리 기반의 포로토콜(Tree based protocol)은 이진 비트로 표현되는 태그 아이디(Tag ID)의 비트들을 사용하여 이진트리를 구성한 후 그 트리의 노드를 순회하여 태그를 인식하는 방법으로서 태그 인식과정이 예측 가능하다는 특징을 갖는다. 또한, 트리 기반의 프로토콜에서는 태그들이 동기를 맞추어 동시에 전송을 하고, 리더에서는 수신된 값에 '0'과 '1'이 공존할 때 충돌로 인지하여 트리를 분화하게 된다.

이러한 결정론적인 방식은 크게 메모리형 알고리즘(memory based algorithm)과 메모리레스형 알고리즘(memoryless based algorithm)으로 분류할 수 있는데, 메모리형 알고리즘은 분할 트리 알고리즘(splitting tree algorithm)과 비트 중재 알고리즘(bit arbitration algorithm)이 있으며, 인식과정에서 리더의 질의와 태그의 응답이 태그의 메모리에 저장 및 관리되어야 함에 따라 구현 비용의 증가를 야기하고, 메모리레스형 알고리즘은 태그의 응답이 이전의 리더의 질의와 태그의 응답에 대한 고려와 현재 리더의 질의에 의해 결정되는 것이 아니라 단지 현재 리더의 질의에 의해서만 결정되므로 태그에 소요되는 비용을 최소화할 수 있으며, 그 예로서 이진 트리 워킹 알고리즘(binary tree working algorithm), 쿼리 트리 알고리즘(query tree algorithm), 충돌 추적 알고리즘(collision tracking tree algorithm) 등이 있다.

한편, 확률적인 방식에는 슬롯 알로하 기반의 프로토콜(slotted aloha based protocol)로서 인식률 100%를 보장하지 못하며 충돌이 발생할 확률을 줄여주는 방 식인데, 성능 향상을 위해 프레임 슬롯 알로하 기반 충돌 방지 알고리즘(frame slotted aloha based anti-collision protocol)이 고안되었는데, 이는 지정된 N 개의 슬롯으로 구성된 프레임을 리더와 태그간 통신에 사용하며 리더 인식 영역 내의 각 태그는 태그의 정보를 전송할 슬롯을 임의로 선택하여 해당 아이디를 적재하는 방법을 사용한다.

이러한 알고리즘에서는 한 슬롯을 여러 태그가 선택하여 동시에 한 슬롯에 아이디를 실어 전송하는 경우를 충돌로 간주하며, 프레임의 슬롯 수 증가를 통해 중복 선택의 비율을 감소시킬 수 있지만, 프레임 내 슬롯 수를 증가시키면 프레임의 전송 시간이 증가하게 되는데, 이러한 상충 현상에도 불구하고 인식 대상 태그 개수의 정확한 산출이 어렵기 때문에 프레임 당 적정한 슬롯 개수와 종료 시점의 산출은 확률적 방식에 의존할 수밖에 없어 알로하 기반 충돌 방지 알고리즘은 태그 인식의 완전성을 제공하지 못하며 충돌이 발생한 슬롯의 재전송으로 인하여 태그 인식에서 높은 효율을 기대하기 어렵다는 단점을 갖고 있으며, 이러한 확률적인 방식은 ID-Slot형 알고리즘과 Bit-Slot형 알고리즘으로 분류되는데, ID-Slot형 알고리즘은 각 슬롯에 태그의 아이디를 적재하여 전송하는데 반해, Bit-Slot형 알고리즘은 각 태그마다 특정한 비트로 구성된 정보를 슬롯에 적재하여 리더로 전송한 후 리더의 부름에 따라 순차적으로 응답하는 방식이고, ID-Slot형 알고리즘의 대표적인 알고리즘으로는 I-Code 알고리즘이 있으며, Bit-Slot형 알고리즘으로는 Bit-Slot 매커니즘을 사용하는 충돌 방지 알고리즘이 있다.

현재 EPCglobal에서 제안한 내용으로는 Class 0에서 이진 트리 워킹 알고리 즘을, Class 1에서는 쿼리 트리 알고리즘을, 국제 표준 단체(International standard organization)의 ISO/ICE 18000-6C에 제안한 Class 1 Gen. 2에서는 프레임 슬롯 알로하 기반 충돌방지 알고리즘에 Bit-Slot형 알고리즘의 장점을 가미한 결정론적인 프레임 슬롯 알로하 알고리즘(Deterministic frame slotted aloha algorithm)을 채택하였다.

