KR100998984B1 - Ｒｆｉｄ 태그 충돌 방지 방법 및 이를 위한 ｒｆｉｄ 리더 - Google Patents

Ｒｆｉｄ 태그 충돌 방지 방법 및 이를 위한 ｒｆｉｄ 리더 Download PDF

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Abstract

본 발명은 RFID 태그 충돌 방지 방법 및 이를 위한 RFID 리더에 관한 것이다. 본 발명은 RFID 리더의 인식 영역 내에 포함된 복수의 태그 간에 충돌을 방지하기 위한 방법에 있어서, (a) 추정된 태그 수를 이용하여 하나 이상의 프레임을 포함하는 최적 에폭크기를 결정하는 단계; (b) 상기 결정된 에폭크기를 상기 복수의 태그로 전송하는 단계; (c) 제1 프레임 번호 및 서픽스를 포함하는 질의 신호를 상기 복수의 태그로 전송하는 단계; 및 (d) 상기 제1 프레임 번호를 선택하고 상기 서픽스에 상응하는 태그 식별자를 갖는 태그로부터 응답 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 에폭크기를 추정된 태그 수에 따라 동적으로 결정하고, 또한 서픽스를 이용하여 태그를 인식하기 때문에 태그 충돌 횟수를 단축시켜 태그 인식 속도를 높일 수 있다.
RFID, 리더, 태그, 역순 쿼리 트리, 다이나믹 프레임드 슬롯티드 알로하

Description

ＲＦＩＤ 태그 충돌 방지 방법 및 이를 위한 ＲＦＩＤ 리더{Anti-collision method of RFID tag and RFID reader therefor}
본 발명은 RFID 태그 충돌 방지 방법 및 이를 위한 RFID 리더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태그들 간의 충돌 횟수를 줄여 짧은 시간 내에 RFID 시스템에 포함된 태그를 식별하기 위한 RFID 태그 충돌 방지 방법 및 이를 위한 RFID 리더에 관한 것이다.
무선인식(Radio Frequency IDentification: RFID) 시스템은 태그 리더와 IC칩(chip)과 무선 통신을 위한 안테나를 내장한 태그 사이에 라디오 주파수 대역을 사용하여 통신하는 것을 말한다.
무선인식 시스템은 기존의 바코드 시스템을 대체할 뿐만 아니라 제조, 물류, 서비스 산업 등을 변화시킬 차세대 핵심 기술 중의 하나이다.
무선인식 기술은 바코드를 대체할 자동인식 기술로서 다양한 장점을 가지고 있다. 첫째, 무선 통신을 하므로 바코드처럼 사물의 표면에 인쇄될 필요가 없어 오염에 강하다. 둘째, 바코드 스캐너처럼 하나씩 리더를 태그에 근접시키지 않아도 되기 때문에 인식 작업이 편리하다. 셋째, 다중 인식 기술을 제공하므로 짧은 시간 안에 다수의 태그를 인식할 수 있다. 넷째, 바코드에 비해 많은 정보를 태그에 입력할 수 있다. 다섯째, 모든 제품에 고유한 식별 코드를 넣음으로서 판매나 재고 관리에 있어서 같은 종류의 제품에 같은 식별 코드를 사용하는 바코드 방식에 비해 정확하게 제품을 관리할 수 있다.
도 1은 RFID 통신에서 리더와 태그 간에 전파를 이용하여 질의-응답하는 과정을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, RFID 리더(1)는 질의(query) 신호를 브로드캐스트(broadcast)방식으로 복수 개의 태그(3)에 전송한다. 질의 신호는 RFID 리더(1)의 전파 범위(RFID 리더의 인식영역) 안에 있는 태그(3)만이 수신할 수 있다. RFID 리더(1)의 전파 범위 안에 있는 태그(3)는 수신한 질의에 대하여 응답한다. RFID 리더(1)로부터 태그(3)로의 전송을 전송 링크(forward link)(도 1a)라 하고, 태그(3)로부터 RFID 리더(1)로의 전송을 반송 링크(return link)(도 1b)라 한다.
이때 태그(3)는 현재의 무선 채널의 사용여부를 확인할 수 있는 기능이 없으며, 다수의 태그(3)들은 무선 채널을 공유하기 때문에 다수의 태그(3)가 동시에 리더(1)에게 응답 신호를 전송할 수 있다. 이처럼 다수의 태그(3)가 동시에 응답 신호를 RFID 리더(1)에 전송하는 경우를 태그 충돌이라 한다.
태그 충돌은 RFID 시스템의 태그 인식률에 큰 영향을 미치므로, 효과적인 태그 충돌 조정 과정이 요구된다. 하나의 리더(1)와 다수의 태그(3)간에 통신하는 과정에서 생기는 충돌을 방지하기 위한 프로토콜을 충돌 방지 프로토콜 (anti-collision protocol)이라 한다.
충돌 방지 프로토콜은 확률적 충돌 방지 방법인 알로하(ALOHA) 기반 프로토콜과 결정적 충돌 방지 방법인 트리(TREE) 기반 프로토콜로 나뉜다.
