KR100863186B1 - Ｒｆｉｄ를 위한 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법 및 이를 위한ｒｆｉｄ 태그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RFID를 위한 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법 및 이를 위한 RFID 태그에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 리더의 명령 종료시간과 태그의 응답시간 사이를 N개의 하위 슬롯으로 나누고 태그마다 랜덤한 수를 할당하여 응답하게 함으로써, 태그 응답의 충돌 방지 성능을 개선하고 기존의 표준 시스템과 호환되는 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 표준에 따라 RFID 리더의 명령어 종료시간과 태그의 응답 시간의 차이에 대한 최대값과 최소값이 결정되는 단계; 상기 최대값과 최소값의 차이를 N개의 하위 슬롯으로 나누는 단계; 각각의 태그마다 1 이상 N 이하의 랜덤한 수를 할당하는 단계; 가장 작은 수를 할당받은 태그가 응답하는 단계; 및 상기 가장 작은 수를 할당받은 태그를 제외한 나머지 태그가 응답을 취소하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RFID를 위한 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법을 제공한다.

RFID, 충돌방지, 슬롯 랜덤, 능동 태그, 수동 태그

Description

ＲＦＩＤ를 위한 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법 및 이를 위한 ＲＦＩＤ 태그{Method For Slotted Random Anti-Collision For RFID And RFID Tag For This Method}

도 1은 본 발명의 흐름을 나타낸 순서도,

도 2는 본 발명에 따른 명령 완료 후 응답까지 시간의 최대값과 최소값을 N 개의 슬롯으로 나눈 도면,

도 3은 본 발명에 따른 일 실시예를 나타낸 도면,

도 4는 종래의 RFID 태그 충돌을 방지하기 위한 슬롯 알로하(slotted ALOHA)방식을 나타낸 도면,

도 5는 종래의 RFID 시스템을 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 따른 RFID 태그의 구성을 나타낸 도면,

도 7은 서브 슬롯의 수와 태그의 수에 따른 충돌 방지 시간을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 RFID를 위한 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법 및 이를 위한 RFID 태그에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 리더의 명령 종료시간과 태그의 응답시간 사이를 N개의 하위 슬롯으로 나누고 태그마다 랜덤한 수를 할당하여 응답하게 함으로써, 태그 응답의 충돌 방지 성능을 개선하고 기존의 표준 시스템과 호환되는 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법에 관한 것이다.

일반적으로, RFID는 자동인식 및 데이터 획득(Automatic Identification and Data Capture : AIDC) 기술의 한 종류로, 마이크로칩을 내장한 태그(Tag)에 저장된 데이터를 무선주파수를 이용하여 비접촉으로 읽는 기술이다.

RFID 시스템은 기본적으로 물체에 부착되는 RFID 태그와, RFID 태그와 무선으로 정보를 송수신하는 송수신기(transceiver)로 이루어진다. 여기서, RFID 태그는 물체의 식별코드와 물체와 관련된 정보가 저장되는 마이크로칩, 및 무선으로 RFID 리더와 정보를 주고받는 안테나로 구성된다. 또한, RFID 태그에 저장된 정보를 읽는 리더(reader)를 포함하는 송수신기는 RFID 태그로부터 정보를 받아서 컴퓨터로 보내고 컴퓨터에서 받은 정보를 RFID 태그로 보내는 역할을 한다.

상기와 같은 RFID 시스템을 도 3에 도시하였다. 여기서 RFID 리더는 특정 주파수 대역의 무선 주파수를 태그로 전송하며, 수동 태그의 경우 반사 신호를 송신하고 능동 태그의 경우 태그 자체에서 신호를 생성하여 리더로 송출한다.

종래의 일부 RFID 표준에서는, 수동형 태그 응답의 경우, 리더로부터의 신호를 반사함으로써 데이터를 리더로 전송하기 때문에 태그의 신호는 매우 미약하여 다른 태그에서는 그 신호를 파악하지 못하기 때문에 태그 간의 정보전달은 불가능하다. 또한 수동형 태그는 RFID 리더와 정보를 교류할 때만 활성화된다. 그러나 최근의 RFID 시스템에서는 프로세서와 메모리가 장착되어 읽기/쓰기가 가능할 뿐만 아니라 연속적으로 활성화되어 환경정보를 센싱할 수 있는 능동형 태그(active tag)가 요구되고 있다. 능동형 태그 응답은 태그 내부에 증폭기와 신호발생기를 갖고 리더의 신호에 능동적으로 데이터를 송신할 수 있기 때문에 태그와 리더의 인식거리가 비약적으로 증가함은 물론 태그끼리의 정보송수신도 가능하다.