상술한 바와 같은 종래의 알고리즘들에서 확률적인 방식보다는 결정론적인 방식이 인식률 100%와 저전력, 그리고 인식과정이 예측 가능하다는 장점을 가지고 있기 때문에 신뢰성 및 제약 사항에 대한 극복에 더욱 적합하여 본 발명에서는 다수 태그의 고속 인식을 위해 결정론적인 방식의 성능향상에 그 주안점을 두었다.

이러한 결정론적인 방식은 이진 트리 워킹 알고리즘에서 쿼리 트리 알고리즘으로, 쿼리 트리 알고리즘에서 충돌 추적 알고리즘으로 그 성능이 향상되어 왔는데, 그 성능향상을 위한 알고리즘 개선의 초점은 태그의 응답을 어떻게 처리하는 가에 맞추어져 있다. 즉, 비트 수가 k인 리더의 질의에 대해 태그 아이디의 k+1번째 비트만 응답을 하는 이진 트리 워킹 알고리즘의 성능을 향상하기 위해서 쿼리 트리 알고리즘은 리더의 질의에 태그 아이디의 k+1번째부터 마지막 비트까지 응답을 하도록 함으로써 충돌이 없을 경우에 바로 하나의 태그 아이디를 인식할 수 있으며, 쿼리 트리 알고리즘이 충돌이 있을 경우 이진 트리 워킹 알고리즘에서처럼 트리를 분화한 후 질의를 한 비트만 증가시켜 다시 전송하는 방식에서 발생하는 시간 낭비를 줄이고자 충돌 추적 알고리즘에서는 리더가 태그의 응답을 관찰하다 충돌이 일어나는 것을 확인하게 되면 태그에 신호를 보내 송신을 중단시키고 수신된 신호를 질의에 포함시켜 인식 과정을 수행하게 된다.

도 1은 종래 방법에 따른 트리 기반 충돌 방지 프로토콜 중에서 이진 트리 워킹 알고리즘의 처리 과정을 나타낸 도면이고, 도 2는 종래 방법에 따른 트리 기반 충돌 방지 프로토콜 중에서 쿼리 트리 알고리즘의 처리 과정을 나타낸 도면이며, 도 3은 종래 방법에 따른 트리 기반 충돌 방지 프로토콜 중에서 충돌 추적 알고리즘의 처리 과정을 나타낸 도면이다.

이와 같은 방법으로 태그의 응답을 처리하는 과정에서 이득을 얻어 성능 향상을 가져올 수 있지만, 가장 성능이 좋은 충돌 추적 알고리즘은 태그가 아이디 송신도중 충돌이 일어났을 때 ACK 신호(ACKnoledge signal, 이하 "ACK 신호"라 함)를 수신할 수 있어야 함에 따라, 태그가 송신과 수신을 동시에 지원 가능해야한다는 문제점이 있어서 저비용 수동 RFID 시스템(low-cost passive RFID systems)에 적용하는데 어려움이 있었다. 따라서 현재 EPC Class 1의 충돌 방지 프로토콜로 채택되어 있는 쿼리 트리 알고리즘이 구현 가능한 트리 기반 충돌 방지 프로토콜의 한계가 될 것이다.

또한, EPC Class 2로 인식되고 있는 EPC Class 1 Gen.2에서 사용되고 있는 동적 프레임 슬롯 알로하(DFS-aloha : Dynamic Frame-Slotted aloha)의 경우, 프레임의 크기를 태그의 수에 따라 동적으로 할당하는 방법을 사용함으로써 태그 수가 많아질 때 성능이 급속히 열하되는 것을 해결하였다. 하지만, 이 역시 알로하 본연의 성능 제약을 해결하지 못함에 따라서 처리율(Throughput)이 35% 전후에서 결정되는 한계점을 갖는다. 일 예로서, 도 4는 종래에 따라 프레임 슬롯 알로하의 태그 수에 따른 처리율을 프레임의 크기에 따라 나타낸 도면이고, 도 5는 종래에 따라 동적 프레임 슬롯 알로하의 태그 수에 따른 처리율을 나타낸 도면이다.

따라서, 본 발명에서는 이 두 한계점을 갖는 프로토콜의 특성을 융합하여 구현 가능하면서도 더욱 성능이 좋은 태그 충돌 방지 프로토콜을 제안함으로써 RFID 시스템이 고속의 태그 인식을 가능하게 함에 그 목적이 있다.

