KR101041598B1

KR101041598B1 - 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 ｒｆｉｄ 시스템 및 그 통신 방법

Info

Publication number: KR101041598B1
Application number: KR1020090007966A
Authority: KR
Inventors: 유영환; 김진환
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2011-06-15
Also published as: JP2010178326A; CN101794369A; US8217794B2; CN101794369B; JP4932891B2; KR20100088842A; US20100194544A1

Abstract

본 발명은 현재 표준과의 호환성을 유지한 채 다중 홉 통신을 지원하기 위해 표준상의 명령어 및 응답 메시지 형태는 변경하지 않고, 기존에 사용하지 않던 일부 필드를 사용하여 음영지역의 태그가 주변 다른 태그를 통한 다중 홉 통신 방식으로 리더와의 통신이 가능하도록 한 항만 물류용 능동형 RFID 시스템 및 그 통신 방법을 제공하기 위한 것으로서, 리더와 태그를 포함하는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템에 있어서, 상기 태그는 리더 또는 다른 태그로부터 리더의 P2P 명령어 또는 브로드캐스트 명령어를 수신하는 명령어 수신부와, 상기 명령어 수신부로 리더의 P2P 명령어 또는 브로드캐스트 명령어를 송신한 리더 또는 다른 태그로 자신의 응답 메시지를 송신하는 응답 메시지 송신부와, 상기 명령어 수신부로부터 수신된 리더의 P2P 명령어 또는 브로드캐스트 명령어를 다른 태그로 재송신하는 명령어 전달부와, 상기 명령어 전달부를 통해 리더의 P2P 명령어 또는 브로드캐스트 명령어를 송신한 태그로부터 응답 메시지를 수신하는 응답 메시지 수신부와, 상기 명령어 수신부에서 수신된 명령어가 브로드캐스트 명령어인 경우 브로드캐스트 명령어에 자신의 태그 ID와 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지에 따른 레벨 값을 추가하여 브로드캐스트 명령어를 재구성하고 명령어 전달부로 제공하는 명령어 재구성부와, 상기 명령어 수신부를 통해 수신된 브로드캐스트 명령어가 다른 태그로부터 전송된 명령어인 경우 응답 메시지에 다른 태그가 재전송해준 명령어인지를 구별하는 정보와, 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지에 따른 레벨 값과, 자신에게 명령을 전달해 준 태그 의 ID를 추가하여 응답 메시지를 재구성하고 응답 메시지 수신부로 제공하는 응답 메시지 재구성부와, 상기 응답 메시지 수신부로부터 수신되는 응답 메시지를 송신하는 하위 태그를 자식 태그로 기록하고, 명령어 수신부로부터 수신되는 브로드캐스트 명령어를 송신하는 상위 태그를 부모 태그로 기록하여 트리 형태의 네트워크 토폴로지로 저장하는 자식 테이블을 포함하는데 있다.

항만 물류, 능동형 RFID, 433MHz 능동형, ISO/IEC 18000-7, 다중 홉 통신

Description

다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 ＲＦＩＤ 시스템 및 그 통신 방법{active RFID system for Port Logistics using Multi-hop Communication and communication method of the same}

본 발명은 항만에서 컨테이너 및 각종 장비들의 효율적인 처리 및 상태 관리를 위한 것으로, 각 물품에 433MHz 능동형 RFID 태그를 부착하고 리더로 태그 정보를 수집할 때 태그의 인식률을 향상시킬 수 있는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템 및 그 통신 방법에 관한 것이다.

항만 물류에서 사용되는 대표적인 RFID 시스템은 433MHz 기반의 능동형 RFID 통신 시스템으로 ISO/IEC 18000-7의 국제 표준을 사용하고 있다. 그리고 해당 표준은 크게 브로드캐스트 명령어와 P2P (peer-to-peer) 명령어 두 종류로 나눌 수 있는 리더의 각종 명령어 패킷을 정의하고, 이에 대한 태그의 응답 메시지 형태를 정의한다. 미국에서는 수출입 물류의 흐름을 추적하고 화물의 보안 강화를 위해 전자봉인(e-Seal) 태그를 연구하고 있으며, 미국 및 유럽의 몇몇 항만에서는 항만 내 컨테이너 및 장비들에 433MHz 능동형 태그를 부착하여 각 물품의 식별과 선적 및 하역 작업 자동화에 시범 이용하고 있다.

현재 항만에서 물품을 식별하고 추적하기 위해 사용하는 방법은 작업자가 PDA 등 단말기를 들고 다니면서 수작업으로 물품의 존재 여부와 상태를 파악하여 항만에 설치된 무선랜을 통해 서버에 정보를 전달하는 방식이다. 숙련된 작업자를 가정할 경우 이 방식은 정확한 정보를 수집, 유지할 수 있다는 장점이 있으나 높은 인건비를 필요로 하고, 시시각각 변화하는 물품의 상태를 신속하게 파악하지 못할 가능성이 있다.