다시 알로하 기반 프로토콜은 프레임드 슬롯티드 알로하 프로토콜(Framed Slotted Aloha : FSA)과 다이나믹 프레임드 슬롯티드 알로하 프로토콜(Dynamic FSA : DFSA)로 나눌 수 있다.
프레임드 슬롯티드 알로하 프로토콜(FSA)은 시간을 슬롯(slot)단위로 나누어 하나의 슬롯에 하나의 태그(3)만이 응답하도록 하여 RFID 리더(1)가 태그(3)를 인식하도록 하는 프로토콜이다. FSA에서 프레임의 크기는 고정된다.
다이나믹 프레임드 슬롯티드 알로하(DFSA)는 상기의 프레임드 슬롯티드 알로하 프로토콜(FSA)과 같이, 하나의 슬롯에 하나의 태그(3)만이 응답하도록 하여 태그(3)를 인식하나, 프레임의 크기를 변경할 수 있어 RFID 리더(1)가 각 태그(3)에게 질의 신호를 전송하는 경우에 프레임의 크기를 함께 전송한다.
알로하 기반 프로토콜은 무작위라는 확률의 불확실성에 기초를 두고 있기 때문에 리더 인식 영역 내의 모든 태그(3)를 인식하지 못할 수도 있고, 모든 태그(3)를 인식하는데 걸리는 시간을 예측하기 어렵다. 또한 두 개 이상의 태그(3)가 지속적으로 같은 슬롯을 선택한다면, 계속 태그(3)를 인식하지 못하게 되는 태그 기아 문제(Tag Starvation Problem)가 발생할 수 있다.
트리 기반 프로토콜은 쿼리 트리(Query Tree : QT)프로토콜을 포함한다.
쿼리 트리 프로토콜에 있어서, RFID 리더(1)는 프리픽스(prefix)를 포함하는 질의 신호를 태그(3)로 전송하며, 태그 식별자의 앞부분이 상기한 프리픽스와 동일 한 태그만이 응답 신호를 전송한다.
이때, 태그 충돌이 발생하는 경우, RFID 리더(1)는 프리픽스의 비트를 순차적으로 증가시켜 질의 신호를 전송한다.
이처럼 쿼리 트리 프로토콜은 태그(3)의 고유한 태그 식별자를 사용하여 트리를 만들어 가면서 태그를 인식하는 프로토콜이다. 트리 기반 프로토콜은 리더(1)가 모든 태그(3)를 인식할 수 있는 장점이 있으나, 비슷한 태그 식별자를 갖는 태그(3)들이 많을 때는 트리를 만드는 중 태그(3) 간의 충돌이 많이 발생하여 트리의 깊이가 깊어지고 결국 태그를 인식하는데 오랜 시간이 걸리는 단점이 있다.
태그 충돌 방지를 위한 알로하 기반과 트리 기반 프로토콜은 모두 분배와 인식 과정으로 분리할 수 있다.
분배 과정은 밀집 분포해 있는 태그들을 그룹화하는 과정으로서, 적용 프로토콜에 따라 무작위 또는 같은 성향을 갖는 태그들끼리 묶어 수행속도를 빠르게 하려는 목적을 가진다.
다이나믹 프레임드 슬롯티드 알로하 프로토콜은 분배 과정을 반복해서 수행하여 하나의 그룹에 하나의 태그가 속할 때까지 나누고, 그룹(슬롯)과 태그의 관계가 1-1 인 상태에서 인식을 수행한다. 1-N 인 관계에서는 충돌이 발생하고, 이는 다음 차례(프레임)에 다시 분배 과정을 거치게 된다. 알로하 프로토콜은 무작위 성질에 의존하여 분배에는 우수한 성능을 보이지만, 인식 과정에서는 좋은 성능을 보이지 못하며, 특히, 모든 태그를 인식하지 못하는 문제점이 있다.