특히, RFID 시스템에서 문제가 되는 것 중의 하나는 얼마나 빨리 태그 아이디를 수집할 수 있는지의 여부에 있는데, 현재 여러 연구의 결과로 트리 기반과 알로하 기반의 충돌방지 프로토콜들이 어느 정도 성능을 보여주고 있지만 실제 적용에서는 태그와 리더에서의 연산처리 시간으로 인해 시간 지연이 발생함에 따라 더 빠른 태그 인식을 위한 충돌방지 프로토콜의 성능개선이 필요하며, 태그의 수가 많아질수록 알로하 기반의 충돌방지 프로토콜의 성능 열하가 가속화되고 알로하 본연의 알고리즘 특성에 따라 인식률 100%가 보장이 되지 않음에 따라 트리 기반의 충돌방지 프로토콜의 성능 개선을 통한 더 빠르고 효율적인 태그 인식 능력이 RFID 시스템에 요구된다.

또한, 현재의 트리 기반 RFID 태그 충돌방지 알고리즘들 중에 충돌 추적 알고리즘이 가장 좋은 성능을 나타냄에도 불구하고 충돌이 일어날 경우 태그가 송신과 수신을 동시에 진행할 수 있어야 한다는 점에서 저비용 수동 RFID 시스템에 사용할 수 없으며, 가장 최근의 표준인 ISO/ICE 18000-6 C 즉, EPC Class 1 Gen.2 프로토콜에서 사용되는 동적 프레임 슬롯 알로하는 알로하 본연의 처리율 한계를 해결하지 못하였다.

따라서, 본 발명의 목적은, 현재 구현 가능한 쿼리 트리 알고리즘의 성능을 향상시키고자 알로하 기반의 프로토콜인 EPC Class 1 Gen.2에서의 동적 프레임 슬롯 알로하 알고리즘의 특성을 적용함으로써, 고속의 태그 인식이 가능한 RFID 태그 충돌 방지 프로토콜을 제공하고, EPC Class 1 Gen.2 프로토콜에서 지원하는 보안 및 인증에 관한 절차를 추가로 사용할 수 있는 RFID 시스템에서의 태그 인식 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 리더와 다수의 태그를 포함하는 RFID 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법으로서, 상기 리더의 초기화 이후 상기 다수의 태그 각각에 대응하는 임시 아이디를 생성하는 제 1 단계와, 상기 리더의 질의가 수신되면 상기 태그에서 상기 리더 질의의 특정 비트와 상기 생성된 임시 아이디의 특정 비트를 비교하는 제 2 단계와, 상기 비교 결과, 상기 질의와 임시 아이디의 특정 비트가 동일하면, 상기 임시 아이디의 나머지 비트를 상기 리더로 송신하는 제 3 단계와, 상기 제 3 단계를 수행하는 중에 충돌이 발생하면, 상기 리더에 충돌이 발생한 질의를 저장하는 제 4 단계와, 상기 제 3 단계를 수행하는 중에 충돌이 발생하지 않으면, 하나의 임시 아이디를 인식하여 상기 리더는 해당 태그에 ACK 신호를 송신하는 제 5 단계와, 상기 리더의 메모리에 상기 질의가 없을 때까지 상기 제 2 단계 내지 제 5 단계를 반복 수행하는 제 6 단계를 포함하는 RFID 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법을 제공한다.

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사 람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 RFID 태그 충돌 방지 프로토콜을 통해 고속의 태그 인식을 수행하는데 적합한 RFID 시스템의 구성도로서, 이러한 RFID 시스템은, 리더(10)와 적어도 하나의 태그(20)를 포함한다.

도 6을 참조하면, RFID는 사물에 태그를 부착한 후 전파를 이용하여 태그의 정보를 읽어 들이는 기술이다. 이를 이용하여 사물의 물류 관리, 보안, 유통 등 다양한 분야에 응용할 수 있다. 기존의 접촉식 바코드를 RF로 대체 함으로써 바코드보다 빠른 속도로 정보를 읽어 들일 수 있으며, 동작환경의 거리적 제한이 완화되는 이점이외에도, 사물의 지능화라는 별도의 이점을 얻을 수 있다.

