KR101589526B1 - 다중 패킷 수신이 가능한 rfid 시스템의 태그 충돌 방지 방법 및 태그 인식 장치, 및 시스템 - Google Patents

다중 패킷 수신이 가능한 rfid 시스템의 태그 충돌 방지 방법 및 태그 인식 장치, 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 RFID 리더기가 복수 개의 RFID 태그의 충돌 방지를 위한 방법을 개시하고 있다. 상기 방법은 하나의 슬롯에서 둘 이상의 태그가 동시에 응답하여 충돌이 일어났음에도 복수의 태그를 인식하는데 성공한 충돌 회복 슬롯 내에서, 적어도 하나의 인식된 태그의 데이터 전송이 이루어지도록 상기 충돌 회복 슬롯의 길이를 가변시키는 단계를 포함한다.

Description

다중 패킷 수신이 가능한 RFID 시스템의 태그 충돌 방지 방법 및 태그 인식 장치, 및 시스템{TAG ANTI-COLLISION METHOD, READER APPARATUS AND SYSTEM FOR RFID SYSTEMS WITH MULTI-PACKET RECEPTION CAPABILITY}
본 발명은 태그(tag) 충돌 방지 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템의 다중 패킷 수신 환경(Multi Packet Reception)에서 무선 자원 사용을 최적화할 수 있는 프레임 크기 결정 방법 및 MAC(Medium Access Control) 프로토콜에 관한 것이다.
RFID 시스템은 무선주파수를 이용하여 사물에 부착된 태그의 고유정보를 인식하는 비접촉식 인식 기술이다. RFID 시스템은 리더(reader)와 식별 정보를 갖고 있는 다수의 태그들로 구성된다. RFID 태그는 스마트 카드에 비해 매우 작은 크기로 다양한 물품에 부착 및 삽입이 용이하며 수동(passive) 태그의 경우 전원이 필요치 않아 반영구적 사용이 가능하다. 이러한 이유로 RFID 시스템은 제조업, 물류 관리, 군사, 소매업 및 수송 관리 등의 다양한 산업 분야에서의 활용이 확대되고 있다.
이러한 RFID 시스템에서 태그를 인식하기 위해 리더는 태그들에게 인식 명령을 보내고, 이를 수신한 태그들은 자신이 생성한 임의의 16비트 숫자(RN16: Random Number) 및 태그의 고유 식별정보를 송신하는 것으로 RFID 시스템의 인식과정이 이루어진다. 이러한 인식과정에서 다수의 태그가 동시에 전송을 시도한 경우 송신 신호 간 충돌이 발생하여 리더는 수신된 데이터를 정상적으로 해석하기 어렵다. 태그를 이용하여 다수의 사물을 짧은 시간 내에 식별하는 RFID 시스템의 특성상 이러한 태그 충돌은 RFID 시스템의 인식시간을 증가시키는 요인이 된다. 따라서 RFID 시스템에서 태그 간의 충돌 문제를 해결하기 위해 충돌 방지 프로토콜이 필요하다.
충돌 방지 프로토콜에서 대표적으로 사용되는 FSA(Framed Slotted ALOHA) 기반의 프로토콜은 시간을 고정 길이의 슬롯 L개로 구성된 프레임(Frame)으로 나누고, 태그는 프레임 내에서 선택한 임의의 슬롯에서 태그의 RN16 및 고유 식별정보를 전송하는 방법이다. FSA 프로토콜은 인식하고자 하는 태그의 개수와 프레임 길이가 같을 때 가장 높은 효율을 나타내지만, 프레임 길이를 프로토콜 운용 도중에 임의로 변경하기 어려운 단점이 있다. 여기에 착안하여 인식 대상이 되는 태그의 개수를 추정하여 이를 기반으로 프레임 길이를 스스로 조절할 수 있는 DFSA(Dynamic Framed slotted ALOHA)프로토콜이 개발되었다. 또한 FSA나 DFSA의 슬롯 길이는 고정이지만, 무응답 슬롯의 길이를 충돌 혹은 성공 슬롯의 길이보다 짧게 함으로써 태그 인식에 걸리는 시간을 단축할 수 있는 ASAF(Adaptive Slot Adaptive Frame)가 개발되었다.
종래 충돌 방지 프로토콜에서는 둘 이상의 태그가 동시에 같은 슬롯에서 응답한 경우, 충돌로 인해 리더는 태그의 데이터를 식별할 수 없다고 가정하였다. 그러나 순차적 간섭 제거 기법(SIC: Successive Interference Cancellation)을 사용하면 리더에서 수신한 합성 신호로부터 여러 개의 원 신호들을 분리 및 식별할 수 있으며, 이를 다중 패킷 수신 (Multi Packet Reception) 이라고 한다. 다중 패킷 수신을 위해서는 둘 이상의 다중 안테나 사용이 필요한데, 최근에 다중 안테나를 이용한 통신 시스템에 대한 관심이 높아지면서 RFID 시스템에서도 다중 안테나를 적용했을 때 시스템 성능에 관한 연구가 이루어지기 시작하고 있다. 이러한 다중 패킷 수신을 활용하면, 종래의 기술에서는 충돌로 간주되었던 슬롯에서도 개별 태그의 고유 식별 정보를 판별할 수 있어 태그의 인식률이 증가하고 RFID 시스템의 처리율이 향상될 수 있다. 그러나 기존 충돌 방지 프로토콜에서는 이러한 다중 패킷 수신 기술을 고려하지 않았다. 현재 RFID 시스템에 많이 사용되고 있는 EPC global Class 1 Generation 2 표준의 경우 단일 안테나 기반의 규격으로, 다중 패킷 수신에 필요한 다중 안테나에 대한 언급이 없다. 또한 한 슬롯에 하나의 태그만 성공적으로 인식될 수 있다고 간주하기 때문에, 인식에 성공한 태그 수를 실제보다 낮게 간주하게 되어 최적의 프레임 크기를 결정할 수 없게 된다.