근래 주목받고 있는 RFID 기술은 현재 이러한 방식의 단점을 해소해 줄 수 있다. 즉, 컨테이너 각각에 RFID 태그를 부착한 후, 리더를 이용하여 수집 명령을 보내면 무선 라디오를 통해 각 태그의 정보를 자동으로 수집할 수 있다. 이는 물품의 파손이나 도난 같은 예기치 못한 상황에도 일일이 작업자가 확인할 필요 없이 신속하게 대응할 수 있다.

도 1 은 현재 RFID 표준 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 리더(100)의 명령어는 무선을 통해 주변의 태그들에게 전달되고 태그들은 자신의 정보를 담은 응답 메시지를 다시 리더(100)에게 보낸다. 그러면 리더(100)는 태그들의 응답 메시지를 서버(400)를 통해 관리자 단말기(500)에 제공함으로써, 관리자는 원거리에서 물품의 존재 여부와 상태를 파악하게 된다. 하지만, 간혹 주변의 방해물(300) 때문에 리더(100)의 신호를 받지 못하는 태그(200)가 존재할 수 있는데, 이러한 경우 관리자는 물품의 존재 여부 및 상태의 파악에 어려움이 발생되게 된다.

예를 들어 설명하면, 태그5(200)는 리더(100)와의 사이에 전파를 방해하는 벽(300)이 존재하는 경우, 상기 태그5(200)는 리더(100)의 신호를 받지 못하게 되고, 이 때문에 리더(100)에 응답할 수 없게 된다. 그러면, 리더(100)는 당연히 태그5(200)의 존재를 인식할 수 없다.

이렇게 리더(100)의 신호가 닿지 않는 지역을 음영지역이라고 하는데, 컨테이너 항만에는 금속성의 컨테이너가 4단 5열로 적재되어 있고 크레인이나 야드 트랙터 같은 대형 장비들도 산재해 있어서 이들의 전파 방해로 인한 음영이 발생할 확률이 매우 높다. 특히 항만 물류에서 사용되는 433MHz 능동형 태그의 인식거리는 50~100 미터에 이른다고 알려져 있지만, 항만 같은 특수 환경에서는 실제로 이보다 훨씬 짧고 물품들이 적재된 형태에 따라 인식거리가 불규칙할 수밖에 없다.

이처럼 리더(100)에서 태그들의 정보가 모두 완벽히 인식되지 못하면 전체 항만 물류의 효율성에 큰 문제를 일으킬 수 있다. 즉, 종류와 행선지, 심지어 존재 여부조차 명확히 파악되지 않은 컨테이너들은 전체 컨테이너들의 야적 형태와 선적 및 하역 스케줄링에 악영향을 줄 수밖에 없다. 이는 현재 항만 물류용 433MHz 능동형 태그 통신의 국제 표준(ISO/IEC 18000-7)이 리더와 태그 간의 직접 통신만을 위해 정의되어있고, 리더와 태그 간의 다중 홉 통신을 지원하기에는 적합하지 않기 때문에 발생된다.

따라서 통신 음영이나 무선 통신의 불안정성으로 인해 인식되지 못한 태그 정보는 다시 수작업을 통해 기록해야 하기 때문에 기존 무선랜을 사용하는 환경에 비해 큰 장점을 가지기 어렵다. 그러므로 RFID 기술이 항만 물류 자동화에 기여하기 위해서는 통신 음영 문제를 해결할 수 있는 방법이 필요하다.

음영 발생 문제를 해결할 수 있는 현재 기술로는 다음과 같은 방법들이 있다.

첫째, 가장 쉽게 생각할 수 있는 방법으로 음영이 자주 발생하는 장소에 고정형 무선 리더를 증설할 수 있다. 그러나 이 방법에는 몇 가지 문제가 따르는데, 우선 가장 큰 문제점은 항만 내에서 고정형 리더를 설치할 수 있는 장소가 제한되어 있는 것이다. 항만에는 조밀하게 야적된 컨테이너들 사이로 야드 트랙터나 지게차 등을 위한 이동 경로가 확보되어야 하고 곳곳에 크레인, 리프트 등 장비를 위한 공간도 있어야 하기에, 리더를 설치할 수 있는 장소는 야적장 중간 중간에 마련된 조명탑 정도로 국한된다. 게다가 고정형 리더가 충분히 설치되었다고 해도 금속성의 대형 장비와 컨테이너에 의해서 태그와의 원활한 통신이 방해받는 경우가 계속 발생하게 된다.

둘째, 이동형 리더의 개발과 도입이다. 이동형 리더들은 항만 내 작업 차량들에 부착되어 차량으로부터 지속적인 전원을 공급받으면서 주변에 있는 태그들의 정보를 수집한다. 하지만, 이러한 이동형 리더에도 문제점은 있다. 먼저 특정지역에서의 지속적인 통신 음영지역 문제를 들 수 있다. 접근이 어려운 지역, 예를 들면 작업 차량의 이동 경로에서 가장 먼 지역, 가장 높은 곳에 적재된 컨테이너에 부착된 태그의 경우 이동형 리더 역시 통신이 불가능할 가능성이 있다. 또한, 리더가 끊임없이 움직이게 되므로 네트워크 토폴로지의 잦은 변화로 인한 메시지 부하가 발생하고 네트워크 안전성의 확보가 어렵다. 또한 이동형 리더는 고정형 리더보다 가격도 2~3배에 이르고 있어, 가격 역시 이동형 리더의 또 다른 문제점이라 할 수 있다.

