KR101717231B1 - Nfc 장치와 rfid 시스템이 공존하는 환경에서 nfc 장치간 p2p 통신을 고려한 충돌 방지 방법 및 장치 - Google Patents

Nfc 장치와 rfid 시스템이 공존하는 환경에서 nfc 장치간 p2p 통신을 고려한 충돌 방지 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템과 NFC(Near Field Communication) 장치가 공존하는 환경에서 제 1 NFC 장치의 충돌 회피 방법을 개시하고 있다. 상기 방법은, 제 1모드에서 무선 채널이 현재 사용 중인지 확인하는 단계, 현재 무선 채널이 사용중인 경우, 상기 RFID 시스템의 메시지를 수신할 수 있는 제 2 모드로 전환하는 단계, RFID 리더(reader)로부터 쿼리(query) 메시지를 수신하는 단계 및 상기 쿼리 메시지에 대응으로 응답 메시지를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 응답 메시지는 NFC 장치로부터 송신되었음을 지시하는 정보를 포함한다.

Description

NFC 장치와 RFID 시스템이 공존하는 환경에서 NFC 장치간 P2P 통신을 고려한 충돌 방지 방법 및 장치{ANTI-COLLISION METHOD CONSIDERING P2P COMMUNICATION BETWEEN NFC DEVICES IN COEXISTENCE WITH RFID SYSTEM}
본 발명은 NFC(Near Field Communication) 장치 간의 충돌 없는 P2P(Peer-to-Peer) 통신을 수행하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, RFID(Radio Frequency Identification) 시스템의 간섭 영역 내에서 동작하는 NFC 장치들이 원활하게 P2P 통신을 수행하도록 하는 방법에 관한 것이다.
RFID는 비접촉 방식의 객체 인식 기술로써, RFID 시스템은 하나의 리더(reader)와 인식 대상이 되는 객체에 부착된 다수의 태그(tag)로 구성된다. 광학 인식 방식을 사용하기 때문에 인식기와 바코드가 가시거리 내에 존재해야 하고, 한 번에 한 개씩만을 인식할 수 있는 바코드 시스템의 단점은 RFID 시스템의 장점으로 치환된다. 즉, RFID시스템에서는 RF(Radio Frequency)를 이용하기 때문에 리더와 태그 사이에 장애물이 존재해도 인식이 가능하며, 복수개의 태그를 한꺼번에 인식할 수 있다. 이러한 장점 때문에 RFID시스템은 물류, 유통 및 생산 관리 분야뿐만 아니라, 모든 사물(things)들이 네트워크에 연결되어 사람-사물 간, 사물-사물 간 정보 교환이 가능한 사물 인터넷(Internet of Things)을 구성하는 요소기술로써 주목받고 있다.
한편, RFID와 유사하지만 상대적으로 근거리에 위치한 두 기기 간에 정보를 교환할 수 있는 비접촉식 통신 기술인 NFC(Near Field Communication)가 있다. RFID 시스템에서는 리더와 태그의 역할이 분명하게 나뉘어져 있는 반면, NFC시스템에서는 역할 선택이 상대적으로 자유롭다. 즉, NFC장치는 타겟(target) 역할을 수행하다가 데이터를 보내거나 받을 필요가 생기면 이니시에이터(initiator) 역할로 동작할 수 있다. NFC기술은 통신 거리가 짧아서(약 10cm 이내) 도청이 어렵고 보안이 우수한 장점이 있으며, 스마트폰에 탑재되면서 모바일 결재 시스템 등을 구성하는 요소기술로써 사용되고 있다.