충돌 방지 프로토콜에서 리더는 슬롯에서 성공적으로 인식한 태그들에게 ACK(acknowledge)로 응답한다. 기존 충돌 방지 프로토콜에서는 한 슬롯에서 하나의 태그만 RN16 및 고유 식별 정보를 전송했을 때만 해당 태그가 성공적으로 인식된다고 간주하였기 때문에, 리더의 ACK 응답은 단일 태그만을 대상으로 하도록 되어 있다. 다중 패킷 수신을 통해 한 슬롯에서 다수의 태그가 성공적으로 인식되었을 경우, ACK 응답을 복수의 태그에게 전송해야 한다. 그러나 기존 충돌 방지 프로토콜에서는 이러한 경우를 충돌로 인식하여 ACK 응답을 전송하지 않는 문제점이 있다. 만약 ACK를 전송한다고 하더라도, 단일 태그에게만 ACK 를 전달할 수 있기 때문에, 동일한 슬롯에서 인식에 성공한 다른 태그들은 자신이 인식되지 못했다고 판단하고, ACK를 수신할 때 까지 다음 프레임에서 RN16 및 고유 식별 정보를 전송하게 되는 문제점이 존재한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다중 패킷 수신이 가능한 RFID 시스템에서 충돌 회복 확률을 기반으로 최적의 프레임 크기를 결정하고, 복수 개의 태그에 대한 ACK(acknowledge) 명령 응답 방법을 개선하여 RFID 시스템의 처리율과 태그 인식 속도를 향상시킬 수 있는 RFID 시스템의 태그 충돌 방지 방법, 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RFID 리더기 및 복수 개의 RFID 태그가 존재하는 RFID 시스템의 충돌 방지 방법은 하나의 슬롯에서 둘 이상의 태그가 동시에 응답하여 충돌이 일어났음에도 복수의 태그를 인식하는데 성공한 충돌 회복 슬롯 내에서, 적어도 하나의 인식된 태그의 데이터 전송이 이루어지도록 상기 충돌 회복 슬롯의 길이를 가변시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계는 상기 충돌 회복 슬롯 내에서 상기 적어도 하나의 인식된 태그의 데이터 전송이 순차적으로 이루어지도록 복수 개의 ACK 명령을 상기 적어도 하나의 인식된 태그로 순차적으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 태그의 데이터 전송이 성공하는 성공 슬롯(Success Slot), 어떠한 태그도 응답하지 않은 무응답 슬롯(Idle Slot), 충돌에 의해 태그 인식에 실패한 충돌 슬롯(Collision Slot) 및 둘 이상의 태그가 동시에 응답했음에도 불구하고 태그 인식에 성공한 충돌 회복 슬롯의 길이를 다르게 설정할 수 있다.
상기 충돌 회복 슬롯의 길이는 다른 슬롯의 길이보다 길게 설정할 수 있다.
상기 무응답 슬롯에서 상기 리더기가 태그 응답을 기다리는 시간의 최대값은 태그 응답의 1비트를 전송하는데 걸리는 시간으로 산출될 수 있다.
상기 태그를 인식하는데 소요되는 시간과 태그 인식에 성공한 슬롯의 점유 시간의 비를 시스템 처리율(η)로 정의하여 상기 시스템 처리율이 최대가 되도록 프레임 크기를 결정할 수 있다.
무응답 슬롯의 개수 및 k번째 프레임의 크기를 통해 충돌 슬롯의 확률을 산출하고, 산출된 값을 zero estimation 알고리즘에 적용하여 k번째 프레임에서(k는 임의의 자연수) 인식을 시도하는 태그의 수를 추정할 수 있다.
k+1번째 프레임에서 인식을 시도하는 태그 수는 상기 k번째 프레임에서 인식을 시도하는 태그 수로부터 k번째 프레임에서 성공적으로 인식된 태그 수를 빼서 산출될 수 있다.
k+1번째 프레임의 프레임 크기는 단위 슬롯의 시간 평균에 대한 태그 인식에 성공한 슬롯 시간의 평균의 비율을 나타내는 시스템 처리율이 최대가 되는 프레임 크기를 산출하는 방식으로 계산될 수 있다.
상기 시스템 처리율의 함수는
Figure 112015015574798-pat00001
이고, 여기서,
Figure 112015015574798-pat00002
는 k+1번째 프레임에서 성공 슬롯의 확률,
Figure 112015015574798-pat00003
는 k+1번째 프레임에서 무응답 슬롯의 확률,
Figure 112015015574798-pat00004
은 k+1번째 프레임에서 충돌 슬롯의 확률을 의미하고, E[DCR]은 충돌 회복 슬롯의 평균 시간을 나타내고, DS는 성공 슬롯의 시간, Di는 무응답 슬롯의 시간, Dc는 충돌 슬롯의 시간을 나타낼 수 있다.
상기 시스템 처리율의 편미분 함수를 0으로 만드는 k+1 번째 프레임 크기를 산출하고, 상기 프레임 크기가 실수 값일 경우 올림 연산을 통해 정수형태로 산출할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복수 개의 태그가 존재하는 RFID 시스템에서의 태그 인식 장치는 하나의 슬롯에서 둘 이상의 태그가 동시에 응답하여 충돌이 일어났음에도 태그 각각을 인식하는데 성공한 충돌 회복 슬롯 내에서, 적어도 하나의 인식된 태그의 데이터 전송이 이루어지도록 상기 충돌 회복 슬롯의 길이를 가변시킬 수 있다.
상기 충돌 회복 슬롯 내에서, 상기 적어도 하나의 인식된 태그의 데이터 전송이 복수 회 순차적으로 이루어지도록 복수 개의 ACK 명령을 상기 적어도 하나의 인식된 태그로 순차적으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 태그 인식 장치는 상기 태그로부터 태그 응답 및 데이터를 수신하는 수신부, 상기 태그로 쿼리 응답 명령 및 상기 ACK 명령을 전송하는 전송부 및 슬롯의 길이를 결정하여 쿼리 응답 명령을 생성하고, 프레임 크기를 결정하여 쿼리 명령을 생성하며, 상기 태그 응답에 기반하여 ACK 명령을 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 태그의 데이터 전송이 성공하는 성공 슬롯(Success Slot), 어떠한 태그도 응답하지 않은 무응답 슬롯(Idle Slot), 충돌에 의해 태그 인식에 실패한 충돌 슬롯(Collision Slot) 및 둘 이상의 태그가 동시에 응답했음에도 불구하고 태그 인식에 성공한 충돌 회복 슬롯의 길이를 다르게 설정할 수 있다.
상기 충돌 회복 슬롯의 길이는 다른 슬롯보다 길게 설정할 수 있다.
상기 무응답 슬롯에서 태그 응답을 기다리는 시간의 최대값은 태그 응답의 1비트를 전송하는데 걸리는 시간으로 산출될 수 있다.
상기 태그를 인식하는데 소요되는 시간과 태그 인식에 성공한 슬롯의 점유 시간의 비를 시스템 처리율(η)로 정의하여 상기 시스템 처리율이 최대가 되도록 프레임 크기를 결정할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RFID 시스템은 하나의 슬롯에서 둘 이상의 태그가 동시에 응답하여 충돌이 일어났음에도 태그 각각을 인식하는데 성공한 충돌 회복 슬롯 내에서, 적어도 하나의 인식된 태그의 데이터 전송이 이루어지도록 상기 충돌 회복 슬롯의 길이를 가변시키는 RFID 리더기 및 상기 RFID 리더기의 쿼리 응답 명령에 응답하여 태그 인식을 전송하고, ACK 명령을 생성하여 데이터를 상기 RFID 리더기로 전송하는 복수 개의 RFID 태그를 포함할 수 있다.