이러한 RFID 시스템에서, RFID 리더가 RFID 태그를 인식할 수 있는 전파 범위 내에 복수개의 RFID 태그가 존재하는 경우, RFID 리더의 신호에 대하여 전파범위 내에 존재하는 RFID 태그들이 동시에 모두 응답하게 되므로, 이들의 충돌(Collision)이 발생하는 문제점이 있다.

이를 해소하기 위하여, 다양한 충돌방지(Anti-collision) 알고리즘이 안출되었다.

일반적인 슬롯 랜덤 충돌 방지 알고리즘은 그 기본이 슬롯 알로하(slotted ALOHA) 알고리즘에 기초하여 제안되었다.

도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 채널에 여러 사용자(도 2에서는 N개의 태그)가 동시에 접속하는 것을 막기 위하여 각 사용자에게 임의의 수를 할당하여 할당된 시간에만 접속을 하는 방식이다.

도면의 왼쪽과 같이 태그들은 정해진 슬롯에서만 응답하게 되어 슬롯과 슬롯 사이에서는 충돌이 일어나지 않지만, 같은 슬롯을 여러 태그가 점유하게 되면 충돌 이 발생하여 도면의 맨 밑에 있는 수신기에서는 검은 색으로 표시된 부분인 인식하지 못하는 부분이 생기게 된다.

한편, RFID에서 사용되는 슬롯 랜덤 충돌 방지 알고리즘은 리더로부터 태그에게 보내는 특정 명령어를 받으면(18000-6C 에서는 Query 명령어), 태그는 내부에서 임의수를 발생하고 이 숫자는 재응답 명령어(18000-6C 에서는 QueryRep 명령어)를 받을 때마다 1씩 감소시킨다.

내부에 발생된 숫자가 0이 되면 태그는 리더에 응답을 하게 된다. 이러한 방식으로 태그의 응답의 순서를 임의로 설정하여 태그 간의 충돌을 회피한다. 하지만 이렇게 하여도 태그가 동시에 응답할 수 있기 때문에 충돌은 도 2의 검은 블록과 같이 충돌이 발생한다. 이와 같은 일반적인 슬롯 랜덤 충돌 방지 알고리즘에서는 이와 같은 경우를 회피할 수 없기 때문에 충돌 방지의 성능이 낮다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 태그 간 충돌 방지 성능을 향상시키면서 기존의 시스템과 호환되는 RFID를 이용한 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 RFID를 이용한 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법에 있어서,

표준에 따라 RFID 리더의 명령어 종료시간과 태그의 응답 시간의 차이에 대한 최대값과 최소값이 결정되는 단계;

상기 최대값과 최소값의 차이를 N개의 하위 슬롯으로 나누는 단계;

각각의 태그마다 1 이상 N 이하의 랜덤한 수를 할당하는 단계;

가장 작은 수를 할당받은 태그가 응답하는 단계;

상기 가장 작은 수를 할당받은 태그를 제외한 나머지 태그가 응답을 취소하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 각각의 태그마다 1 이상 N 이하의 수를 할당하는 단계는, 각각의 태그마다 1 이상 N 이하의 수를 임의로(random) 할당하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가장 작은 수를 할당받은 태그가 응답하는 단계는, 태그가 할당받은 시간 슬롯만큼 응답을 지연한 후 태그가 응답하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가장 작은 수를 할당받은 태그를 제외한 나머지 태그가 응답을 취소하는 단계는, 가장 작은 수를 할당받은 태그의 응답 여부를 파악하여 나머지 태그가 응답을 취소하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RFID 태그에 있어서,