한편, 쿼리 트리 프로토콜은 인식 - 분배 과정을 반복적으로 수행한다. 인식 을 위하여 프리픽스를 전송하고, 인식이 실패하면 분기하여 분배 과정을 수행한다. 쿼리 트리 프로토콜은 선인식 후분배로 인식 과정에 우선을 둔 프로토콜로 리더의 인식 범위 안의 모든 태그를 인식할 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 전술한 바와 같이, 인식 과정에 오랜 시간이 소요된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 분배 과정 및 인식 과정이 효율적으로 적용된 RFID 태그 충돌 방지 방법 및 이를 위한 RFID 리더를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 태그 인식 시간을 줄이면서도 모든 태그를 인식할 수 있는 RFID 태그 충돌 방지 방법 및 이를 위한 RFID 리더를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, RFID 리더의 인식 영역 내에 포함된 복수의 태그 간에 충돌을 방지하기 위한 방법에 있어서, (a) 추정된 태그 수를 이용하여 하나 이상의 프레임을 포함하는 최적 에폭크기를 결정하는 단계; (b) 상기 결정된 에폭크기를 상기 복수의 태그로 전송하는 단계; (c) 제1 프레임 번호 및 서픽스를 포함하는 질의 신호를 상기 복수의 태그로 전송하는 단계; 및 (d)상기 제1 프레임 번호를 선택하고 상기 서픽스에 상응하는 태그 식별자를 갖는 태그로부터 응답 신호를 수신하는 단계를 포함하는 RFID 태그 충돌 방지 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, RFID 리더의 인식 영역 내에 포함된 복수의 태그 간에 충돌을 방지하기 위한 방법에 있어서, 초기 에폭크기를 상기 복수의 태그로 전송하는 단계; 첫 프레임 번호 및 서픽스를 포함하는 질의 신호를 복수의 태그로 전송하는 단계; 상기 첫 프레임 번호를 선택하고 상기 서픽스에 상응하는 태 그 식별자를 갖는 태그로부터 응답 신호를 수신하는 단계; 상기 응답 신호를 전송하는 태그 수를 이용하여 태그 수를 추정하는 단계; 상기 추정된 태그 수를 이용하여 최적 에폭크기를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 에폭크기에 따라 태그 인식을 수행하는 단계를 포함하는 RFID 태그 충돌 방지 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 태그를 인식하는 RFID 리더에 있어서, 추정된 태그 수를 이용하여 최적 에폭크기를 결정하는 에폭크기 결정부; 프레임 번호 및 미리 설정된 비트의 서픽스를 포함하는 질의 신호를 생성하는 질의 신호 생성부; 및 상기 결정된 에폭크기 및 상기 질의 신호를 상기 복수의 태그로 전송하는 통신부를 포함하되, 상기 에폭크기를 수신한 각 태그는 상기 에폭크기 범위 내에서 랜덤하게 프레임 번호를 선택하며, 상기 질의 신호에 포함된 프레임 번호를 선택하고 상기 서픽스에 상응하는 태그 식별자를 갖는 경우에 응답 신호를 전송하는 RFID 리더가 제공된다.
본 발명에 따르면, 에폭크기를 추정된 태그 수에 따라 동적으로 결정하고, 또한 서픽스를 이용하여 태그를 인식하기 때문에 태그 충돌 횟수를 단축시켜 태그 인식 속도를 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발 명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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 이들을 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치 하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 동적으로 결정된 에폭크기(epoch size) 범위 내에서 밀집 분포해 있는 태그들을 하나의 프레임 단위로 그룹화한 후 각 프레임에 포함된 태그들을 트리 구조를 통해 순차적으로 인식하기 때문에 빠르게 모든 태그를 인식할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 RFID 리더의 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 RFID 리더(200)는 에폭크기 결정부(210), 질의 신호 생성부(220), 하위 서픽스 생성부(230), 큐(240) 및 통신부(270)를 포함할 수 있다.
에폭크기 결정부(210)는 RFID 리더(200)의 인식 영역 내에 위치하는 태그 수를 고려하여 에폭크기를 동적으로 결정한다.
여기서 에폭크기는 프레임의 개수를 의미한다.
본 발명에 따르면, 복수의 태그는 에폭크기 범위 내에서 하나의 프레임 번호를 선택하고, 선택된 프레임 번호에서 응답 신호를 전송한다.
태그 인식을 위한 에폭크기는 태그 충돌을 방지하기 위해 적절한 크기로 결정되어야 한다.
이를 위해 에폭크기 결정부(210)는 작은 크기의 초기 에폭크기에서부터 첫 프레임 테스트를 통해 태그 수를 추정하고, 추정된 태그 수를 이용하여 최적 에폭크기를 결정한다.
즉, 에폭크기 결정부(210)는 작은 에폭크기에서 시작하여 추정된 태그 수에 따라 에폭크기를 조정하며, 최적 에폭크기가 결정된 이후에 태그 인식이 수행된다.
본 발명에 따른 태그 인식은 쿼리 트리 프로토콜을 기반으로 이루어지며, 태그 인식 시간을 단축하기 위해, 상기한 최적 에폭크기는 트리의 깊이가 2 이상 되지 않도록 결정되는 것이 바람직하다.
에폭크기 결정부(210)에서 결정된 최적 에폭크기는 복수의 태그로 전송되며, 각 태그는 최적 에폭크기 범위 내에서 하나의 프레임 번호를 선택한다.
질의 신호 생성부(220)는 복수의 태그를 인식하기 위한 질의(query)신호를 생성한다.
본 발명에 따른 질의 신호는 소정 프레임 번호 및 소정 비트의 서픽스(suffix)를 포함할 수 있다.
서픽스(suffix)는 1비트 또는 n비트의 크기(n>1)를 가질 수 있으며, 태그 식별자의 뒷부분을 의미한다.
초기의 서픽스는 '0' 과 '1' 값을 갖는다. 본 발명에서, 동일한 비트 수를 갖는 복수의 서픽스를 등위 서픽스라하고, 서픽스의 비트를 한 비트씩 증가시켜 생성된 서픽스를 하위 서픽스라 정의한다. 예를 들어 '0'과 '1'은 서로 등위 서픽스이며, '00', 10'은 '0'의 하위 서픽스, '01', '11'은 '1'의 하위 서픽스로 정의된 다.