본 발명의 RFID 시스템의 태그 충돌 방지 방법, 태그 인식 장치 및 시스템에 따르면, RFID 시스템에서 다중 패킷 수신을 고려한 프레임 크기 결정 방법과, 단일 슬롯에서 복수개의 태그에 대한 ACK 응답 방법을 제시함으로써 RFID 시스템의 태그 인식률을 향상시키고 인식 시간을 단축시키는 효과가 있다.
도 1은 RFID 시스템의 인식영역 내에서 리더가 태그를 인식하는 상황을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 태그들의 ID 응답 이후에 가능한 슬롯의 상태를 밴다이어그램으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태그 충돌 방지 방법의 전체 동작 과정을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 장치를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태그 충돌 방지 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 6은 한 슬롯에서 P개의 태그가 동시에 응답했을 때, 리더에서
Figure 112015015574798-pat00005
개의 태그가 성공적으로 인식될 확률을 나타낸 그래프,
도 7은 다중 패킷 수신 환경에서 RFID 시스템에 있어서, 본 발명에 따른 방식과 종래 방식의 태그 인식 시간 성능을 비교한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
RFID 시스템 개요
도 1은 RFID 시스템의 인식영역 내에서 리더가 태그를 인식하는 상황을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, RFID 시스템은 하나의 리더(110)와 복수 개의 태그들(120-1~120-3)을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 태그들(120-1~120-3)은 리더(110)의 인식영역 내에 존재할 수 있다. 리더(110)는 태그 인식 명령을 브로드캐스팅할 수 있고, 이를 수신한 태그들(120-1~120-3)은 후방산란(backscattering) 방식으로 자신의 RN16 및 데이터를 리더(110)로 전송할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, DFSA 기반의 환경에서, RFID 시스템에서, 시간을 프레임으로 구분하고, 각 프레임은 복수 개의 슬롯으로 구성될 수 있다. 프레임의 크기는 한 프레임을 구성하는 슬롯의 수로 정의될 수 있다. 태그 인식 과정을 살펴보면, 리더(110)가 태그들(120-1~120-3)에게 프레임 크기 정보를 포함한 쿼리(Query) 명령을 전송하면, 아직 리더에게 인식되지 못한 태그들은 프레임에서 임의의 슬롯을 선택한다. 이때, 각 태그(120-1~120-3)는 자신이 선택한 슬롯에 해당하는 값을 슬롯 카운터(slot counter) 변수로 기억하고 있다가 슬롯 시작점에서 리더의 쿼리 응답 명령(이하, QR 명령으로 부를 수 있음)을 수신했을 때, 자신의 슬롯 카운터 값을 1씩 감소시킨다. 슬롯 카운터 값이 0이 된 태그(120-1)는 해당 슬롯에서 자신의 RN16 값을 전송한다. 이때, 성공적으로 RN16을 수신한 리더(110)는 이를 인자로 포함하는 응답(ACK) 명령을 태그(120-1~120-3)에게 전송하며, 이를 수신한 태그(120-1~120-3) 중 해당 RN 16 값을 송신한 태그만 자신의 데이터를 리더(110)로 전송할 수 있다. 다음 슬롯의 시작을 위해 리더(110)는 QR 명령을 다시 태그(120-1~120-3)로 전송하며, 태그(120-1~120-3)는 자신의 슬롯 카운터 값을 갱신하면서 상기 과정을 반복할 수 있다.
슬롯의 종류
도 2는 태그들의 ID 응답 이후에 가능한 슬롯의 상태를 밴다이어그램으로 나타낸 도면이다
도 2를 참조하면, 다중 패킷 수신 환경에서 RFID 시스템의 슬롯 상태는 4가지 상태로 구분할 수 있다. 이 중에는, 어떠한 태그도 응답하지 않은 무응답(Idle) 슬롯(210), 하나의 태그만 응답하여 자신의 데이터 전송에 성공하는 성공 슬롯(220) 및 충돌이 발생하여 인식에 실패한 충돌 슬롯(230)이 있다. 또한, 성공 슬롯(220) 내에는, 두 개 이상의 태그가 동시에 응답한 경우에 하나 이상의 태그 인식에 성공한 충돌 회복 슬롯(225)이 존재할 수 있다.
태그 충돌 방지 방법 개념
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태그 충돌 방지 방법의 전체 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 각 슬롯 상태에서의 태그 인식 과정이 서로 다르게 이루어진다. 태그 A, B, C, D 및 E는 자신이 데이터를 전송할 슬롯을 임의로 선택한다. 이때, 태그 A는 1을, 태그 C 및 D는 3을 태그 B 및 D는 4를 선택하여, 각각 첫 번째 슬롯, 세번째 슬롯 및 네번째 슬롯에 데이터를 전송하고자 한다.
이에 따라, 첫 번째 슬롯은 태그 A만이 데이터를 전송하는 성공 슬롯으로써, 리더의 QR 명령을 수신한 태그 A, B, C, D 및 E는 자신의 슬롯 카운터 값을 1씩 감소시킨다. 그 결과, 태그 A만이 슬롯 카운터 값이 0이 되어, 해당 슬롯에서 RN 16을 전송할 수 있다. 리더는 태그 A의 RN16을 성공적으로 수신하였음을 ACK 응답을 통해 태그 A에게 확인시켜주며, 이때, 태그 A는 해당 ACK에 포함된 RN16값이 자신이 전송했던 RN16과 동일한 것을 확인하고, 자신의 데이터를 전송할 수 있다. 나머지 태그들은 해당 슬롯에서 RN16을 전송하지 않았기 때문에 리더의 ACK에 응답하지 않는다. 태그 A는 첫 번째 슬롯에서 리더에게 성공적으로 인식되었으므로, 이후 다른 슬롯에서는 리더의 QR 명령에 응답하지 않는다.