ISO(International Organization for Standardization) 표준인 ISO-18000에 의하면, RFID시스템은 135kHz, 13.56MHz, 2.45GHz, 433MHz, 그리고 860~960MHz 의 다양한 주파수 대역에서 동작한다. 그 중 전 세계적으로 가장 널리 쓰이고 있는 RFID 대역은 13.56MHz로, 약 78% 점유율을 나타낸다. 그런데 이 13.56MHz 대역은 RFID 시스템뿐만 아니라 NFC에서도 사용된다. NFC 장치와 관련된 ISO표준은 크게 세 개가 있는데, 이 중 두 NFC 장치 간 직접 통신을 위한 P2P(Peer-to-Peer) 모드를 정의한 ISO-18092는 NFC 장치의 동작 주파수 대역을 RFID와 중첩되는 13.56MHz로 정의하고 있어, P2P모드로 동작하는 NFC 장치들과 RFID 시스템이 통신 가능 영역 내에서 공존할 경우 상호 간섭을 일으켜 정상적인 통신이 어려울 수 있다. 13.56MHz대역에서 P2P모드로 동작하는 NFC 장치의 통신 가능 거리는 10cm 이내인데 반해, 동일 대역에서 동작하는 RFID 시스템의 통신 가능 거리는 그보다 길기 때문에(약 1m 이내), RFID 시스템은 NFC 장치로 인한 간섭의 영향을 상대적으로 적게 받는 반면, NFC 장치는 RFID 시스템으로 인한 간섭의 영향을 상대적으로 크게 받는 문제가 있다.
도 1은 종래의 RFID 시스템과 P2P모드로 동작하는 종래의 NFC 장치가 공존할 때 간섭으로 인해 종래의 NFC 장치에서 P2P모드 동작이 방해받는 현상을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 RFID 시스템은 한 개의 리더(110)와 세 개의 태그(120-1, 120-2, 120-3)로 구성되며, 종래의 RFID 시스템의 통신 영역 내에 종래의 두 NFC 장치(130, 140)가 존재한다. 종래의 NFC 장치(130, 140)는 P2P모드로 동작하면서 각각 이니시에이터(130) 및 타겟(140) 역할을 수행하고 있으며, 이니시에이터 장치(130)는 타겟 장치(140)에 대한 P2P 통신을 개시하기 위한 P2P 요청 메시지를 보내려고 하는 상황이다.
도 2는 도 1의 네트워크 환경에서 종래의 RFID 시스템으로 인해 종래의 NFC 장치들 간 P2P 통신이 지연 또는 방해를 받고 있는 상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a)는 종래의 RFID 시스템으로 인해 종래의 NFC 장치들 간 P2P 모드 통신이 지연되는 상황을 나타낸 것이다. 도 2(a)를 참조하면, P2P 모드 통신을 개시하는 NFC 이니시에이터 장치는 P2P 통신을 개시하기 위한 P2P 요청 메시지를 보내기 전에 무선 채널이 사용 중인지 확인한다. 이때 종래의 RFID 시스템은 리더에서 태그를 인식하기 위해 무선 채널을 이미 사용하고 있기 때문에, 종래의 NFC 장치들 간 P2P 모드 통신이 이루어지려면 해당 NFC 장치는 RFID 시스템의 태그 인식이 끝날 때 까지 기다려야 한다.
도 2의 (b)는 종래의 RFID 시스템에 의해 종래의 NFC 장치들 간 P2P 모드 통신이 방해받는 상황을 나타낸 것이다. 도 2(b)를 참조하면, 종래의 NFC 장치들 중 이니시에이터 역할을 맡은 장치는 P2P 모드 통신을 개시하기 위한 P2P요청 메시지를 보내기 전에 무선 채널이 사용 중인지 확인하고, 무선 채널이 사용되지 않고 있는 것을 확인한 NFC 이니시에이터 장치는 P2P 모드 통신을 개시하기 위한 P2P 요청(request) 명령을 NFC 타겟 장치에게 전송한다. 이 때 종래의 RFID 리더는 종래의 NFC 이니시에이터 장치의 통신 가능 영역에서 벗어나 있기 때문에 무선 채널이 사용되고 있지 않다고 판단하고, 태그를 인식하기 위한 신호를 전송한다. 이 때 종래의 NFC 타겟 장치에는 NFC 이니시에이터 장치가 전송한 P2P 요청 메시지와, 종래의 RFID 리더가 전송한 태그 인식 명령이 중첩 수신되면서 충돌로 인해 P2P 요청 메시지가 온전히 수신될 수 없고, 따라서 P2P 모드 통신을 시작할 수 없다. 이 경우에도 종래의 NFC 장치들 간 P2P 모드 통신을 수행하려면 종래의 RFID 시스템이 태그 인식을 마칠 때까지 기다려야만 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 목적은 동일 주파수 대역을 공유하는 RFID 시스템과 P2P 모드로 동작 중인 NFC 장치들이 통신 가능 영역 내에서 공존할 때, RFID 시스템의 동작으로 인해 NFC 장치들 간 P2P 모드 통신이 방해받지 않고 원활히 이루어질 수 있도록 하는 동작 방법과, RFID 시스템에서 P2P 모드로 동작중인 NFC 장치를 인식하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RFID시스템과 NFC장치가 공존하는 환경에서 제 1 NFC 장치의 충돌 회피 방법은, 제 1모드에서 무선 채널이 현재 사용 중인지 확인하는 단계, 현재 무선 채널이 사용 중인 경우, 상기 RFID 시스템의 메시지를 수신할 수 있는 제 2 모드로 전환하는 단계, RFID 리더(reader)로부터 쿼리(query) 메시지를 수신하는 단계 및 상기 쿼리 메시지에 대응으로 응답 메시지를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 응답 메시지는 NFC 장치로부터 송신되었음을 지시하는 정보를 포함할 수 있다.