태그는 질의 신호에 포함된 프레임 번호와 자신이 선택한 프레임 번호가 동일하고, 질의 신호에 포함된 서픽스와 자신의 태그 식별자의 뒷부분(서픽스)이 동일하면 RFID 리더(200)에 응답 신호를 전송한다.
예를 들어 RFID 리더(200)에서 프레임 번호 '1'과 서픽스 '0'을 포함하는 질의 신호를 복수의 태그로 전송하면, 복수의 태그 중 1번 프레임을 선택하고 태그 식별자의 서픽스가 '0'인 태그들이 응답 신호를 전송한다.
만일 상기한 질의 신호에 대해 복수의 태그에서 응답 신호를 전송하는 경우, 즉 태그 충돌이 발생하는 경우, 하위 서픽스 생성부(230)는 이전 질의 신호에 포함된 서픽스에 대한 하위 서픽스를 생성한다.
예를 들어, 서픽스 '0'에서 태그 충돌이 발생한 경우 하위 서픽스 생성부(230)는 '00'과 '10'의 하위 서픽스를 생성한다.
생성된 하위 서픽스는 큐(240)에 저장되며, 질의 신호 생성부(220)는 현재 큐(240)에 저장된 하위 서픽스 중 하나를 포함하는 질의 신호를 생성한다.
만일 상기한 하위 서픽스를 갖는 태그가 복수인 경우, 다음 깊이의 하위 서픽스를 생성하는 과정이 반복 수행된다.
큐(240)에 저장된 하위 서픽스 전체에 대한 태그 인식이 완료되는 경우에 다음 서픽스에 대한 태그 인식 과정이 순차적으로 진행된다.
즉, 초기 서픽스 '0' 및 이의 하위 서픽스 전체에 대한 태그 인식이 완료된 후에 다음 초기 서픽스 '1' 및 이의 하위 서픽스에 대한 태그 인식이 수행되는 것 이다.
통신부(270)는 에폭크기 결정부(210)에서 결정된 에폭크기와 질의 신호 생성부(220)에서 생성된 질의 신호를 RFID 리더 인식 영역 내에 위치하는 복수의 태그에 전송한다. 또한 통신부(270)는 복수의 태그로부터 응답 신호를 수신한다.
본 발명에 따르면, 추정된 태그 수를 기반으로 에폭크기를 동적으로 결정하며(분배 과정), 프레임 번호 및 서픽스를 이용하여 트리 기반으로 인식 과정을 수행하기 때문에 태그 충돌을 줄이면서 모든 태그를 빠르게 인식할 수 있다.
[표 1]은 RFID 리더(200)에서의 의사코드를 나타내며, 이를 바탕으로 RFID 리더(200)에서 복수의 태그를 인식할 수 있다.
Figure 112009014813077-pat00001
Figure 112009014813077-pat00002
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 태그에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 태그의 구성을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 태그(300)는 프레임 번호 선택부(310), 처리부(320), 응답신호 생성부(340) 및 통신부(350)를 포함할 수 있다.
통신부(350)는 RFID 리더(200)로부터 전송된 질의 신호와 에폭크기를 수신하고, 태그 식별자를 포함하는 응답 신호를 RFID 리더(200)로 전송한다.
프레임번호 선택부(310)는 수신된 에폭크기에 포함된 프레임 번호 중에서 하나를 랜덤하게 선택한다.
처리부(320)는 RFID 리더(200)로부터 질의 신호가 수신되는 경우, 질의 신호에 포함된 프레임 번호가 프레임번호 선택부(310)에서 선택한 프레임 번호와 동일한지를 판단한다. 또한 처리부(320)는 질의 신호에 포함된 서픽스와 태그 식별자의 서픽스가 동일한지를 판단한다.
응답 신호 생성부(340)는 질의 신호에 포함된 프레임 번호와 선택된 프레임 번호가 동일하고, 질의 신호에 포함된 서픽스와 태그 식별자에 포함된 서픽스가 동일한 것으로 판단되는 경우 응답 신호를 생성한다.
[표 2]는 태그(300)에서의 의사코드를 나타내며, 이를 바탕으로 태그(300)에서 RFID 리더(200)로 응답 신호를 전송할 수 있다.
epoch size = receive epoch size from reader
my frame number = randomly select in epoch size
frame number, suffix = receive suffix and the frame number from reader

if( frame number is my frame number ):
if( ID ends with suffix ):
return ID
end if
end if
이하에서는 태그 수를 추정하여 최적의 에폭크기를 결정하는 과정에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 RFID 리더에서 최적 에폭크기를 설정하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, RFID 리더(200)는 미리 설정된 크기의 초기 에폭크기를 RFID 리더 인식 영역 내에 포함된 복수의 태그로 전송한다(단계 410).
각 태그는 초기 에폭크기 범위 내에서 랜덤하게 하나의 프레임 번호를 선택한다.
이후, RFID 리더(200)는 첫 프레임 번호 및 소정의 서픽스가 포함된 질의 신호를 생성하고, 생성된 질의 응답 신호를 복수의 태그에 전송한다(단계 420).
예를 들어, RFID 리더(200)는 프레임 번호 ‘1’과 서픽스 '0'이 포함된 질의 신호를 생성하여 복수의 태그에 전송한다.