이처럼, 항만 물류 환경에서 현재 RFID 시스템의 한계는 불규칙적으로 발생하는 음영지역 문제를 해결할 수 없다는 것이다. 물론, 리더를 더 촘촘히 설치하는 방법도 있지만, 이 경우 비용도 많이 들고 리더 신호 간의 충돌이라는 새로운 문제도 발생할 수 있다. 더군다나 항만에는 컨테이너 야적과 장비들의 이동 및 작업을 위한 공간이 확보되어야 하므로 리더를 설치할 수 있는 공간에 제한이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 현재 표준과의 호환성을 유지한 채 다중 홉 통신을 지원하기 위해 표준상의 명령어 및 응답 메시지 형태는 변경하지 않고, 기존에 사용하지 않던 일부 필드를 사용하여 음영지역의 태그가 주변 다른 태그를 통한 다중 홉 통신 방식으로 리더와의 통신이 가능하도록 한 항만 물류용 능동형 RFID 시스템 및 그 통신 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 음영지역의 태그가 주변 다른 태그를 통한 다중 홉 통신 방식으로 리더와 통신할 수 있도록 함으로써 고정형 리더를 새로이 설치해야 하는 문제나 고가의 이동형 리더를 구입해야 하는 문제 등을 피할 수 있도록 한 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템 및 그 통신 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 현재 항만 물류 RFID 통신 표준인 ISO/IEC 18000-7에 서 다중 홉 통신이 가능하도록 프로토콜을 수정하여 음영지역의 태그가 주변 다른 태그를 통한 다중 홉 통신 방식으로 리더와의 통신이 가능하도록 하여 항만에서 컨테이너나 각종 장비들의 식별과 상태를 효과적으로 추적하기 위한 RFID 장치를 운영하는 통신 프로토콜의 새로운 종류를 갖는 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템 및 그 통신 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템의 특징은 리더와 태그를 포함하는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템에 있어서, 상기 태그는 리더 또는 다른 태그로부터 리더의 P2P 명령어 또는 브로드캐스트 명령어를 수신하는 명령어 수신부와, 상기 명령어 수신부로 리더의 P2P 명령어 또는 브로드캐스트 명령어를 송신한 리더 또는 다른 태그로 자신의 응답 메시지를 송신하는 응답 메시지 송신부와, 상기 명령어 수신부로부터 수신된 리더의 P2P 명령어 또는 브로드캐스트 명령어를 다른 태그로 재송신하는 명령어 전달부와, 상기 명령어 전달부를 통해 리더의 P2P 명령어 또는 브로드캐스트 명령어를 송신한 태그로부터 응답 메시지를 수신하는 응답 메시지 수신부와, 상기 명령어 수신부에서 수신된 명령어가 브로드캐스트 명령어인 경우 브로드캐스트 명령어에 자신의 태그 ID와 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지에 따른 레벨 값을 추가하여 브로드캐스트 명령어를 재구성하고 명령어 전달부로 제공하는 명령어 재구성부와, 상기 명령어 수신부를 통해 수신된 브로드캐스트 명령어가 다른 태그로부터 전송된 명령어인 경우 응답 메시지에 다른 태그가 재전송해준 명령어인지를 구별하는 정보와, 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지에 따른 레벨 값과, 자신에게 명령을 전달해 준 태그의 ID를 추가하여 응답 메시지를 재구성하고 응답 메시지 수신부로 제공하는 응답 메시지 재구성부와, 상기 응답 메시지 수신부로부터 수신되는 응답 메시지를 송신하는 하위 태그를 자식 태그로 기록하고, 명령어 수신부로부터 수신되는 브로드캐스트 명령어를 송신하는 상위 태그를 부모 태그로 기록하여 트리 형태의 네트워크 토폴로지로 저장하는 자식 테이블을 포함하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 통신 방법의 특징은 리더와 태그를 포함하는 항만 물류용 능동형 RFID 통신 방법에 있어서, 상기 태그는 (a) 리더 또는 다른 태그로부터 브로드캐스트 명령어가 수신되면, 상기 브로드캐스트 명령어에 자신의 태그 ID와 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지에 따른 레벨 값을 추가하여 브로드캐스트 명령어를 재구성하는 단계와, (b) 상기 재구성된 브로드캐스트 명령어를 하위 태그들에게 전송하는 단계와, (c) 상기 수신된 브로드캐스트 명령어가 다른 태그로부터 수신된 명령어인 경우 표준 응답 메시지에 다른 태그가 재전송해준 명령어인지를 구별하는 정보와, 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지에 따른 레벨 값과, 자신에게 명령을 전달해 준 태그의 ID를 추가하여 응답 메시지를 재구성하는 단계와, (d) 상기 재구성된 응답 메시지를 상기 브로드캐스트 명령어를 송신한 태그에게 전송하는 단계와, (e) 하위 태그로부터 재구성된 응답 메시지를 수신하면, 응답 메시지를 송신하는 하위 태그를 자식 태그로 기록하고, 명령어 수신부로부터 수신되는 브로드캐스트 명령어를 송신하는 상위 태그를 부모 태그로 기록하여 트리 형태의 자식 테이블을 생성하 는 단계와, (f) 명령어 수신부를 통해 수신되는 리더의 P2P 명령어를 태그 간의 다중 홉 통신 방식을 이용하여 수행하는 단계를 포함하는데 있다.