상기 NFC 장치로부터 송신되었음을 지시하는 정보는 상기 응답 메시지의 라운드 사이즈(round size) 필드 값을 특정 값으로 설정하여 구성될 수 있다.
상기 응답 메시지는 P2P 모드 통신을 수행하는데 필요한 슬롯 개수 정보를 더 포함할 수 있다.
상기 슬롯 개수 정보는 상기 응답 메시지의 페이로드에 포함될 수 있다.
상기 충돌 회피 방법은 상기 응답 메시지 전송 단계 이후에, 상기 RFID 리더로부터 P2P 모드 통신을 허용하는 선택적 대기 명령(Selective-stand-by command)을 수신하는 단계, 상기 선택적 대기 명령 내의 수신자 주소를 파싱하여 상기 제 1 NFC 장치의 주소인지 판단하는 단계 및 상기 제 1 NFC 장치의 주소와 일치하면, P2P 통신을 위한 제 1 모드로 전환하고 P2P 통신을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 NFC 장치의 주소와 일치하는 경우, 상기 필요한 슬롯 개수에 해당하는 시간 슬롯 동안 P2P 통신을 수행할 수 있다.
상기 P2P 통신을 수행하는 단계는 제 2 NFC 장치로 P2P 요청 메시지를 전송하는 단계, 상기 제 2 NFC 장치로부터 P2P 응답 메시지를 수신하는 단계 및 상기 P2P 응답 메시지에 대응하여 전송 대상 데이터를 상기 제 2 NFC 장치로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 쿼리 메시지는 상기 제 2 모드로의 변경 이후 다음 프레임을 시작하는 웨이크-업(wake-up) 혹은 리-엔터 라운드(re-enter round) 메시지이고, 상기 제 1 NFC 장치는 상기 다음 프레임에 포함된 슬롯 중 하나를 선택하여 상기 응답 메시지를 전송할 수 있다.
상기 무선 채널이 현재 사용 중인지 확인하는 단계는 P2P 통신을 개시하는 P2P 요청 메시지 전송 이전에 수행될 수 있다.