도 3의 두 번째 슬롯은 무응답(idle) 슬롯으로써, 리더의 QR 명령을 수신한 태그 B, C, D, E는 자신의 슬롯 카운터 값을 1씩 감소시킨다. 그 결과 C와 E는 슬롯 카운터 값이 1이 되고, B와 D는 슬롯 카운터 값이 2가 될 수 있다. 즉, 슬롯 카운터 값이 0이 된 태그가 존재하지 않눈더. 리더는 QR 명령을 전송한 후로부터 Dwait 시간(310)만큼 태그들의 RN16을 기다렸으나 응답을 받지 못하고 해당 슬롯을 종료하게 된다. 여기서, Dwait 시간(310)은 특별한 데이터 송수신 없이 소요되는 시간으로 너무 오랜 시간을 기다리는 경우, 전체적인 시스템의 효율을 떨어뜨리게 된다. 따라서, 이러한 Dwait 시간(310)은 RN16 및 데이터 전송에 사용되는 비트 전송율을 기반으로 조정할 수 있다. 예컨대, RN16을 구성하는 한 비트를 전송하는데 걸리는 전송 지연 시간을 비트 전송율의 역수로써 산출하고, 이를 Dwait 시간(310)으로 설정할 수 있다. 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112015015574798-pat00006
여기서, Dwait는 RN16을 구성하는 한 비트를 전송하는데 걸리는 전송 지연을 의미하고, b는 RN16 및 데이터 전송에 사용되는 비트 전송율을 의미한다.
도 3의 세 번째 슬롯은 충돌 슬롯으로써, 리더의 QR 명령을 수신한 태그 B, C, D, E는 다시 한번, 자신의 슬롯 카운터 값을 1씩 감소시킨다. 그 결과, 태그 C와 E의 슬롯 카운터 값은 0이 되었고, 각각 RN16 값을 리더에게 전송한다. 리더는 다중 패킷 수신에 실패하여 두 RN16값 중 어느 하나도 재대로 인식할 수 없게 될 수 있다. 이때, 리더는 ACK 응답에 빈(empty) RN16값을 포함함으로써 태그들에게 충돌 슬롯임을 알리며 해당 슬롯을 종료하게 된다. 해당 슬롯에서 RN16을 전송하였으나 충돌로 인해 인식되지 못한 태그 C, E는 다음 프레임에서 다시 임의의 슬롯을 선택하여 RN16 및 데이터를 전송할 기회를 갖게 되며, 다음 프레임이 시작되기 전까지는 리더의 QR 명령에 응답하지 않는다.
도 3의 네 번째 슬롯은 충돌 회복 슬롯으로써, 리더의 QR 명령을 수신한 태그 B, D는 자신의 슬롯 카운터 값을 1씩 감소시킨다. 그 결과 태그 B와 D의 슬롯 카운터 값이 0이 되었고, 각각 RN16 값을 리더에게 전송한다. 리더는 다중 패킷 수신에 성공하여 두 RN16 값 중 태그 B의 RN16을 성공적으로 인식하였으며, 해당 RN16 값을 포함하는 ACK 응답(320-1)을 태그 B에게 전송한다. ACK 응답(320-1)을 수신한 태그 B는 자신의 RN16 값이 ACK 응답(320-1)에 포함된 RN16과 동일함을 확인하고, 자신의 데이터를 리더에게 전송한다. 이때, 태그 D는 자신의 RN16이 ACK 응답(320-1)에 포함된 RN16과 일치하지 않기 때문에 대기하게 된다. 태그 B의 데이터를 성공적으로 수신한 리더는 태그 D의 RN16 값을 다중 패킷 수신을 통해 성공적으로 인식하고, 이 RN16 값을 포함하는 ACK 응답(320-2)을 전송한다. ACK 응답(320-2)을 수신한 태그 D는 자신의 RN16 값과 ACK 응답(320-2)에 포함된 RN16 값이 같은 것을 확인하고 자신의 데이터를 리더에게 전송한다. 이로써 충돌 회복 슬롯이 종료된다.
도 3에서 보는 바와 같이 본 발명에서 성공, 충돌, 무응답, 충돌 회복 슬롯의 길이는 각각 다르다. 도 3의 첫 번째 슬롯과 같이 단 하나의 태그가 리더에게 응답하여 RN16을 리더에게 송신하면 리더는 성공적으로 해당 태그를 인식하여 성공 슬롯이 된다. 성공 슬롯에서는 태그의 데이터를 성공적으로 수신한 리더는 그 즉시 QR 명령을 송신하여 다음 슬롯을 시작한다. 두 번째 슬롯처럼 일정 시간 동안 리더에게 어떠한 태그도 RN16을 송신하지 않는 경우는 무응답 슬롯이 된다. 여기서 리더는 최대 Dwait 시간(310) 동안 수신되는 RN16이 없을 경우 QR 명령을 송신하여 다음 슬롯을 시작한다. 하나 이상의 태그가 RN16을 리더에게 동시에 송신할 경우, 다중 패킷 수신에도 실패하면 세 번째 슬롯과 같이 충돌 슬롯이 된다. 이 경우 리더는 해당 슬롯이 충돌 슬롯임을 태그에게 알리는 ACK 응답 송신 직후 QR 명령을 송신하여 다음 슬롯을 시작한다. 네 번째 슬롯처럼 리더가 다중 패킷 수신에 성공하여 충돌 된 RN16들을 개별적으로 인식하는데 성공하면, 연속적으로 ACK 명령(320-1, 320-2)을 전송하여 충돌된 태그들 각각을 인식할 수 있다. 종래에는, 리더가 한 슬롯에서 하나의 ACK 명령만 전송할 수 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 태그들을 대상으로 하는 ACK(320-1, 320-2)를 전송할 수 있고, 그에 따라 데이터 송수신을 위해 슬롯 길이를 다른 슬롯 보다 길게 조절할 수 있다. 즉, 리더는 충돌 회복 슬롯에서 성공적으로 인식된 모든 태그들에게 순서대로 ACK(320-1, 320-2)를 전송하고 해당 태그로부터 데이터를 획득하는 과정을 마친 후에야 비로소 다음 슬롯의 시작을 알리는 QR 명령을 전송한다.
태그 충돌 방지 장치의 구성
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태그 충돌 방지 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 장치(400)는 수신부(410), 전송부(420) 및 제어부(430)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 수신부(410)는 복수의 RFID 태그들로부터 RN16 응답 및 데이터를 수신할 수 있다. 수신부(410)는 수신되는 RN16 응답 및 데이터를 제어부(430)로 전송할 수 있다.
전송부(420)는 제어부(430)로부터 Query 명령, QR 명령 및 ACK 명령을 수신하여 해당 태그로 전송한다.
수신부(410)와 전송부(420)는 안테나를 포함하여 무선 통신이 가능한 구성요소이고, 통신부(미도시)로써 통합하여 구성될 수 있다.