그리고, 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서는 하나의 리더(10)에 의해 무수히 많은 태그(20)가 속해있게 되는데, 다수의 태그(20)들로부터의 정보는 그 동시성과 밀집성에 의해 충돌이 불가피하게 발생한다. 따라서, 하나의 리더(10)의 판독범위 내에 여러 개의 태그(20)가 있을 때, 리더(10)의 요청에 의해 여러 개의 태그(20)는 동시에 응답하게 된다. 이때 여러 태그(20)들의 신호는 서로 간섭을 일으켜 충돌이 일어나게 된다.

이러한 태그(20)의 응답 신호간의 간섭을 해결하여 각 태그(20)의 응답을 충돌없이 인식하도록 하는 방법이 필요하게 되는데 이것이 충돌방지 프로토콜(또는 알고리즘이라 함)이다.

상술한 바와 같은 RFID 시스템을 이용한 태그 인식 방법은 쿼리 트리 기반의 예약 방법(Query tree based reservation) 또는 RN16QTA (16-bit random number based query tree algorithm)라고 명명한다.

본 발명에서 제안하는 충돌 추적 알고리즘을 상세히 설명하면, 기존 EPCglobal에서 제안된 트리 기반과 알로하 기반의 태그 충돌방지 프로토콜의 특성을 이용하여, 쿼리 트리 알고리즘에 동적 프레임 슬롯 알로하 알고리즘의 특성을 적용하여 고속의 태그 인식을 수행하고자 하며, 이를 위해 본 발명에서는 트리 기반의 충돌방지 알고리즘의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 트리 깊이(Tree depth)를 줄이고자 EPC Class 1 Gen.2 프로토콜에서와 같이 각 태그가 임시 아이디(Temporary ID)를 생성하고, 이러한 임시 아이디를 기반으로 쿼리 트리 알고리즘은 각 태그의 아이디 전송을 위한 예약 작업을 진행한다. 즉, 16 비트의 임시 아이디를 이용해 트리 깊이가 16인 트리를 구성하고, 쿼리 트리 알고리즘을 이용하여 임시 아이디 인식 작업을 진행한다. 이때, 하나의 임시 아이디는 그 유일성에 따라 하나의 태그를 대표하며, 이를 이용해 임시 아이디가 인식될 때마다 ACK 신호를 보내 태그가 그 아이디를 보낼 수 있게 한다. 다만, 이때의 ACK 신호는 태그의 송신의 끝난 후 수신이 되는 것이므로 충돌 추적 알고리즘에서의 경우와는 다르며, EPC Class 1 Gen.2 프로토콜에서의 경우와 같다. 또한, EPC Class 1 Gen.2 프로토콜의 경우와 달리 프레임 상의 슬롯 할당이 아니라 쿼리 트리 알고리즘을 이용한 예약 방법을 사용함으로써, 충돌 및 빈 슬롯으로 인해 낭비되는 시간에 대한 영향 을 없앨 수 있다. 상술한 바와 같은 방법으로 모든 트리를 탐색하여 리더의 인식 영역 안에 존재하는 모든 태그를 인식한다.

도 7은 본 발명에 따라 RFID 태그 충돌 방지 프로토콜을 통해 고속의 태그 인식을 수행하는 과정을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 쿼리 트리 기반의 예약 방법의 처리 과정은 임시 아이디 생성, 쿼리 트리 알고리즘 적용 및 임시 아이디 인식 시 ACK 신호 송신의 과정을 수행하고, 쿼리 트리 알고리즘 적용 및 임시 아이디 인식 시 ACK 신호 송신의 과정을 반복 수행하게 된다.

상술한 과정을 상세하게 설명하면, 제 1 단계는 임시 아이디를 생성하는 것으로, 리더(10)의 초기화 이후에 모든 태그(20)들은 자신을 대표하는 16비트의 임시 아이디인 RN16을 생성한다. 여기에서, 하나의 특정 임시 아이디가 생성될 확률은 아래와 같은 수학식 1과 같다.

여기에서, j는 난수 발생기(random number generator)에서 발생 가능한 임의의 수이며, 이러한 확률을 통해 생성된 임시 아이디의 유일성이 깨지는 경우의 확률은 0.1%보다 낮고, 임시 아이디를 예상할 수 있는 확률은 대략 0.025% 정도이다.

그리고, 제 2 단계는 임시 아이디를 생성한 태그(20)들을 쿼리 트리 알고리즘에 적용하는 것으로, 요청 과정, 응답 과정 및 결정 과정을 수행하게 된다.