상기 제 1 모드는 P2P모드, 상기 제 2 모드는 카드 에뮬레이션(card emulation) 모드일 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RFID 시스템과 환경에서 충돌 회피를 위한 NFC 장치는, 무선 채널이 현재 사용 중인지 확인하는 채널 확인부, 현재 무선 채널이 사용 중인 경우, 상기 RFID 시스템의 메시지를 수신할 수 있는 제 2 모드로 전환하는 모드 전환부, RFID 리더로부터 쿼리 메시지 쿼리 메시지는 웨이크-업 또는 리-엔터 라운드를 포함함 - , 다음 슬롯(next-slot) 메시지 및 선택적 대기(selective stand-by) 메시지 중 적어도 하나를 수신하는 수신부 및 상기 쿼리 메시지에 대응으로 응답 메시지를 전송하는 전송부를 포함하되, 상기 응답 메시지는 NFC 장치로부터 송신되었음을 지시하는 정보를 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서 RFID 리더 장치의 충돌 회피 방법은 태그들 및 상기 NFC 장치에게 프레임의 시작을 알리는 명령을 브로드캐스팅하는 단계, 상기 태그들 및 상기 NFC 장치로부터 응답 메시지를 수신하는 단계, 상기 응답 메시지에 포함된 정보를 파싱하여 상기 응답 메시지를 보낸 주체가 상기 NFC 장치인지를 판단하는 단계, 상기 NFC 장치를 인지하면, 상기 응답 메시지에 포함된 P2P 모드 통신에 필요한 슬롯 개수 정보를 획득하는 단계 및 필요한 슬롯 개수를 기반으로 상기 NFC 장치가 P2P 모드 통신을 할 수 있도록 하나 이상의 연속된 슬롯을 할당할지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 슬롯을 할당할지 판단하는 단계는 상기 필요한 슬롯 개수에 반비례되는 확률로 상기 NFC 장치가 상기 슬롯 개수에 해당하는 시간동안 P2P 통신을 할 수 있도록 허용하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 슬롯을 할당할지 판단하는 단계는 상기 NFC 장치가 P2P 통신을 할 수 있도록 상기 응답 메시지를 수신한 슬롯의 바로 다음 슬롯을 포함하여 하나 이상의 연속된 슬롯을 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 슬롯을 할당할지 판단하는 단계는 상기 NFC 장치에게 P2P 통신을 허용하는 경우, 상기 필요한 슬롯 개수에 해당하는 시간 슬롯이 상기 NFC 장치를 위해 예약되었음을 알리는 선택적 대기 명령을 상기 NFC 장치로 전송하는 단계 또는 상기 NFC 장치에게 P2P 통신을 허용하지 않는 경우, 다음 슬롯 프레임을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택적 대기 명령은 상기 NFC 장치의 주소 정보를 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서 충돌 회피를 위한 RFID 리더 장치는 태그들 및 상기 NFC 장치에게 프레임의 시작을 알리는 명령을 브로드캐스팅하는 전송부, 상기 태그들 및 상기 NFC 장치로부터 응답 메시지를 수신하는 수신부, 상기 응답 메시지에 포함된 정보를 파싱하여 상기 응답 메시지를 보낸 주체가 상기 NFC 장치인지를 판단하는 장치 판단부 및 상기 응답 메시지에 포함된 P2P 모드 통신에 필요한 슬롯 개수 정보를 획득하여 필요한 슬롯 개수를 기반으로 상기 NFC 장치가 P2P 모드 통신을 할 수 있도록 하나 이상의 연속된 슬롯을 할당할지 판단하는 P2P 슬롯 할당 판단부를 포함할 수 있다.
본 발명의 NFC 장치와 RFID 시스템이 공존하는 환경에서 NFC 장치간 P2P 통신을 고려한 충돌 방지 방법 및 장치에 따르면, RFID 시스템의 리더는 자신의 통신 가능 영역 내에서 P2P모드로 동작 중인 NFC 장치를 인지할 수 있고, NFC 장치가 P2P모드 통신을 수행하는데 간섭을 미치지 않도록 특정 시간 슬롯 동안 태그 인식을 일시적으로 중단하여 NFC 시스템의 효율을 제고시키는 효과가 있다.
또한, NFC 장치는 RFID 리더로 인한 간섭이 완전히 없어질 때 까지 P2P 모드 통신을 보류함으로써 발생하는 지연 시간을 줄일 수 있으며, P2P모드 통신 도중 RFID 리더로부터 받는 간섭으로 인한 충돌 및 패킷 손실을 줄이는 효과가 있다.
도 1은 종래의 RFID 시스템과 P2P모드로 동작하는 종래의 NFC 장치가 공존할 때 간섭으로 인해 종래의 NFC 장치에서 P2P모드 동작이 방해받는 현상을 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 네트워크 환경에서 종래의 RFID 시스템으로 인해 종래의 NFC 장치들 간 P2P 통신이 지연 또는 방해를 받고 있는 상황을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 장치가 P2P 통신을 수행할 때의 동작을 나타낸 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더의 동작을 나타낸 흐름도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 RFID 리더와 태그, NFC 장치가 공존하는 환경에서 송수신되는 신호를 프레임 상에서 표현한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 장치의 응답 메시지의 포맷을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 장치의 선택적 대기 명령 포맷을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 10은 태그의 수가 100일 때, NFC 장치의 P2P 모드 통신 빈도 변화에 따른 NFC 장치의 통신 지연 시간을 나타낸 그래프,
도 11은 RFID 태그 인식 빈도가 3일 때, 태그의 수 변화에 따른 NFC 장치의 P2P 모드 통신 지연 시간을 나타낸 그래프,
도 12는 스마트 헬스케어 시스템이 적용된 병원에서 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌방지 방법을 적용한 예를 나타낸 도면이다.