바람직하게 상기 (a) 단계는 기존의 Tag ID 필드에 명령어를 재방송하는 제 1 태그의 ID를 담아 Rebroadcast Tag ID로 사용하는 단계와, 상기 브로드캐스트 명령어의 Command Type 내 사용되지 않는 비트들 중 두 개를 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지를 나타내는 레벨(Level) 값으로 추가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 (c) 단계는 표준 응답 메시지 중 최상위 네 비트인 Mode Field에 다른 태그가 재전송해준 명령어인지를 구별할 수 있는 정보를 추가하는 단계와, 수신된 브로드캐스트 명령어가 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지에 따른 레벨 값을 상기 Mode Field 이후 두 비트에 추가하는 단계와, 응답 메시지의 Data 필드의 마지막 네 바이트에 자신에게 명령을 전달해 준 태그의 ID를 추가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 (c) 단계는 리더 직전에 있는 태그가 리더로 응답 메시지를 전달하기 전에 상기 추가된 태그 ID를 삭제하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 (f) 단계는 상기 수신되는 P2P 명령어가 자신인 제 1 태그를 목적지로 하는 P2P 명령어인 경우 다른 태그와 상관없이 응답 메시지를 리더로 보내고 작업을 종료하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 (f) 단계는 (f1) 상기 수신되는 P2P 명령어가 자신이 아닌 다른 태그를 목적지로 하는 P2P 명령어인 경우는 수신한 P2P 명령어의 목적지 태그 가 자신의 자식 테이블 내에 존재하는지 확인하는 단계와, (f2) 상기 확인 결과 존재하면, 수신한 P2P 명령어를 자식 태그로 전송하는 단계와, (f3) 상기 (f1), (f2) 과정을 반복하여 P2P 명령어를 목적지 태그까지 전송하는 단계와, (f4) 상기 목적지 태그로부터 응답 메시지가 수신되면, 수신된 응답 메시지를 리더에 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템 및 그 통신 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 다중 홉 RFID 리더 태그 간 통신이 가능하도록 설정함으로써, 항만 환경에 RFID 시스템의 도입에 걸림돌이 되었던 음영지역 문제를 별도의 시설 비용 없이 해결할 수 있다.

둘째, 항만 물류 환경에서 RFID 시스템이 전격적으로 현재의 무선랜을 대체함으로써, 물품에 사람이 일일이 접근하여 확인할 필요가 없어지고, 물류 처리 속도가 향상되며, 인건비가 현격히 절감되는 효과가 있다.

셋째, 도난이나 파손과 같은 예기치 못한 상황에 신속히 대처할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템 및 그 통신 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템의 네트워크 형태를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 점선 원(10)은 리더(100)의 무선 라디오 도달 범위를 나타내고, 실선 원(20)은 태그5(210) 라디오의 전송 범위를 나타낸다. 그리고 태그5(210)의 경우 리더(100)와 서로의 통신 범위를 벗어나기 때문에 기존 표준의 방법으로는 통신할 수 없고, 태그3이나 태그4가 리더 명령어와 응답 메시지를 중계해 주어야 한다. 또한 태그6(200)의 경우도 리더(200)와의 사이에 전파 진행을 방해하는 벽(300)이 있어서 리더(100)와 직접 통신은 불가능하고, 태그2를 통해 리더와 통신하여야 한다.

이를 위해, 상기 태그는 리더의 명령어를 음영지역 태그에게 전달해주는 모듈과, 다른 태그의 응답 메시지를 리더 방향으로 전달해주는 모듈이 있어야 한다. 그리고 명령어와 응답 메시지의 이동 방향을 결정하기 위한 트리 기반의 네트워크 토폴로지를 자동 구성하는 기술도 필요하다.

도 3 은 이러한 기능을 수행할 수 있도록 구현된 태그의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3과 같이, 하나의 태그는 명령어 수신부(210), 응답 메시지 송신부(220), 명령어 전달부(230), 응답 메시지 수신부(240), 명령어 재구성부(250), 응답 메시지 재구성부(260) 및 트리기반 자식 테이블(270)을 포함한다.