제어부(430)는 수신부(410)로부터 QR 명령에 응답한 태그의 RN16 응답을 수신 및 파싱(parsing)하여, 충돌 여부를 판단하고, 태그 인식을 수행한다. 인식 성공 여부에 기반하여, ACK 명령을 생성하여 전송부(420)로 전송할 수 있고, ACK 명령에 대한 응답으로 수신부(410)를 통해 해당 태그로부터 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 제어부(430)는 슬롯의 길이를 슬롯의 종류에 따라 가변적으로 결정할 수 있고, 이에 따른 최적 프레임 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제어부(430)는 슬롯 길이 산출부(432), 프레임 크기 산출부(434), QR 명령 생성부(436), Query 명령 생성부(437) 및 ACK 명령 생성부(438)를 포함할 수 있다. 제어부(430)는 하드웨어 프로세서로 구현될 수 있고, 각각의 구성요소(432, 434, 436 및 438)은 각각 다른 프로세서 또는 하나의 프로세서로써 구현될 수 있다.
슬롯 길이 산출부(432)는 성공 슬롯, 무응답 슬롯, 충돌 슬롯 및 충돌 회복 슬롯의 길이를 산출할 수 있다. 여기서, 무응답 슬롯은 QR 명령의 점유 시간과 앞서 설명한 Dwait의 시간을 합산하여 산출될 수 있는데, 여기서, Dwait 시간은 RN16을 수학식 1을 통해 산출될 수 있다. 슬롯 길이 산출부(432)의 구체적인 슬롯 길이 산출 방법은 이하, 수학식 2 내지 5를 통해 설명한다.
QR 명령 생성부(436)는 상기 슬롯 길이 산출부(432)에서 산출된 슬롯 길이를 기반으로 슬롯의 시작과 끝을 태그들에게 알리는 QR 명령을 생성한다.
프레임 크기 산출부(434)는 슬롯 길이 산출부(432)에서 산출된 슬롯의 길이를 기반으로 프레임의 크기를 산출한다. 프레임 크기는 각 슬롯이 발생할 확률과 해당 슬롯의 길이, 인식을 시도하는 태그의 수가 변수가 될 수 있다. 이때, 프레임 크기 산출부(434)는 태그를 인식하는데 소요되는 시간과 태그 인식에 성공한 슬롯의 점유 시간의 비를 시스템 처리율로 정의하여 상기 시스템 처리율이 최대가 되도록 프레임 크기를 결정할 수 있다. 산출된 슬롯 길이를 기반으로 시스템 처리율을 산출하여 프레임 크기를 결정하는 구체적인 방법은 이하, 수학식 6 내지 21을 통해 설명한다.
Query 명령 생성부(436)는 상기 프레임 크기 산출부(434)에서 산출된 프레임 크기를 기반으로 QR 명령을 생성한다. 태그들은 상기 QR 명령에 포함된 프레임 크기를 기반으로 자신이 데이터를 전송할 슬롯을 선택할 수 있고, 슬롯 카운터를 설정한다.
ACK 명령 생성부(438)는 수신된 RN16 응답을 파싱하여 ACK 명령을 생성한다. ACK 명령 생성부(438)는 태그의 응답으로부터 RN16을 인식하는 것이 불가능할 경우, 충돌로 인식하여 빈 RN16값을 포함하는 ACK 응답을 생성할 수 있다. 태그 응답으로부터 하나 또는 그 이상의 RN16 값을 인식할 수 있는 경우, 인식에 성공한 RN16 값 중 하나를 포함하는 ACK 응답을 생성한다. 그리고는 데이터를 수신하고, 다시 안아있는 RN16값 중 하나를 포함하는 ACK 명령을 생성할 수 있다. 즉, 하나의 충돌 회복 슬롯에서 복수 개의 데이터 수신이 이루어질 수 있고, 이때, ACK 명령 생성부(438)는 순차적으로 ACK 명령을 생성하여 해당 태그로 개별적으로 전송할 수 있다.
태그 충돌 방지 방법의 과정
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태그 충돌 방지 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, RFID 리더기는 QR 명령을 전송한다(510). QR 명령을 전송한 후, RFID 리더기는 태그로부터의 응답을 모니터링한다(S512). 이때, 태그 응답 없이 응답 모니터링 시간이 소정 시간, 예컨대, 전술한 Dwait 시간을 넘어가는지 판단한다(S514). 만약, Dwait 시간 동안 응답이 없으면, 해당 슬롯은 무응답 슬롯(idle slot)으로 판단하고(S516), 다음 슬롯이 시작함을 알리기 위해, QR 명령을 전송한다(S510).
만약, Dwait 시간이 경과하기 전에 태그 응답이 있는 경우, 태그 응답을 수신한다(S518). 그리고는, 태그 응답이 복수 개여서 충돌이 일어났는지 판단한다(S520). 충돌이 없는 경우, 즉, 하나의 태그 응답만이 수신된 경우, 해당 슬롯을 성공 슬롯으로 판단할 수 있다(S522). 그리고는, 태그 응답에 포함된 RN16 값을 포함시켜 ACK 명령을 생성하여 해당 태그로 전송한다(S524). ACK 명령을 수신한 태그는 자신의 RN16 값과 동일한지 확인한 후, 데이터를 전송한다. RFID 리더기는 태그로부터 데이터를 수신하여 해당 슬롯을 종료한다(S526). 그리고는 다음 슬롯의 시작을 알리기 위해 QR 명령을 전송할 수 있다(S510).
만약, 단계(520)에서 복수 개의 태그 응답이 존재하여 충돌이 있는 경우, RFID 리더기는 충돌되는 태그 응답 중 태그 인식이 가능한 것이 있는지 확인한다(S528). 태그 인식이 가능한 것이 없다면, 해당 슬롯을 충돌 슬롯으로 판단하여(S530), 빈 RN16값을 포함하는 ACK 명령을 전송함으로써 슬롯을 종료하고, 다음 슬롯으로 넘어간다(S510).
충돌되는 태그 응답 중 인식이 가능한 태그가 있으면 있다면, 해당 슬롯은 충돌 회복 슬롯으로 판단하고(S532), 다중 패킷 수신에 성공하여 먼저 인식된 태그에게 ACK 명령을 전송할 수 있다(S534). 그리고는 해당 태그로부터 데이터를 수신할 수 있다(S536). 데이터 수신이 완료되면, 추가 인식되는 태그가 있는지 확인한다(S538). 만약, 추가 인식 태그가 없으면, 슬롯을 종료하고, 다음 슬롯으로 넘어간다(S510). 만약, 추가 인식 태그가 있으면, 순서대로 ACK 명령을 생성하여 전송하고, 태그로부터 데이터를 수신한다(S540). 이와 같이, 태그 인식 및 ACK 전송, ACK에 응답한 데이터 수신 과정이 해당 슬롯에서 종료되면, 다음 슬롯으로 넘어갈 수 있다(510).