신호를 송/수신 할 수 있는 안테나부; 상기 안테나부에 연결되어 상기 신호를 제어하는 RF 회로부; 상기 RF 회로부에 연결되어 RF 태그를 관리하는 제어 로직부; 상기 제어 로직부에 연결된 메모리; 상기 제어 로직부에 연결되어 다른 태그의 응답 여부를 확인하는 태그 응답 검출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 제어 로직부는 상기 태그 응답 검출부에서 다른 태그 응답이 검출될 경우 자신의 응답을 취소하는 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 하위 슬롯 랜덤 충돌방지 알고리즘의 동작을 설명하는 도면이다. 도 1에서와 같이 리더의 명령어와 태그의 응답 사이에는 일정한 값의 시간 간격이 존재한다. 이 시간 간격은 리더의 명령어를 태그가 수행하고 응답을 위한 데이터를 생성하기 위한 시간으로서 고정된 하나의 값이 아닌 일정한 시간 간격이 존재한다. 즉, 도 1에서와 같이 T1(리더 명령어와 태그 응답의 시간 간격)은 최대값과 최소값이 각 RFID 표준마다 정해지게 된다.

슬롯 랜덤 충돌방지 알고리즘에서는 이 시간 사이에서는 언제든지 태그가 응답 가능하기 때문에 리더에서는 이 시간을 활용하지 않고 이 간격 사이에 응답하는 모든 태그 응답을 유효하다고 판단하고 데이터를 처리한다. 그렇기 때문에 이 시간에 2개 이상의 태그가 응답하게 된다면 리더에서는 그 데이터를 인식할 수 없기 때 문에 충돌이 발생한 것으로 처리하고 태그의 응답을 버리게 된다.

하지만 만약 태그가 능동 태그라면 리더로부터의 신호 이외에도 태그 자체에서 신호를 전송할 수 있기 때문에 다른 태그의 신호를 태그에서 인식할 수가 있다. 따라서 T1을 N개의 하위 슬롯으로 나눈 뒤, 상기 슬롯 중에서 태그가 임의의 지연을 갖고 응답하게 된다면 후에 응답하는 태그는 이전의 응답한 태그의 존재 여부를 판별할 수 있게 된다. 만약 다른 태그가 응답하고 있다고 판단된다면 태그는 응답을 취소하여 그 슬롯의 사용은 최초의 응답 태그만이 점유할 수 있도록 할 수 있게 된다. 이와 같은 방법을 통하여 원래의 슬롯 랜덤 충돌방지 알고리즘의 성능을 개선한다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직할 실시예에 대하여 설명한다.

도 3에서 태그 A의 경우, 하위 슬롯이 4로 할당되고 태그 B의 경우, 하위 슬롯이 1로 할당되었을 경우, 태그 B는 1의 하위지연 후에 바로 응답하게 되고 동시에 태그 A에서는 1의 하위 지연 후에 자신 이외의 태그가 현재 슬롯을 점유하고 있음을 판단할 수 있게 된다. 이 경우, 태그 A는 4 하위 지연 후에 응답을 하지 않고 응답을 취소함으로써 현재의 슬롯에서의 충돌을 회피하게 된다.

이와 같은 방법으로 하위 슬롯 랜덤 충돌방지 알고리즘은 기존의 알고리즘을 개선한다. 또한 기존의 리더의 입장에서 판단할 때, 모든 태그는 T1의 최소와 최대값 사이에서 모든 응답이 이루어지기고 하위 슬롯에 의한 경쟁에서 제일 처음에 응답하는 태그만을 인식하기 때문에 호환성 보장된다.

하위 슬롯 랜덤 충동방지 알고리즘에서 요구하는 능동 태그의 동작은 다른 태그의 데이터를 판별할 정도가 아닌 다른 태그의 응답의 유무를 파악할 정도만이 필요하므로 태그의 데이터의 내용을 판별하는 디코더와 같은 복잡한 블록은 필요 없으므로 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 구현할 수 있다.

이하 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명을 이용하여 기존의 알고리즘의 성능의 개선도를 파악하기 위해 C 언어를 이용하여 시뮬레이터를 작성하였고, 시뮬레이션을 통해 성능을 검증하였다. 시뮬레이터는 리더와 태그간의 명령어 이동을 가정하고 리더와 충돌방지 알고리즘을 적용한 프로그램을 수행하도록 하였고, 프로그램에 수행되는 시간과 명령어 전달 및 응답시간을 설정하여 정확한 시간을 계산하도록 설계하였다. 리더와 태그의 신호 전송 속도는 160kHz로 설정하였고, 사용된 표준은 ISO 18000-6C 표준을 이용하여 설계하였다.