이때, 하나의 태그는 경우에 따라, 목적지인 태그가 리더의 명령어를 직접 받을 수 있는 위치에 있는 경우(태그1, 태그2)는 리더(100)의 명령어에 직접 응답하는 것으로 일이 끝나기도 하고, 목적지인 태그가 리더의 명령어를 직접 받을 수 없는 위치에 있는 경우(태그5, 태그6)는 리더(100)와 상기 태그(태그5, 태그6) 사이에서 패킷 중계 역할을 하기도 한다.

한편, 리더의 명령어는 크게 목적지 태그에 특정 명령을 지시하거나 목적태그의 상태정보를 요청할 때 사용되는 P2P(Peer-To-Peer) 명령어와, 리더(100) 주변의 태그를 수집할 때 사용하는 브로드캐스트 명령어 두 종류로 나눌 수 있으며, 태그는 명령어 수신부(301)에서 받은 리더 명령어에 따라 다음 세 가지 경우로 나눌 수 있다.

먼저 첫 번째의 경우는 명령어 수신부(301)에서 받은 리더(100)의 명령이 해당 태그를 목적지로 하는 P2P 명령어이다. 이 경우는 다른 태그와 상관없이 응답 메시지 송신부(302)를 통해 바로 응답 메시지를 리더(100)로 보내고 작업을 종료한다.

다음 두 번째의 경우는 명령어 수신부(301)에서 받은 리더(100)의 명령이 자신이 아닌 다른 태그로 향해야 하는 P2P 명령어이다. 이때, 수신한 P2P 명령어의 목적지 태그가 자신의 자식 테이블(270) 내에 존재한다면, 받은 명령어를 명령어 전달부(230)를 통해 자기의 자식 태그의 명령어 수신부(210)로 전송한다. 이후 응답 메시지 수신부(240)를 통해 목적지 태그로부터 응답 메시지가 수신되면, 이 메시지를 응답 메시지 송신부(220)를 통해 리더(100)에 전달한다. 또한 수신한 P2P 명령어의 목적지 태그가 자신의 자식 테이블(270) 내에 없다면, 그냥 무시한다. 참고로, 상기 자식 테이블(270) 구성은 뒤에서 다시 설명한다.

마지막으로 세 번째의 경우는 명령어 수신부(301)에서 받은 리더(100)의 명령이 브로드캐스트 명령어인 경우이다. 이 경우는 응답 메시지 재구성부(260)를 통해 자신의 응답 메시지를 만들어 응답 메시지 송신부(220)를 통해 명령어를 보낸 리더(100)나 다른 태그에 응답한 후, 다시 명령어 재구성부(250)를 통해 수신된 명령어를 재구성해서 명령어 전달부(230)를 통해 재방송한다.

도 4 는 도 3의 명령어 재구성부에서 수신된 브로드캐스트 명령어를 재구성한 명령어 형식을 나타낸 도면이다.

도 4와 같이, 명령어 재구성부(250)를 통해 재구성된 명령어는 현재 표준인 ISO/IEC 18000-7과 기본 형태는 같고, 브로드캐스트 명령어 전송 시 사용되지 않는 두 필드들에 정보를 추가하였다.

즉, 기존의 Tag ID 필드에 명령어를 재방송하는 태그의 ID를 담아 Rebroadcast Tag ID(610)로 사용하고, Command Type(620) 내 사용되지 않는 비트들 중에 3번 4번 비트 두 개를 리더(100)에서 몇 홉을 거쳐 왔는지를 나타내는 레벨(Level)(621) 값으로 정의한다. 이때, 리더(100)에게서 직접 받은 명령어는 레벨이 0이고, 한 홉을 거쳐 갈 때마다 상기 레벨(621) 값이 1씩 증가한다.

한편, 명령어에 대한 응답 메시지는 리더(100)에게 직접 응답하는 경우는 당연히 표준에 제시된 메시지 형식을 따르지만, 상위의 다른 태그에게 보내는 응답 메시지는 몇 가지 정보가 추가되어야 한다. 즉, ISO/IEC 18000-7 표준에 제시된, 리더의 명령어에 대한 태그의 응답 메시지 중 가장 상위 두 바이트는 Tag Status인데, 다른 태그에 보내는 응답 메시지에서는 이 내용이 약간 달라져야 한다. 이것은 도 5에 나타내었다.

도 5 는 도 3의 응답 메시지 재구성부에서 태그에서 다른 태그로 보내는 응답 메시지의 형식을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하여 설명하면, 리더의 명령어에 대한 태그의 응답 메시지 중 최상위 네 비트인 Mode Field(710)는 수신한 명령어가 브로드캐스트 명령어인지 P2P 명령어인지를 나타내는 것인데, 본 발명에서는 상기 Mode Field(710)에 Relay Command(711)라는 값을 하나 추가하여 다른 태그가 재전송해준 명령어를 구별할 수 있도록 한다.