프레임 크기 결정 방법
종래와 다르게, 본 발명의 실시예에 따르면, 성공 슬롯, 무응답 슬롯, 충돌 슬롯 및 충돌 회복 슬롯의 길이가 각각 다를 수 있다. 이에 따라, 충돌 및 무응답 슬롯으로 인해 낭비되는 시간을 줄임으로써 태그 인식 시간을 최소화할 수 있다. 이때, 가변 슬롯 길이를 고려한 시스템 처리율은 단위 슬롯의 시간 평균에 대한 태그 인식에 성공한 슬롯(성공 슬롯 및 충돌 회복 슬롯) 시간의 평균의 비로 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프레임 크기는 시스템 처리율을 최대화하도록 결정될 수 있다.
먼저, 성공 슬롯, 무응답 슬롯, 충돌 회복 슬롯 및 충돌 슬롯의 시간(Ds, Di, DCR,j 및 Dc)은 다음의 수학식 2 내지 5과 같이 나타낼 수 있다. 먼저, 성공 슬롯의 시간(Ds)은 리더에서 태그로 QR 명령을 전송하는 시간(DQR), 태그에서 리더로 RN16을 전송하는 시간(DRN16), 리더에서 태그로 ACK 응답을 전송하는 시간(DACK), 그리고 태그에서 리더로 데이터를 전송하는데 소모되는 시간(DData)의 합으로 나타낼 수 있고, 이는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00007
리더가 아무런 태그를 인식할 수 없는 충돌 슬롯의 시간(Dc)은 리더에서 태그로 QR 명령을 전송하는 시간(DQR), 태그에서 리더로 RN16을 전송하는 시간(DRN16), 리더에서 태그로 ACK 응답을 전송하는 시간(DACK)의 합으로 나타낼 수 있고 이는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00008
다음으로, 무응답 슬롯의 시간(Di)은 리더에서 태그로 QR 명령을 전송하는 시간(DQR) 및 리더가 해당 슬롯에서 RN16 응답을 기다리는 시간의 최대값(Dwait)의 합으로 나타낼 수 있고 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00009
여기서, Dwait는 태그에서 RN16의 1비트를 전송하는데 걸리는 시간으로 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
마지막으로, j개 태그가 성공적으로 인식된 충돌 회복 슬롯의 시간(DCR,j)은 단일 태그가 성공적으로 데이터를 전송하는 동작을 포함하는 성공 슬롯의 시간(Ds)과 나머지 (j-1)개 태그가 리더의 ACK를 수신하고 데이터를 전송하는데 걸리는 시간의 합으로 산출되며, 이는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00010
k번째 프레임에서 성공슬롯, 무응답 슬롯, 충돌 회복 슬롯 및 충돌 슬롯의 확률은 다음의 수학식 6 내지 10에서 정의하는 바와 같다. k번째 프레임에서 Nk개의 태그가 인식을 시도하고 있고, 이때, 프레임의 크기가 Lk라고 가정한다. 이때, 특정 슬롯에서 i개의 태그가 응답할 확률 Pk(i)은 이항분포를 따라 다음과 같이 나타낼 수 있다(O≤i≤Nk).
Figure 112015015574798-pat00011
Ps,k는 k번째 프레임에서 성공 슬롯의 확률을 의미하고, 이는 Nk개의 태그 중에서 오직 1개의 태그만 한 슬롯에서 응답할 확률로써, 이항 분포를 이용하여 정의된다. 또한, Pi,k는 k번째 프레임에서 무응답 슬롯의 확률로써, 태그의 수가 0인 확률로, 이 역시 이항 분포를 이용하여 정의된다.
성공 슬롯의 확률(Ps,k)과 무응답 슬롯의 확률(Pi,k)은 수학식 6에서 응답하는 태그의 수 i가 각각 1, 그리고 0인 경우에 해당하며, 각각 다음의 수학식 7 및 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00012
Figure 112015015574798-pat00013
다음으로, 충돌 회복 슬롯의 확률(PCR,k)은 한 슬롯에서 응답하는 태그의 수 i가 2 이상이고, 그 중 j개 태그가 성공적으로 인식되는 확률 (Pd(i,j))(도 6 및 표 1 참조)을 이용해 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00014
도 6은 한 슬롯에서 P개의 태그가 동시에 응답했을 때, 리더에서 _개의 태그가 성공적으로 인식될 확률을 나타낸 그래프이고, 표 1은 상기 확률을 나타낸 표이다.
Figure 112015015574798-pat00015
표 1 및 도 6에서, i가 2≤5인 경우 Pd(i,j)는 도 6 및 표 2를 이용하여 구하고, i>5인 경우 Pd(i,j)는 0이 된다.
마지막으로, 충돌 슬롯의 확률(Pc,k)을 전체 확률에서 성공 슬롯, 무응답 슬롯 및 충돌 회복 슬롯의 확률을 빼는 방법으로 다음의 수학식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00016
RFID 리더기는 k번째 프레임에서 인식을 시도하는 태그 수(Nk)를 정확히 알 수 없기 때문에, 무응답 슬롯의 확률을 수학식 8과 같은 방법으로 구하기 어려울 수 있다. 따라서, 이를 대신하여 리더기는 k번째 프레임에서 무응답 슬롯의 개수(c0,k)와 k번째 프레임의 크기(Lk)를 통해 충돌 슬롯의 확률(
Figure 112015015574798-pat00017
)을 다음의 수학식 11과 같이 산출할 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00018
위 수학식을 zero estimation 알고리즘에 대입하여 k번째 프레임에서 인식을 시도하는 태그의 수(
Figure 112015015574798-pat00019
)를 다음의 수학식 12를 이용하여 추정할 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00020
Figure 112015015574798-pat00021
은 k+1번째 프레임에서 인식을 시도하는 태그 수, (
Figure 112015015574798-pat00022
)_는 수학식 13와 같이 k번째 프레임에서 인식을 시도하는 태그의 수(
Figure 112015015574798-pat00023
)로부터 k번째 프레임에서 성공적으로 인식된 태그 수(
Figure 112015015574798-pat00024
)를 빼는 방법으로 추정해낼 수 있다. c1,k는 k번째 프레임에서 1개의 태그를 성공적으로 인식한 슬롯의 개수를 측정한 값, cr,k(j)는 k번째 프레임에서 다중 패킷 수신을 통해 j개 태그를 성공적으로 인식한 슬롯의 개수를 측정한 값 및 j*는 한 슬롯에서 순차적 간섭 제거를 통해 판별 및 인식이 가능한 최대 태그의 수를 의미한다.