RFID 리더(200)는 첫 프레임 번호를 선택하고 질의 신호에 포함된 서픽스에 상응하는 태그 식별자를 갖는 태그로부터 응답 신호를 수신한다(단계 430).
RFID 리더(200)는 현재 질의 신호에 대해 복수의 태그가 응답 신호를 전송하는 경우 하위 서픽스를 생성하여 질의 신호를 다시 전송하며, 첫 프레임 번호를 선택한 모든 태그에 대한 인식이 완료되는 경우, 이를 이용하여 태그 수를 추정한다(단계 440).
RFID 리더(200)는 추정된 태그 수가 초기 에폭크기의 배수가 되는지를 판단한다(단계 450).
추정된 태그 수가 초기 에폭크기의 배수를 초과하면 에폭크기를 증가시켜 다시 단계 410 내지 440을 수행한다.
바람직하게, 다음 에폭크기는 이전 에폭크기의 배수로 증가시킬 수 있다.
반면, 추정된 태그 수가 초기 에폭크기의 배수를 초과하지 않는 경우, 현재 에폭크기를 최적 에폭크기로 결정한다(단계 460).
이처럼 최적 에폭크기가 결정된 이후 태그 인식 과정이 수행된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 충돌 방지방법의 RFID 리더와 태그의 동작 과정을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, RFID 리더(200)는 추정된 태그 수를 이용하여 최적 에폭크기를 결정한다(단계 502).
RFID 리더(200)는 결정된 최적 에폭크기를 복수의 태그(300)로 전송한다(단계 504).
에폭크기를 수신한 태그(300)는 에폭크기 내에 포함된 프레임 중에서 랜덤하게 자신이 참가할 프레임을 선택한다(단계 506).
한편, RFID 리더(200)는 에폭크기를 전송한 후 태그 인식을 수행하기 위한 프레임 번호 및 서픽스를 포함하는 질의 신호를 태그(300)에 전송한다.(단계 508)
초기 시점에 RFID 리더(200)는 프레임 번호 1과 서픽스 '0'을 포함하는 질의 신호를 태그(300)로 전송한다.
RFID 리더(200)로부터 질의 신호를 수신한 태그(300)는 질의 신호에 포함된 프레임 번호와 자신이 선택한 프레임 번호가 동일한지 여부를 판단하고(단계 510), 질의 신호에 포함된 서픽스와 자신의 태그 식별자에 포함된 서픽스가 동일한지 여부를 판단한다(단계 512).
프레임 번호와 서픽스가 서로 동일한 경우 태그(300)는 응답 신호를 생성하여 RFID 리더(200)로 전송한다(단계 514).
RFID 리더(200)는 태그 충돌이 발생하였는지 여부를 판단하며(단계 516), 태그 충돌이 발생한 경우에는 하위 서픽스를 생성한다(단계 518).
태그 충돌이 발생하지 않은 경우에는 응답 신호를 전송한 태그를 RFID 리더(200)에서 인식한다(단계 519).
상기한 예와 같이, 서픽스'0' 대해 태그 충돌이 발생하는 경우, RFID 리더(200)는 하위 서픽스 '00'및 '10'을 생성한다.
생성된 하위 서픽스는 큐(240)에 저장된다(단계 520).
이후, RFID 리더(200)는 큐(240)에 저장된 하위 서픽스를 포함하는 질의 신호를 태그(300)로 다시 전송한다(단계 522).
단계 522는 큐(240)에 저장된 모든 하위 서픽스에 대해 반복 수행될 수 있다.
한편, 이전에 태그 충돌이 발생된 태그(300)는 하위 서픽스를 포함하는 질의 신호가 수신되는 경우 단계 510 내지 514를 반복 수행한다.
다른 한편, RFID 리더(200)는 현재 프레임 번호에서의 모든 태그 인식이 완료되었는지 여부를 판단한다(단계 524).
단계 524는 모든 서픽스에 대해 하나 이하의 태그만이 응답하는지 여부를 판단하는 과정이다.
현재 프레임 번호에서 태그 인식이 완료되는 경우, RFID 리더(200)는 다음 프레임 번호에 대해 질의 신호 전송 및 응답 신호 수신 과정을 반복 수행한다(단계 526).
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 프로토콜로 태그를 인식하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 최적 에폭크기가 4로 설정된 에폭크기를 복수의 태그(11000, 00110, 11100, 10111, 01100, 10110)에 전송한다.
이때 태그들은 각각 자신이 참가할 프레임을 선택한다.
도 6에서, 태그 식별자가 11000, 00110인 태그는 프레임 번호 ‘1’을 선택하고, 태그 식별자가 11100, 10111인 태그는 프레임 번호 ‘3’를 선택하며, 태그 식별자가 01100, 10110인 태그는 프레임 번호 ‘4’를 선택하는 것으로 가정한다.
태그에서 프레임 번호를 선택하면 RFID 리더는 복수의 태그에 질의 신호를 전송한다.
먼저 프레임 번호 ‘1’을 선택한 태그를 인식하는 과정을 설명한다.