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.
개요
종래 기술에 따르면, P2P모드로 동작하는 NFC 장치와 RFID 시스템의 통신 가능 거리가 서로 비대칭이기 때문에, RFID 리더가 P2P모드로 동작하는 NFC 장치를 인식하는 것이 어려우며, P2P모드로 동작하는 NFC 장치가 RFID 시스템에 의해 일방적인 전파 간섭을 받는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, P2P 모드로 동작하는 NFC 장치의 동작 모드를 RFID 태그와 호환 가능한 카드 에뮬레이션 모드(card emulation)로 전환하도록 함으로써 RFID 리더로 하여금 NFC 장치를 인식할 수 있도록 한다. NFC 장치는 리드/라이트(read/write) 모드, 카드 에뮬레이션 모드 및 P2P 모드의 세 가지 모드로 동작할 수 있다. 리드/라이트 모드와 카드 에뮬레이션 모드는 각각 RFID 시스템의 리더 및 태그와 호환성을 갖는 모드이다. 즉, 리드/라이트 모드로 동작하는 NFC 장치는 RFID 태그를 인식할 수 있으며, 카드 에뮬레이션 모드로 동작하는 NFC 장치는 수동형 태그처럼 동작하기 때문에 RFID 리더에서 인식될 수 있다. 수동형 태그는 스스로 RF 필드를 생성하여 신호를 전송하지 않는 대신, 리더로부터 수신된 신호를 후방 산란(back-scattering)을 통해 응답할 수 있다. 따라서 P2P 모드로 동작할 때와 달리 카드 에뮬레이션 모드로 동작하는 NFC 장치는 리더에게 자신의 존재를 알릴 수 있다.
NFC 장치의 동작
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 장치가 P2P 통신을 수행할 때의 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, NFC 장치(이니시에이터와 타겟 장치 포함)는 P2P 모드를 활성화한다(S310). 이때는, 데이터를 주고받기 전이므로, 타겟 역할을 위한 P2P 모드일 수 있다. 그리고는, 다른 NFC장치와 주고받을 데이터가 있는지 판단한다(S312). 이때, 주고받을 데이터가 있으면, NFC 이니시에이터 역할을 수행해야 하고, 그렇지 않은 경우, 계속하여 NFC 타겟 역할을 수행한다.
먼저, 주고받을 데이터가 있는 NFC 이니시에이터 장치의 동작을 살펴보면, NFC 이니시에이터 역할을 위해 P2P 모드를 활성화한다(S314). NFC 이니시에이터 장치는 RFID 시스템과의 간섭을 피하기 위해, 현재 RFID 시스템이 해당 대역을 사용하고 있는지 파악해야만 한다. 따라서, NFC 이니시에이터 장치는 무선 채널이 현재 사용중인지 판단한다(S316). 채널 사용의 판단은 해당 대역에서 송수신되는 신호를 일정시간동안 오버히어링하는 과정을 통해 수행될 수 있다. 만약, 무선 채널이 사용중이지 않다면, 바로 NFC타겟 장치에게 P2P요청 메시지를 전송하면서 P2P 통신을 시작할 수 있다(S328). 하지만, 무선 채널이 현재 RFID 시스템에 의해 사용중이라면, NFC 이니시에이터 장치는 P2P 모드에서 카드 에뮬레이션 모드로 전환하고 다음 프레임 시작까지 대기한다(S318). 이는, P2P 모드에서는 RFID 시스템과의 정보 교환이 어려우므로, 카드 에뮬레이션 모드로 전환하여 RFID 시스템으로부터 수신되는 메시지를 수신하고 P2P 모드로 데이터 전송을 원하고 있음을 알리기 위함이다.