그리고 상기 Mode Field(710) 이후 두 비트(720)는 원래 사용하지 않는 부분인데, 이 두 비트를 이용하여 명령어에 담겨 있던 레벨(720) 값을 담도록 한다. 참고로 상기 레벨(720) 값은 명령어 수신부(210)를 통해 입력되는 명령어의 Command Type(620)에 저장된 레벨(621) 값을 그대로 이용한다. 상기 레벨(720) 값은 명령어 가 몇 홉 만에 자신에게 도착했는지를 나타내므로, 결국 이 응답 메시지가 리더(100)에 도달하기 위해서 몇 홉을 거쳐 가야 하는지를 알려준다.

그리고 이 응답 메시지가 누구에게 가는 것인지 나타내기 위해 표준의 응답 메시지에 존재하는 가변 길이의 Data 필드(730)의 마지막 네 바이트에 자신에게 명령어를 전달해준 태그의 ID를 담는다. 이 태그 ID는 리더 직전에 있는 태그가 리더(100)로 응답 메시지를 전달하기 전에 삭제하도록 함으로써, 태그간의 통신 프로토콜 및 소프트웨어에만 최소한의 변경을 주고, 리더(100)와의 통신에 있어서는 현재 표준과의 호환성을 유지를 위해 변경되지 않도록 한다.

마지막으로, 각 태그는 자신이 누구에게 명령어를 전달해주어야 하는지 알고 있어야 한다. 이것은 브로드캐스트 명령어를 전송할 때 하위 태그들의 응답 메시지를 보고 자식 테이블(600)을 구성함으로써 해결할 수 있다. 앞서 언급했듯이 브로드캐스트 명령어를 전달받은 태그는 이를 전달해준 태그를 부모 태그로 기록하고 응답 메시지를 보낸다.

예를 들면, 도 6(a)와 같이, 태그 5는 태그2에게 응답 메시지를 보내고, 태그8 및 태그9는 태그5에게 응답 메시지를 보내는 식이다. 그럼 태그2는 태그5의 메시지를 받을 때 태그5를 자식 테이블에 기록하고, 태그8 및 태그9의 메시지를 다시 태그5로부터 전달받을 때 태그8 및 태그9를 테이블에 기록하게 된다. 이렇게 기록된 태그2의 자식 테이블을 도 6(b)에서 나타내고 있다.

도 6(b)와 같이, 자식 테이블에는 목적지 태그마다 다음 태그를 나타내는 필드가 있어서 명령어를 누구에게 전달해야 하는지 알 수 있다. 다시 말해 이 자식 테이블 덕분에 태그2는 태그5나 태그8 및 태그9로 향하는 P2P 명령어를 받았을 때 이를 태그5에 전달해주어야 한다는 판단을 할 수 있다.

모든 태그들이 이러한 자식 테이블을 유지함으로써 도 6(a)와 같은 리더를 루트로 하는 트리 형태의 네트워크 토폴로지를 구성하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1 내지 도 6(a)(b)와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다.

도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 통신 방법에서 브로드캐스트 명령어를 처리하면서 트리 기반의 네트워크 토폴로지를 구성하는 흐름도이다.

도 7을 참조하여 설명하면, 먼저, 제 1 태그는 명령어 수신부(210)를 통해 리더의 브로드캐스트 명령어를 수신하면(S10), 응답 메시지 재구성부(260)를 통해 자신의 응답 메시지를 재구성하고 응답 메시지 송신부(220)를 통해 상기 브로드캐스트 명령어를 송신한 상위 제 2 태그 또는 리더에게 응답 메시지를 보낸다(S20).

이때, 상기 응답 메시지의 재구성은 먼저, 제 1 태그로 수신된 브로드캐스트 명령어가 제 2 태그로부터 전송된 명령어인 경우 응답 메시지 재구성부(260)를 통해 응답 메시지 중 최상위 네 비트인 Mode Field(710)에 Relay command(711)라는 값을 하나 추가하여 다른 태그가 재전송해준 명령어인지를 구별할 수 있도록 한다. 그리고 수신된 브로드캐스트 명령어의 Command Type(620)에 저장된 레벨(621) 값을 상기 Mode Field(710) 이후 두 비트(720)에 저장하여 재구성된 응답 메시지가 리더(100)에 도달하기 위해서 몇 홉을 거쳐 가야 하는지를 알 수 있도록 한다. 그리고 응답 메시지의 Data 필드(730)의 마지막 네 바이트에 자신에게 명령을 전달해 준 태그의 ID, 즉 여기서는 상기 제 2 태그의 ID를 추가하여 이 응답 메시지가 누구에게 가는 것인지를 알 수 있도록 한다. 이때, 상기 추가되는 태그 ID는 리더(100) 직전에 있는 태그가 리더(100)로 응답 메시지를 전달하기 전에 삭제한다.

이어 제 1 태그는 명령어 재구성부(250)를 통해 상기 수신된 브로드캐스트 명령어를 재구성한 후 명령어 전달부(230)를 통해 하위 태그들에게 전달한다(S30).