이상적인 신호파형을 갖고 리더와 태그가 데이터 통신을 한다면 하위 슬롯의 개수 즉, N의 크기가 크면 클수록 성능은 기존의 충돌방지 알고리즘보다 성능이 향상되나 현실적인 전파의 경우, 신호의 왜곡, 태그 내에서 데이터의 판단 시간, 태그 내부 클록의 해상도와 태그 간 클록 불일치에 의한 신호파악지연에 의해 태그는 리더의 신호를 0 시간 지연으로 읽어 들일 수가 없고 일정한 시간의 지연 후에 인식하게 된다. 이러한 지연을 가정하였을 때, 다음의 도면7과 같은 성능 개선을 예측할 수 있다.

도면 7의 (a)는 리더에서 태그로의 신호를 0 지연의 이상적인 전파라 가정하 였을 때, 하위 슬롯의 개수의 증가에 의한 성능 개선을 나타낸다. 이 경우, 위에서 설명한 바와 같이 계속적인 성능향상이 예상된다. 하지만 리더신호를 태그가 인식하는 데 걸리는 시간을 리더와 태그의 신호 전송속도의 5% 또는 10%로 가정한다면 도면 7 (a)의 5% 지연, 10% 지연신호와 같이 일정 수 이상에서는 성능 개선도가 수렴하게 된다.

도면 7 (b)는 기존의 충돌방지 알고리즘과 5%, 10%의 지연을 가정한 본 발명을 적용시킨 알고리즘을 이용한 충돌방지 알고리즘의 성능을 분석한 것이다. 시뮬레이션 결과 10%지연 신호의 경우, 22.9%, 10%지연신호의 경우, 21.3%의 성능계선을 확인할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

상기와 같은 본 발명 RFID를 위한 슬롯 랜덤 충돌방지 방법에 의하면, 기존의 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법에 비하여 충돌 방지 성능을 개선할 수 있으며, 기존 시스템에도 별다른 조정 없이 호환이 가능하므로 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. RFID 리더 및 능동형 태그를 구비한 RFID 시스템에 있어서,

   표준에 따라 RFID 리더의 명령어 종료시간과 태그의 응답 시간의 차이에 대한 최대값과 최소값이 결정되는 단계;

   상기 최대값과 최소값의 차이를 N개의 하위 슬롯으로 나누는 단계;

   각각의 태그마다 1 이상 N 이하의 수를 할당하는 단계;

   가장 작은 수를 할당받은 태그가 응답하는 단계;

   상기 가장 작은 수를 할당받은 태그를 제외한 나머지 태그가 응답을 취소하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RFID를 위한 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 각각의 태그마다 1 이상 N 이하의 수를 할당하는 단계는, 각각의 태그마다 1 이상 N 이하의 수를 임의로(random) 할당하는 것을 특징으로 하는 RFID를 위한 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 가장 작은 수를 할당받은 태그가 응답하는 단계는,

   태그가 할당받은 시간 슬롯만큼 응답을 지연한 후 태그가 응답하는 것을 특징으로 하는 RFID를 위한 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 가장 작은 수를 할당받은 태그를 제외한 나머지 태그가 응답을 취소하는 단계는,

   가장 작은 수를 할당받은 태그의 응답 여부를 파악하여 나머지 태그가 응답을 취소하는 것을 특징으로 하는 RFID를 위한 슬롯 랜덤 충돌 방지 방법.
5. 삭제
6. 신호를 송/수신 할 수 있는 안테나부;

   상기 안테나부에 연결되어 상기 신호를 제어하는 RF 회로부;

   상기 RF 회로부에 연결되어 RF 태그를 관리하는 제어 로직부;

   상기 제어 로직부에 연결된 메모리;

   상기 제어 로직부에 연결되어 다른 태그의 응답 여부를 확인하는 태그 응답 검출부를 포함하여 구성되는 RFID 태그에 있어서,

   상기 제어 로직부는 상기 태그 응답 검출부에서 다른 태그 응답이 검출될 경우 자신의 응답을 취소할 수 있는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.

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