여기에서, 요청 과정은 리더(10)가 n 비트의 질의를 태그(20)에 송신하는 것 이고, 응답 과정은 태그(20)가 리더(10)의 질의인 n 비트와 태그(20)의 임시 아이디 첫 n 비트를 비교하여 동일한 경우 n+1 번째 비트부터 마지막 비트까지 리더(10)로 송신하는 것이며, 결정 과정은 충돌의 발생 여부에 따라 리더(10)는 다음과 같은 조건에 따라 이 후 과정을 수행한다. 여기에서, 이 후 과정의 수행 조건에 대해 설명하면, 충돌이 발생할 경우 리더(10)는 두 개의 새로운 질의를 리더 메모리 LIFO(Last Input First Output)에 저장하며, 이때 두 개의 새로운 질의는 이전 질의에 '0'과 '1'을 추가한 것을 의미한다. 또한, 태그(20)가 임시 아이디의 마지막 비트만으로 응답할 경우에 충돌이 발생하면 리더(10)는 두 개의 임시 아이디를 인식하며, 충돌이 발생하지 않으면 리더(10)는 하나의 임시 아이디를 인식하게 된다.

다음에, 제 3 단계는 하나의 임시 아이디가 인식될 때 ACK 신호를 송신하는 것으로, 리더(10)가 하나의 임시 아이디를 인식하면, 리더(10)는 ACK 신호를 송신하여 해당 임시 아이디를 갖는 태그(20)에 아이디 전송을 요청한다.

여기에서, 태그(20)에 상태를 저장할 경우 성능 향상을 위해 ACK 신호는 ACK 신호임을 나타내는 두 비트의 코드를 이용하여 수행할 수 있고, 보안과 인증 기능을 추가하고자 한다면, ACK 신호에 수신된 임시 아이디를 첨부하여 태그 아이디 및 메모리 내부를 검색할 수 있는 키로 작용하게 할 수 있다.

마지막으로, 제 4 단계는 LIFO에 아무것도 남아 있지 않을 때까지 제 2 단계와 제 3 단계를 반복 수행하는 것이다.

따라서, 상술한 바와 같은 처리 과정을 거쳐 리더는 모드 태그를 인식하게 되며, 쿼리 트리 알고리즘의 성능 열하의 원인이 되는 트리 깊이를 줄이고, EPC Class 1 Gen.2 프론토콜의 알로하 본연의 처리율 한계를 극복할 수 있어 성능 향상을 효과적으로 구현할 수 있다.

도 8과 9는 본 발명에 따라 각각 96 비트의 아이디를 갖는 태그 하나를 인식하는데 있어서의 평균적인 리더와 태그의 질의 및 응답 비트 수, 질의 및 응답 횟수를 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명에 따라 리더 및 태그와 태그 및 리더의 데이터 전송률(Data rate)을 80k bps로 한 경우의 단위시간당(초당) 리더가 96 비트의 아이디를 갖는 태그를 인식하는 개수를 나타낸 도면이다.

이러한 도면에서 나타낸 바와 같이 본 발명에서 제안된 쿼리 트리 기반의 예약 방법은 기존 구현된 알고리즘인 쿼리 트리 알고리즘보다 훨씬 향상된 성능을 보이며, 저비용 수동 RFID 시스템에 적용할 수 없는 충돌 추적 알고리즘의 성능에 접근함을 볼 수 있다. 이때 질의 및 응답 횟수에서 제안된 쿼리 트리 기반의 예약 방법이 임시 아이디를 인식한 후 태그 아이디를 재송신 받는 과정이 추가됨에 따라 쿼리 트리 알고리즘보다 1회 증가하게 되는데, 각 질의 및 응답에 걸리는 비트 수의 부하를 보면 1:6으로 제안된 쿼리 트리 기반의 예약 방법이 극히 작음에 따라 그 성능이 더 좋음을 알 수 있다.