RFID 리더(200)는 프레임 번호 ‘1’ 및 서픽스 ‘0’을 포함하는 질의 실호를 전송한다.
이때 1번 프레임에 참가하기로 결정한 태그들 중에서 서픽스가 ‘0’인 태그가 두 개(11000, 00110)이므로 태그 충돌이 발생한다.
RFID 리더(200)는 태그 충돌을 인식하여 서픽스'0'의 하위 서픽스인 '00'과 '01'을 생성한다. 이후, RFID 리더(200)는 프레임 번호 ‘1’ 및 하위 서픽스 '00'을 포함하는 질의 신호를 전송한다.
상기한 질의 신호에 의해 태그 식별자가 11000인 태그가 응답 신호를 전송하며, 이때, RFID 리더(200)는 하나의 응답 신호를 수신하였으므로 다음 하위 서픽스 ‘10’을 포함하는 질의 신호를 전송한다.
하위 서픽스 ‘10’을 포함하는 질의 신호에 대해 태그 식별자가 00110인 태그가 응답 신호를 전송한다.
1번 프레임에서 서픽스'0' 및 이의 하위 서픽스를 포함하는 태그를 모두 인식했기 때문에, RFID 리더(200)는 프레임 번호 ‘1’ 및 서픽스 ‘1’을 포함하는 질의 신호를 전송한다.
이때 1번 프레임을 선택하고, 서픽스'1'에 대응되는 태그가 존재하지 않으므로 RFID 리더(200)는 1번 프레임에서의 태그 인식 과정을 종료한다.
이후, RFID 리더(200)는 2번 내지 4번 프레임에 대해서도 질의 신호 전송, 태그 충돌 판단 및 하위 서픽스의 생성 과정을 반복 수행하면서 태그를 인식한다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 분배 과정에서 다이나믹 프레임드 슬롯티드 알로하 방식과 같이 에폭크기를 동적으로 결정하며, 인식 과정에서 트리 구조의 서픽스를 이용한다는 점에서 프레임드 쿼리 트리 리버스드(Framed Query Tree with Reversed tag IDs: FQTR) 프로토콜로 정의될 수 있다.
본 발명에 따른 프레임드 쿼리 트리 리버스드 프로토콜에서는 다이나믹 프레임드 슬롯티드 알로하를 사용하지만 실제 태그 인식 과정은 쿼리 트리 프로토콜로 진행되기 때문에 알로하 기반 프로토콜처럼 RFID 리더(200)가 태그(400)에게 인식이 완료되었다는 ACK를 보내지 않는다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 물류 시스템에서 복수의 태그를 인식하는 방법을 설명한다.
본 실험에 있어서, 바이너리 트리(Binary Tree: BT) 프로토콜, 쿼리 트리(QT) 프로토콜, 다이나믹 프레임드 슬롯티드 알로하(DFSA) 프로토콜 및 본 발명에 따른 프레임드 쿼리 트리 리버스드(FQTR) 프로토콜을 통해 수행된 태그 인식률, 태그 송수신 비트 수, 질의-응답 횟수를 측정하여 비교한다.
실험을 위해 사용된 태그 식별자는 헤더(8비트), 회사(28비트), 제품군(24비트) 및 시리얼넘버(36비트)의 총 96비트로 구성된 EPCGlobal의 GID-96에 따라 생성된다. GID-96은 물류분야에서의 사실상 표준이다. 이러한 태그 식별자는 [표 3]과 같이 구성된다.
헤더 회사 제품군 시리얼넘버 활용
공장 00110101 동일(랜덤) 동일(랜덤) 1000(순차) 원자재부품, 입하/공장
도매 00110101 동일(랜덤) 3(랜덤) 200(순차) 공장 출하, 도매/총판입하
소매 00110101 3(랜덤) 30(랜덤) 100(순차) 도매/총판 출하, 소매입하
소비자 00110101 10(랜덤) 15(랜덤) 20(랜덤) 소매 판매
물류 시스템은 공장에서 시작하여 도매, 소매, 소비자로 향하는 것을 가정한다. 공장에서 사용하는 태그 식별자의 헤더는 '00110101'이고, 회사와 제품군은 모든 태그가 각각 동일하다. 또한 시리얼 넘버는 순차적으로 구성하여 100개와 1000개의 태그 식별자를 생성한다.
상기와 같은 방법으로 도매, 소매 및 소비자가 사용하는 태그 식별자를 가정하여 100개와 1000개의 태그 식별자를 생성한다.
이하에서는 태그 인식률을 통해 본 발명의 성능을 확인한다.
[표 4] 및 [표 5]는 상기와 같이 생성된 태그 ID를 시뮬레이션하여 인식된 태그 평균(태그 인식률)을 나타낸 결과이다. [표 4]는 총 100개의 태그 식별자를 이용하였고, [표 5]는 총 1000개의 태그 식별자를 이용하였다.