Figure 112015015574798-pat00025
수학식 13에서 얻어진 k+1번째 프레임에서 인식을 시도하는 태그 수(
Figure 112015015574798-pat00026
)를 수학식 6 내지 10에 각각 대입하면, k+1번째 프레임에서의 성공 슬롯 확률(
Figure 112015015574798-pat00027
), 무응답 슬롯의 확률(
Figure 112015015574798-pat00028
), 충돌 회복 슬롯의 확률(
Figure 112015015574798-pat00029
) 및 충돌 슬롯의 확률(
Figure 112015015574798-pat00030
)을 다음의 수학식 14 내지 18을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00031
k+1번째 프레임의 크기가 Lk+1이고,
Figure 112015015574798-pat00032
개의 태그가 인식을 시도할 것으로 추정될 때, 각 태그가 내에서 임의의 슬롯을 선택하여 응답하는 경우, 하나의 슬롯에서 i개의 태그가 응답할 확률(
Figure 112015015574798-pat00033
)은 이항 분포를 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00034
k+1번째 프레임에서 성공 슬롯의 확률(
Figure 112015015574798-pat00035
)은
Figure 112015015574798-pat00036
개 태그 중에서 오직 1개의 태그만 한 슬롯에서 응답할 확률로써 이항 분포를 이용하여 정의된다.
Figure 112015015574798-pat00037
k+1번째 프레임에서 무응답 슬롯의 확률(
Figure 112015015574798-pat00038
)은 응답한 태그의 수가 0인 확률로써 이항 분포를 이용하여 정의된다.
Figure 112015015574798-pat00039
여기서,
Figure 112015015574798-pat00040
은 k+1번째 프레임에서 충돌 회복 슬롯의 확률,
Figure 112015015574798-pat00041
은 k+1번째 프레임 내 임의의 슬롯에서 i개의 태그가 응답할 확률(수학식 14 참조), Pd(i,j)는 한 슬롯에서 충돌을 일으킨 i개 태그(i≥2) 중에서 j개의 태그(1≤j≤i)가 성공적으로 인식될 확률(도 6 및 표 1 참조)를 나타낸다. 여기서, i가 2≤5인 경우 Pd(i,j)는 도 6 및 표 2를 이용하여 구하고, i>5인 경우 Pd(i,j)는 0이 된다.
Figure 112015015574798-pat00042
k+1번째 프레임에서 충돌 슬롯의 확률(
Figure 112015015574798-pat00043
)은 전체 확률에서 성공 슬롯, 충돌 회복 슬롯 및 무응답 슬롯의 확률을 뺀 값을 통해 산출된다.
이와 같이 k+1번째 프레임에서의 각각의 슬롯의 확률을 계산하고 나면, 가변 슬롯 길이를 고려한 시스템 처리율을 산출할 수 있다. 전술한 바와 같이, 시스템 처리율은 단위 슬롯의 시간 평균에 대비 태그 인식에 성공한 슬롯(성공 슬롯 및 충돌 회복 슬롯) 시간의 비로 정의할 수 있다. 이는 다음의 수학식을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00044
여기서, η(Lk+1)은 프레임 크기가 Lk+1일 때의 시스템 처리율이고, E[DCR]은 충돌 회복 슬롯의 평균 시간을 나타낸다.
E[DCR]은 충돌 회복 슬롯의 평균 길이로써, 한 슬롯에서 응답하는 태그 수에 대한 확률(Pk(i)), 충돌 회복 확률(Pd(i,j)), j개 태그가 성공적으로 인식된 충돌 회복 슬롯의 시간(DCR,j)을 이용하여 표현되며, 이는 다음의 수학식 20과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00045
수학식 2 내지 5 및 수학식 12 내지 18 및 20을 이용하면, 수학식 19의 시스템 처리율(η(Lk+1))을 k+1번째 프레임의 크기(Lk+1)에 관한 식으로 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 프레임 크기 결정 방법은 시스템 처리율을 최대화할 수 있도록 결정하므로, 다음의 수학식 21에서 정의하는 최적화 문제를 해결하는 방법으로 대치할 수 있다.
Figure 112015015574798-pat00046
여기서,
Figure 112015015574798-pat00047
는 k+1번째 프레임의 최적 크기를 나타내고, 이를 해결하는 한 예로는 시스템 처리율의 편미분 함수를 0으로 만드는 k+1번째 프레임 크기(Lk+1)를 구하고, 이 프레임 크기가 실수 값일 경우에 대비해 올림 연산을 통해 정수꼴의
Figure 112015015574798-pat00048
를 구하는 방법을 이용할 수 있다. 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112015015574798-pat00049
RFID 리더기는 상기 수학식 21을 통해
Figure 112015015574798-pat00050
를 산출하여 k+1번째 프레임의 최적 크기를 산출하고, 이를 Query 명령에 포함시켜 태그에 전송할 수 있다.
시뮬레이션 결과
도 7은 다중 패킷 수신 환경에서 RFID 시스템에 있어서, 본 발명에 따른 방식과 종래 방식의 인식 시간 성능을 비교한 그래프이다. 다중 패킷 수신 환경에서 처리율을 최대화시키는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 크기 결정 방법을 적용한 RFID 시스템의 성능 평가를 수행하였다.
시뮬레이션 환경 파라미터를 EPC global Class 1 Generation 2 표준에 따른 표 2과 같이 설정하였다.
Figure 112015015574798-pat00051
태그의 수는 100개부터 1000개 까지 증가 시켰고 다중 패킷 수신 환경에서 종래 기술(FSA, DFSA)과 본 발명에 따른 프레임 결정 방법의 태그 인식 시간을 비교하는 시뮬레이션을 수행하였다. FSA 는 프레임 크기가 50인 경우와 100인 경우로 나누어 시뮬레이션을 수행하였다.