도 11은 본 발명에 따라 데이터 전송률(Data rate)을 80k bps로 한 경우의 단위시간당 리더가 96 비트의 아이디를 갖는 태그를 인식하는 개수를 비교한 도면으로, 구현의 관점에서 EPC Class 1 Gen.2 프로토콜의 리더 충돌 방지를 위한 세션에 관한 부분과 보안 및 인증에 관한 부담 부분을 제거한 간단한 시스템을 구성하 여, 같은 기준으로 본 발명에서 제안된 쿼리 트리 기반의 태그 인식 방법과 리더 및 태그와 태그 및 리더의 데이터 전송률(Data rate)을 80k bps로 한 경우의 단위시간당(초당) 리더가 96 비트의 아이디를 갖는 태그를 인식하는 개수를 비교하였다. 다만, EPC Class 1 Gen.2 프로토콜의 최대 성능을 위해 빈 슬롯에 의한 시간 낭비는 없는 것으로 하였으며, 초기 프레임의 크기를 16과 64로 하여 구한 성능이다.

이러한 도면에서 나타낸 바와 같이 본 발명에서 제안된 쿼리 트리 기반의 예약 방법은 EPC Class 1 Gen.2 프로토콜의 성능이 최대로 나타날 때인 태그 개수가 프레임의 기본 슬롯 수와 같을 때보다도 더 좋은 성능을 나타내며, 본 발명에서 제안된 쿼리 트리 기반의 예약 방법은 기존에 구현된 태그 충돌 방지 알고리즘들 보다 향상된 성능을 나타냄을 알 수 있다.

이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 리더의 초기화 이후 다수의 태그 각각에 대응하는 임시 아이디를 생성하고, 리더의 질의가 수신되면 태그에서 리더 질의의 특정 비트와 생성된 임시 아이디의 특정 비트를 비교하며, 비교 결과, 질의와 임시 아이디의 특정 비트가 동일하면, 임시 아이디의 나머지 비트를 리더로 송신하고, 충돌이 발생하면, 리더에 충돌이 발생한 질의를 저장하며, 충돌이 발생하지 않으면, 하나의 임시 아이디를 인식하여 리더는 해당 태그에 ACK 신호를 송신하고, 리더의 메모리에 질의가 없을 때까지 반복 수행함으로써, RFID 시스템에서 기존의 알고리즘들보다 빠른 태그의 인식이 가능한 충돌방지 프로토콜을 제시함으로써 RFID 시스템을 빠르고 효율적으로 운용할 수 있도록 하였다.

Claims

리더와 다수의 태그를 포함하는 RFID 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법으로서,

상기 리더의 초기화 이후 상기 다수의 태그 각각에 대응하는 임시 아이디를 생성하는 제 1 단계와,

상기 리더의 질의가 수신되면 상기 태그에서 상기 리더 질의의 특정 비트와 상기 생성된 임시 아이디의 특정 비트를 비교하는 제 2 단계와,

상기 비교 결과, 상기 질의와 임시 아이디의 특정 비트가 동일하면, 상기 임시 아이디의 나머지 비트를 상기 리더로 송신하는 제 3 단계와,

상기 제 3 단계를 수행하는 중에 충돌이 발생하면, 상기 리더에 충돌이 발생한 질의를 저장하는 제 4 단계와,

상기 제 3 단계를 수행하는 중에 충돌이 발생하지 않으면, 하나의 임시 아이디를 인식하여 상기 리더는 해당 태그에 ACK 신호(ACKnoledge signal)를 송신하는 제 5 단계와,

상기 리더의 메모리에 상기 질의가 없을 때까지 상기 제 2 단계 내지 제 5 단계를 반복 수행하는 제 6 단계

를 포함하는 RFID 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 단계에서의 임시 아이디는, 16 비트인 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 단계에서의 비교는, 상기 리더 질의의 n 비트와 상기 태그 아이디의 첫 n 비트를 비교하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 3 단계에서의 나머지 비트는, 상기 태그 아이디의 첫 n 비트를 제외한 n+1 번째 비트 내지 마지막 비트인 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법.
제 1 항에 있어서,

제 4 단계에서의 저장은, 상기 충돌이 발생한 두 개의 질의는 기존 질의에 '0'과 '1'을 각각 추가하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 4 단계에서, 상기 제 3 단계 이후에 상기 태그가 상기 임시 아이디의 마지막 비트만으로 응답할 경우에 충돌이 발생하면 상기 리더는 두 개의 임시 아이디를 인식하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 5 단계에서의 ACK 신호는, 상기 태그에 수신되는 신호의 상태를 나타낼 경우 상태를 나타내는 두 비트의 코드가 포함되어 송신되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 5 단계에서의 ACK 신호는, 보안 및 인증 기능을 추가하는 경우 상기 임시 아이디를 포함시켜 송신되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 쿼리 트리 기반 태그 인식 방법.