공장 도매 소매 소비자
BT 100 100 100 100
DFSA 99.3 100 100 100
QT 100 100 100 100
FQTR 100 100 100 100
공장 도매 소매 소비자
BT 1000 1000 1000 1000
DFSA 990 993 993 995
QT 1000 1000 1000 1000
FQTR 1000 1000 1000 1000
[표 4] 및 [표 5]에 나타난 바와 같이, 바이너리(BT) 프로토콜, 쿼리 트리(QT) 프로토콜 및 프레임드 쿼리 트리 리버스드(FQTR) 프로토콜에서는 모든 태그를 인식하나, 다이나믹 프레임드 슬롯티드 알로하(DFSA) 프로토콜은 모든 태그를 인식하지 못한다. 이는 태그들이 지속적으로 하나의 슬롯을 선택할 수도 있기 때문이다. 본 발명에 따른 FQTR은 모든 실험 결과에서 모든 태그를 인식하여 태그 충돌 방지 프로토콜의 기본 요건에 적합함을 보였다.
이하에서는 태그 송수신 비트를 통해 본 발명의 성능을 확인한다.
도 7은 태그 식별자 100개를 이용하여 각 프로토콜에 따른 태그 전송 비트 수를 도시한 도면이고, 도 8은 태그 식별자 1000개를 이용하여 각 프로토콜에 따른 태그 전송 비트 수를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 프레임드 쿼리 트리 리버스드(FQTR) 프로토콜은 DFSA 프로토콜과 함께 가장 낮은 수준의 태그 송수신 비트를 갖는다.
이때 태그 식별자의 프리픽스는 '00110101'로 동일하기 때문에 프리픽스를 이용하여 트리를 구성하는 QT 프로토콜은 본 발명에 따른 FQTR 프로토콜에 비해 많은 송수신 비트를 갖게 된다.
이하에서는 리더의 질의와 태그의 응답 횟수를 통해 본 발명의 성능을 확인한다.
[표 6]은 총 태그 식별자가 100개일 경우의 리더 질의-태그 응답 횟수의 시뮬레이션 결과이다.
공장 도매 소매 소비자
BT 288 288 300 291
DFSA 424.7 423.7 428.3 416.3
QT 2836 2886 2916 2860
FQTR 281 276 260 265
도 9는 태그 식별자 100개를 이용하여 각 프로토콜에 따른 질의 응답 횟수를 도시한 도면이다.
[표 6] 및 도 9를 참조하면, FQTR 프로토콜의 질의 응답 횟수는260 ~ 281로 다른 프로토콜, 특히 QT 프로토콜에 비하여 월등하게 적은 횟수를 나타내는 것을 알 수 있다.
[표 7]은 총 태그 식별자가 1000개일 경우의 리더 질의-태그 응답 횟수의 시뮬레이션 결과이다.
공장 도매 소매 소비자
BT 2873 2892 2886 2901
DFSA 3649.3 4069 3921 4074.3
QT 2158 2158 2158 2158
FQTR 2454 2517 2415 2453
도 10은 태그 식별자 1000개를 이용하여 각 프로토콜에 따른 질의 응답 횟수를 도시한 도면이다.
[표 7] 및 도 10을 참조하면, QT 프로토콜과 FQTR 프로토콜이 다른 프로토콜에 비하여 적은 질의 응답 횟수를 나타낸다.
QT 프로토콜은 태그 수가 100개인 경우를 나타낸 [표 6]과 태그 수가 1000개인 경우를 나타낸 [표 7]을 비교하여 태그 수에 따라 질의 응답 횟수에 차이가 많이 나는 것을 알 수 있다.
이에 반해, 본 발명에 따른 FQTR 프로토콜은 태그 수가 100개인 경우를 나타낸 [표 6]과 태그 수가 1000개인 경우를 나타낸 [표 7]을 비교하면 태그 수에 관계없이 안정적으로 적은 질의 응답 횟수가 나타난다는 것을 알 수 있다.
상기의 시뮬레이션 결과를 통해 본 발명에 따른 FQTR 프로토콜을 이용하여 태그의 충돌을 방지하고, 안정적으로 태그를 인식할 수 있는 것을 확인하였다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 RFID 통신에서 리더와 태그 간에 전파를 이용하여 질의-응답하는 과정을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 RFID 리더의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 태그의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 RFID 리더에서 최적 에폭크기를 설정하는 과정을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 충돌 방지방법의 RFID 리더와 태그의 동작 과정을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 프로토콜로 태그를 인식하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 7은 태그 식별자 100개를 이용하여 각 프로토콜에 따른 태그 전송 비트 수를 도시한 도면.
도 8은 태그 식별자 1000개를 이용하여 각 프로토콜에 따른 태그 전송 비트 수를 도시한 도면.
도 9는 태그 식별자 100개를 이용하여 각 프로토콜에 따른 질의 응답 횟수를 도시한 도면.
도 10은 태그 식별자 1000개를 이용하여 각 프로토콜에 따른 질의 응답 횟수를 도시한 도면.