도 7을 참조하면, 종래 기술 및 본 발명에 따른 방법 모두, 태그 수가 증가함에 따라 인식 시간이 완만하게 증가한다. 그러나, 종래 DFSA의 경우 태그 수가 많을수록 본 발명에 비해 인식 시간이 급격하게 증가하는 것을 볼 수 있다. 반면, 본 발명에 따른 방법은 태그 수가 1000개일 때 종래 DFSA 및 프레임 크기가 100인 FSA보다 각각 34.6%, 39.6% 짧은 인식 시간만으로도 모든 태그를 인식할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 방법은 다중 패킷 수신 기술을 고려했을 때 처리율을 최대화 할 수 있는 최적의 프레임 크기를 결정하였으며, 한 슬롯에서 성공적으로 인식된 태그들에게 연속적으로 ACK 응답을 보낼 수 있는 충돌 방지 프로토콜로써, 종래 기술들에 비해 인식 시간을 줄이고 시스템 처리율을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 복수 개의 RFID 태그가 존재하는 RFID 시스템에서 태그 인식 장치의 충돌 방지 방법에 있어서,
    하나의 슬롯에서 둘 이상의 태그가 동시에 응답하여 충돌이 일어났음에도 복수의 태그를 인식하는데 성공한 충돌 회복 슬롯 내에서, 적어도 하나의 인식된 태그의 데이터 전송이 이루어지도록 상기 충돌 회복 슬롯의 길이를 가변시키는 단계를 포함하되,
    상기 충돌 회복 슬롯 내에서 상기 적어도 하나의 인식된 태그의 데이터 전송이 순차적으로 이루어지도록 복수 개의 ACK 명령을 상기 적어도 하나의 인식된 태그로 순차적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 충돌 방지 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 태그의 데이터 전송이 성공하는 성공 슬롯(Success Slot), 어떠한 태그도 응답하지 않은 무응답 슬롯(Idle Slot), 충돌에 의해 태그 인식에 실패한 충돌 슬롯(Collision Slot) 및 둘 이상의 태그가 동시에 응답했음에도 불구하고 태그 인식에 성공한 충돌 회복 슬롯의 길이를 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 충돌 방지 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 충돌 회복 슬롯의 길이는 다른 슬롯의 길이보다 길게 설정하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 충돌 방지 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 무응답 슬롯에서 상기 태그 인식 장치가 태그 응답을 기다리는 시간의 최대값은 태그 응답의 1비트를 전송하는데 걸리는 시간으로 산출되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 충돌 방지 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 태그를 인식하는데 소요되는 시간과 태그 인식에 성공한 슬롯의 점유 시간의 비를 시스템 처리율(η)로 정의하여 상기 시스템 처리율이 최대가 되도록 프레임 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 충돌 방지 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    무응답 슬롯의 개수 및 k번째 프레임의 크기를 통해 충돌 슬롯의 확률을 산출하고, 산출된 값을 zero estimation 알고리즘에 적용하여 k번째 프레임에서(k는 임의의 자연수) 인식을 시도하는 태그의 수를 추정하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 충돌 방지 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    k+1번째 프레임에서 인식을 시도하는 태그 수는 상기 k번째 프레임에서 인식을 시도하는 태그 수로부터 k번째 프레임에서 성공적으로 인식된 태그 수를 빼서 산출되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 충돌 방지 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    k+1번째 프레임의 프레임 크기는 단위 슬롯의 시간 평균에 대한 태그 인식에 성공한 슬롯 시간의 평균의 비율을 나타내는 시스템 처리율이 최대가 되는 프레임 크기를 산출하는 방식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 충돌 방지 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 시스템 처리율의 함수는
    Figure 112015015574798-pat00052

    이고, 여기서,
    Figure 112015015574798-pat00053
    는 k+1번째 프레임에서 성공 슬롯의 확률,
    Figure 112015015574798-pat00054
    는 k+1번째 프레임에서 무응답 슬롯의 확률,
    Figure 112015015574798-pat00055
    은 k+1번째 프레임에서 충돌 슬롯의 확률을 의미하고, E[DCR]은 충돌 회복 슬롯의 평균 시간을 나타내고, DS는 성공 슬롯의 시간, Di는 무응답 슬롯의 시간, Dc는 충돌 슬롯의 시간을 나타내는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 충돌 방지 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 시스템 처리율의 편미분 함수를 0으로 만드는 k+1 번째 프레임 크기를 산출하고, 상기 프레임 크기가 실수 값일 경우 올림 연산을 통해 정수형태로 산출하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템의 충돌 방지 방법.
  12. 복수 개의 태그가 존재하는 RFID 시스템에서의 태그 인식 장치에 있어서,
    하나의 슬롯에서 둘 이상의 태그가 동시에 응답하여 충돌이 일어났음에도 태그 각각을 인식하는데 성공한 충돌 회복 슬롯 내에서, 적어도 하나의 인식된 태그의 데이터 전송이 이루어지도록 상기 충돌 회복 슬롯의 길이를 가변시키되,
    상기 충돌 회복 슬롯 내에서, 상기 적어도 하나의 인식된 태그의 데이터 전송이 복수 회 순차적으로 이루어지도록 복수 개의 ACK 명령을 상기 적어도 하나의 인식된 태그로 순차적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 인식 장치.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 태그로부터 태그 응답 및 데이터를 수신하는 수신부;
    상기 태그로 쿼리 응답 명령 및 ACK 명령을 전송하는 전송부; 및
    슬롯의 길이를 결정하여 쿼리 응답 명령을 생성하고, 프레임 크기를 결정하여 쿼리 명령을 생성하며, 상기 태그 응답에 기반하여 상기 ACK 명령을 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 인식 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 태그의 데이터 전송이 성공하는 성공 슬롯, 어떠한 태그도 응답하지 않은 무응답 슬롯, 충돌에 의해 태그 인식에 실패한 충돌 슬롯 및 둘 이상의 태그가 동시에 응답했음에도 불구하고 태그 인식에 성공한 충돌 회복 슬롯의 길이를 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 인식 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 충돌 회복 슬롯의 길이는 다른 슬롯보다 길게 설정하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 인식 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 무응답 슬롯에서 태그 응답을 기다리는 시간의 최대값은 태그 응답의 1비트를 전송하는데 걸리는 시간으로 산출되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 인식 장치.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 태그를 인식하는데 소요되는 시간과 태그 인식에 성공한 슬롯의 점유 시간의 비를 시스템 처리율(η)로 정의하여 상기 시스템 처리율이 최대가 되도록 프레임 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 인식 장치.
  19. 하나의 슬롯에서 둘 이상의 태그가 동시에 응답하여 충돌이 일어났음에도 태그 각각을 인식하는데 성공한 충돌 회복 슬롯 내에서, 적어도 하나의 인식된 태그의 데이터 전송이 이루어지도록 상기 충돌 회복 슬롯의 길이를 가변시키는 RFID 리더기; 및
    상기 RFID 리더기의 쿼리 응답 명령에 응답하여 태그 인식을 전송하고, ACK 명령에 응답하여 데이터를 상기 RFID 리더기로 전송하는 복수 개의 RFID 태그를 포함하되, 상기 RFID 리더기는
    상기 충돌 회복 슬롯 내에서 상기 적어도 하나의 인식된 태그의 데이터 전송이 순차적으로 이루어지도록 복수 개의 ACK 명령을 상기 적어도 하나의 인식된 태그로 순차적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
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