이때, 상기 브로드캐스트 명령어의 재구성은 기존의 Tag ID 필드에 명령어를 재방송하는 제 1 태그의 ID를 담아 Rebroadcast Tag ID(610)로 사용하고, Command Type(620) 내 사용되지 않는 비트들 중에 3번 4번 비트 두 개를 리더(100)에서 몇 홉을 거쳐 왔는지를 나타내는 레벨(Level)(621) 값으로 정의한다. 이때, 리더(100)에게서 직접 받은 명령어는 레벨이 0이고, 한 홉을 거쳐 갈 때마다 상기 레벨(621) 값이 1씩 증가한다.

그리고 상기 제 1 태그는 하위 태그로부터 위에서 설명된 내용과 같이 재구성된 응답 메시지를 수신하면(S50), 응답 메시지를 송신하는 하위 태그를 자식 태그로 기록하고, 명령어 수신부로부터 수신되는 브로드캐스트 명령어를 송신하는 상위 태그를 부모 태그로 기록하여 트리 형태의 자식 테이블을 생성한다(S60). 이렇게 생성된 자식 테이블에는 목적지 태그마다 다음 태그를 나타내는 필드가 있어서 명령어를 누구에게 전달해야 하는지 알 수 있게 된다.

그리고 응답 메시지가 도착하는데 필요한 최대 시간을 의미하는 타이머를 리셋 한다(S40).

이어 타이머의 최대 시간동안 더 존재할지 모르는 새로운 자식 태그의 응답을 기다린다(S70). 그리고 상기 타이머의 최대 시간이 완료될 때까지 아무런 응답 메시지를 받지 못하면 더 이상의 자식 태그는 없는 것으로 판단하고 주변 태그 ID의 수집을 종료한다(S80).

이후, 제 1 태그는 명령어 수신부(210)를 통해 수신되는 리더의 P2P 명령어를 수신하면 그 목적지 태그가 자신의 자식 테이블에 포함되어 있는지 살펴, 만약 자기 자식이라면 그 목적지 태그로 가기 위한 다음 홉 태그로 전송한다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1 은 현재 RFID 표준 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템의 네트워크 형태를 나타낸 도면

도 3 은 이러한 기능을 수행할 수 있도록 구현된 태그의 구성을 나타낸 블록도

도 4 는 도 3의 명령어 재구성부에서 수신된 브로드캐스트 명령어를 재구성한 명령어 형식을 나타낸 도면

도 5 는 도 3의 응답 메시지 재구성부에서 태그에서 다른 태그로 보내는 응답 메시지의 형식을 나타낸 도면

도 6 은 도 3의 자식 테이블의 구조 및 이를 설명하기 위한 도면

도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 통신 방법에서 브로드캐스트 명령어를 처리하면서 트리 기반의 네트워크 토폴로지를 구성하는 흐름도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 리더 200 : 태그

210 : 명령어 수신부 220 : 응답 메시지 송신부

230 : 명령어 전달부 240 : 응답 메시지 수신부

250 : 명령어 재구성부 260 : 응답 메시지 재구성부

270 : 자식 테이블 300 : 방해물(벽)

400 : 서버 500 : 관리자 단말기

Claims

리더와 태그를 포함하는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템에 있어서, 상기 태그는

리더 또는 다른 태그로부터 리더의 브로드캐스트 명령어를 브로드캐스트 통신방식으로 수신하는 명령어 수신부와,

상기 명령어 수신부로 리더의 브로드캐스트 명령어를 송신한 리더 또는 다른 태그로 자신의 응답 메시지를 송신하는 응답 메시지 송신부와,

상기 명령어 수신부로부터 수신된 리더의 브로드캐스트 명령어를 다른 태그로 브로드캐스트 통신방식으로 재송신하는 명령어 전달부와,

상기 명령어 전달부를 통해 리더의 브로드캐스트 명령어를 송신한 태그로부터 응답 메시지를 수신하는 응답 메시지 수신부와,

상기 명령어 수신부에서 수신된 명령어가 브로드캐스트 명령어인 경우 브로드캐스트 명령어에 자신의 태그 ID와 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지에 따른 레벨 값을 추가하여 브로드캐스트 명령어를 재구성하고 명령어 전달부로 제공하는 명령어 재구성부와,

상기 명령어 수신부를 통해 수신된 브로드캐스트 명령어가 다른 태그로부터 전송된 명령어인 경우 응답 메시지에 다른 태그가 재전송해준 명령어인지를 구별하는 정보와, 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지에 따른 레벨 값과, 자신에게 명령을 전달해 준 태그의 ID를 추가하여 응답 메시지를 재구성하고 응답 메시지 수신부로 제공하는 응답 메시지 재구성부와,

상기 응답 메시지 수신부로부터 수신되는 응답 메시지를 송신하는 하위 태그를 자식 태그로 기록하고, 명령어 수신부로부터 수신되는 브로드캐스트 명령어를 송신하는 상위 태그를 부모 태그로 기록하여 트리 형태의 네트워크 토폴로지로 저장하는 자식 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 명령어 수신부는 기존의 Tag ID 필드에 명령어를 재방송하는 제 1 태그의 ID를 담아 Rebroadcast Tag ID로 사용하고, Command Type 내 사용되지 않는 비트들 중 두 개를 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지를 나타내는 레벨(Level) 값으로 정의하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템
제 1 항에 있어서,