Claims (13)

  1. RFID 리더의 인식 영역 내에 포함된 복수의 태그 간에 충돌을 방지하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 추정된 태그 수를 이용하여 하나 이상의 프레임을 포함하는 최적 에폭크기를 결정하는 단계;
    (b) 상기 결정된 에폭크기를 상기 복수의 태그로 전송하는 단계;
    (c) 제1 프레임 번호 및 서픽스를 포함하는 질의 신호를 상기 복수의 태그로 전송하는 단계; 및
    (d) 상기 제1 프레임 번호를 선택하고 상기 서픽스에 상응하는 태그 식별자를 갖는 태그로부터 응답 신호를 수신하는 단계를 포함하되,
    상기 (a) 단계는,
    (a1) 초기 에폭크기를 상기 복수의 태그로 전송하는 단계; (a2) 첫 프레임 테스트를 통해 태그 수를 추정하는 단계; 및 (a3) 상기 추정된 태그 수와 상기 초기 에폭크기를 이용하여 에폭크기의 변경 여부를 판단하는 단계를 포함하는 RFID 태그 충돌 방지 방법
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 태그로부터 응답 신호가 수신되는 경우, 상기 서픽스의 비트를 증가시켜 하위 서픽스를 생성하고, 상기 제1 프레임 번호 및 상기 하위 서픽스를 포함하는 질의 신호를 상기 복수의 태그로 전송하는 단계를 더 포함하는 RFID 태그 충돌 방지 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    하나 이하의 태그로부터 상기 응답 신호가 수신되는 경우, 상기 응답 신호를 송신한 태그를 인식하고 상기 제1 프레임 번호 및 상기 서픽스의 등위 서픽스를 포함하는 질의 신호를 상기 복수의 태그로 전송하는 단계를 더 포함하는 RFID 태그 충돌 방지 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 프레임 번호를 선택한 모든 태그로부터 순차적으로 상기 응답 신호가 수신되는 경우, 제2 프레임 번호 및 상기 서픽스를 포함하는 질의 신호를 복수 의 태그로 전송하는 단계를 더 포함하는 RFID 태그 충돌 방지 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (a2) 단계는
    첫 프레임 번호 및 소정 서픽스를 포함하는 질의 신호를 복수의 태그로 전송하는 단계;
    상기 첫 프레임 번호를 선택하고 상기 서픽스에 상응하는 태그 식별자를 갖는 태그로부터 응답 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 응답 신호를 전송하는 태그 수를 이용하여 태그 수를 추정하는 단계를 포함하는 RFID 태그 충돌 방지 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (a3) 단계는
    상기 추정된 태그 수가 상기 초기 에폭크기의 배수를 초과하는 경우 상기 에폭크기를 증가시키는 단계를 포함하는 RFID 태그 충돌 방지 방법.
  8. RFID 리더의 인식 영역 내에 포함된 복수의 태그 간에 충돌을 방지하기 위한 방법에 있어서,
    초기 에폭크기를 상기 복수의 태그로 전송하는 단계;
    첫 프레임 번호 및 서픽스를 포함하는 질의 신호를 복수의 태그로 전송하는 단계;
    상기 첫 프레임 번호를 선택하고 상기 서픽스에 상응하는 태그 식별자를 갖는 태그로부터 응답 신호를 수신하는 단계;
    상기 응답 신호를 전송하는 태그 수를 이용하여 태그 수를 추정하는 단계;
    상기 추정된 태그 수를 이용하여 최적 에폭크기를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 에폭크기에 따라 태그 인식을 수행하는 단계를 포함하는 RFID 태그 충돌 방지 방법.
  9. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제6항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  10. 복수의 태그를 인식하는 RFID 리더에 있어서,
    추정된 태그 수를 이용하여 최적 에폭크기를 결정하는 에폭크기 결정부;
    프레임 번호 및 미리 설정된 비트의 서픽스를 포함하는 질의 신호를 생성하는 질의 신호 생성부; 및
    상기 결정된 에폭크기 및 상기 질의 신호를 상기 복수의 태그로 전송하는 통신부를 포함하되,
    상기 에폭크기를 수신한 각 태그는 상기 에폭크기 범위 내에서 랜덤하게 프레임 번호를 선택하며, 상기 질의 신호에 포함된 프레임 번호를 선택하고 상기 서픽스에 상응하는 태그 식별자를 갖는 경우에 응답 신호를 전송하고,
    상기 에폭크기 결정부는 초기 에폭크기를 상기 복수의 태그로 전송하고, 첫 프레임 테스트를 통해 태그 수를 추정하며, 상기 추정된 태그 수와 상기 초기 에폭크기를 이용하여 에폭크기의 변경 여부를 판단하는 RFID 리더.
  11. 제10항에 있어서,
    복수의 태그로부터 응답 신호가 수신되는 경우, 상기 서픽스의 비트를 증가시켜 하위 서픽스를 생성하는 하위 서픽스 생성부; 및
    상기 생성된 하위 서픽스를 저장하는 큐를 더 포함하는 RFID 리더.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 질의 신호 생성부는 하나 이하의 태그로부터 상기 응답 신호가 수신되는 경우, 상기 프레임 번호 및 상기 서픽스의 등위 서픽스를 포함하는 질의 신호를 생성하는 RFID 리더.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 질의 신호 생성부는 상기 프레임 번호를 선택한 모든 태그로부터 순차적으로 상기 응답 신호가 수신되는 경우, 다음 프레임 번호 및 상기 서픽스를 포함하는 질의 신호를 생성하는 RFID 리더.
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