상기 레벨 값은 리더에게서 직접 받은 명령어의 레벨이 0이고, 한 홉을 거쳐 갈 때마다 상기 레벨 값이 1씩 증가하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 응답 메시지 재구성부는 응답 메시지 중 최상위 네 비트인 Mode Field 에 Relay command라는 값을 하나 추가하여 다른 태그가 재전송해준 명령어인지를 구별하고, 상기 명령어 재구성부에서 추가된 레벨 값을 상기 Mode Field 이후 두 비트에 저장하며, 응답 메시지의 Data 필드의 마지막 네 바이트에 자신에게 명령을 전달해 준 태그의 ID를 추가하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 응답 메시지 재구성부는 리더 직전에 있는 태그가 리더로 응답 메시지를 전달하기 전에 상기 추가된 태그 ID를 삭제하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 시스템.
리더와 태그를 포함하는 항만 물류용 능동형 RFID 통신 방법에 있어서, 상기 태그는

(a) 리더 또는 다른 태그로부터 브로드캐스트 명령어가 브로드캐스트 통신방식으로 수신되면, 상기 브로드캐스트 명령어에 자신의 태그 ID와 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지에 따른 레벨 값을 추가하여 브로드캐스트 명령어를 재구성하는 단계와,

(b) 상기 재구성된 브로드캐스트 명령어를 하위 태그들에게 브로드캐스트 통신방식으로 전송하는 단계와,

(c) 상기 수신된 브로드캐스트 명령어가 다른 태그로부터 수신된 명령어인 경우 표준 응답 메시지에 다른 태그가 재전송해준 명령어인지를 구별하는 정보와, 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지에 따른 레벨 값과, 자신에게 명령을 전달해 준 태그의 ID를 추가하여 응답 메시지를 재구성하는 단계와,

(d) 상기 재구성된 응답 메시지를 상기 브로드캐스트 명령어를 송신한 태그에게 전송하는 단계와,

(e) 하위 태그로부터 재구성된 응답 메시지를 수신하면, 응답 메시지를 송신하는 하우 태그를 자식 태그로 기록하고, 명령어 수신부로부터 수신되는 브로드캐스트 명령어를 송신하는 상위 태그를 부모 태그로 기록하여 트리 형태의 자식 테이블을 생성하는 단계와,

(f) 명령어 수신부를 통해 수신되는 리더의 P2P 명령어를 태그 간의 다중 홉 통신 방식을 이용하여 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 통신 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 (a) 단계는

기존의 Tag ID 필드에 명령어를 재방송하는 제 1 태그의 ID를 담아 Rebroadcast Tag ID로 사용하는 단계와,

상기 브로드캐스트 명령어의 Command Type 내 사용되지 않는 비트들 중 두 개를 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지를 나타내는 레벨(Level) 값으로 추가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 통신 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 레벨 값은 리더에게서 직접 받은 명령어의 레벨이 0이고, 한 홉을 거쳐 갈 때마다 상기 레벨 값이 1씩 증가하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 통신 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 (c) 단계는

표준 응답 메시지 중 최상위 네 비트인 Mode Field에 다른 태그가 재전송해준 명령어인지를 구별할 수 있는 정보를 추가하는 단계와,

수신된 브로드캐스트 명령어가 리더에서 몇 홉을 거쳐 왔는지에 따른 레벨 값을 상기 Mode Field 이후 두 비트에 추가하는 단계와,

응답 메시지의 Data 필드의 마지막 네 바이트에 자신에게 명령을 전달해 준 태그의 ID를 추가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 통신 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 (c) 단계는 리더 직전에 있는 태그가 리더로 응답 메시지를 전달하기 전에 상기 추가된 태그 ID를 삭제하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 통신 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 (f) 단계는

상기 수신되는 P2P 명령어가 자신인 제 1 태그를 목적지로 하는 P2P 명령어인 경우 다른 태그와 상관없이 응답 메시지를 리더로 보내고 작업을 종료하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 통신 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 (f) 단계는

(f1) 상기 수신되는 P2P 명령어가 자신이 아닌 다른 태그를 목적지로 하는 P2P 명령어인 경우는 수신한 P2P 명령어의 목적지 태그가 자신의 자식 테이블 내에 존재하는지 확인하는 단계와,

(f2) 상기 확인 결과 존재하면, 수신한 P2P 명령어를 자식 태그로 전송하는 단계와,

(f3) 상기 (f1), (f2) 과정을 반복하여 P2P 명령어를 목적지 태그까지 전송하는 단계와,

(f4) 상기 목적지 태그로부터 응답 메시지가 수신되면, 수신된 응답 메시지를 리더에 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 통신을 갖는 항만 물류용 능동형 RFID 통신 방법.