카드 에뮬레이션 모드로 전환 후 대기하고 있다가, 다음 프레임이 시작되면, 다음 프레임 내의 임의의 슬롯에서 리더에게 응답 메시지를 전송한다(S320). 즉, 종래에는 태그뿐만 아니라 NFC 장치도 응답 메시지의 라운드 사이즈 필드 값을 프레임 크기에 따라 0이 아닌 값으로 설정하여 리더에게 보내지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 해당 메시지의 라운드 사이즈 필드 값을 0으로 설정하여 리더에게 전송한다. 리더는 수신된 응답 메시지의 라운드 사이즈 필드를 살펴보고, 그 값에 따라 NFC 장치인지 태그인지 판단할 수 있다. 즉, 그 값이 0인 경우에는 해당 응답 메시지를 NFC 장치가 보냈다고 판단할 수 있는 것이다.
또한, NFC 이니시에이터 장치는 응답 메시지의 페이로드 부분에 P2P 모드 통신에 필요한 슬롯 수(p, p≥1인 자연수)를 기록하여 리더에게 보낼 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 리더는 응답 메시지의 라운드 사이즈 필드 부분을 확인하여 해당 메시지를 보낸 주체가 P2P 모드로 동작하는 NFC 장치임을 확인하고, 응답 메시지의 페이로드 부분을 통해 p 값을 얻는다. 만약 p 값이 클 경우, NFC 장치 간의 P2P 통신으로 인해 RFID 시스템에서 태그를 인식하는 시간이 p만큼 늘어나기 때문에 RFID 시스템의 성능 저하를 야기할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 리더는 응답 메시지에 포함된 p 값이 클수록 NFC 장치가 슬롯을 이용하기 어렵도록 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 리더는 1/p의 확률로 NFC 장치가 p개 슬롯에 해당하는 시간 동안 P2P 모드 통신을 할 수 있도록 허용할 수 있다. 리더 및 다른 태그들은 NFC 장치가 P2P 모드 통신을 수행하는 동안 무선 채널을 사용하지 않아야 하므로, 리더는 NFC 장치를 위해 예약된 슬롯을 시작하면서 선택적 대기(selective stand-by) 명령을 브로드캐스트한다. 이 선택적 대기 명령에는 수신자 주소가 포함되어 있어서, 특정 주소에 해당하는 단말 혹은 태그만 해당 슬롯에서 리더에게 응답하도록 유도하는 명령이다.
NFC 이니시에이터 장치의 입장에서는 1/p 확률에 따라 P2P 모드 통신을 허락받을 수도 있고 그렇지 못할 수도 있다. 따라서, NFC 이니시에이터 장치는 상기 선택적 대기 명령을 수신한다면(S322), 예약된 해당 슬롯에서 다음 단계(S324)로 넘어갈 수 있지만, 선택적 대기 명령을 수신하지 못하면(S322), 다시 다른 프레임의 임의의 슬롯에서 리더에게 응답 메시지를 전송하여(S320)야 할 수 있다. NFC 이니시에이터 장치는 상기 선택적 대기 명령을 수신하면, 선택적 대기 명령 프레임의 태그 ID 또는 TEL(Tag Excitation Level)이 자신의 것과 일치하는지 판단한다(S324). 여기서, TEL 모드는 태그들을 그룹으로 묶어서 그룹 단위로 선택적 대기시키는 것을 가능케 하는 모드이고, 이는 선택적으로 사용할 수 있다. 만약, 자신의 것과 선택적 대기 명령에 포함된 수신자 주소가 일치하지 않으면 P2P 통신을 위해 예약된 슬롯이 자신을 위한 것이 아니라고 판단하고 다시 단계(S320)로 돌아갈 수 있다. 만약 주소가 일치한다면, 예약된 슬롯에서 P2P 통신을 시작하면 된다. 즉, P2P 모드로 다시 전환하고(S326), 이니시에이터 역할로써 타겟 단말에게 데이터 전송을 위한 P2P 요청 메시지를 송신한다(S328). 그리고는, NFC 이니시에이터 장치와 NFC 타겟 장치간 P2P 통신을 수행한다(S330).
이를 NFC 타겟 장치 입장에서 보면, 특별히 다른 장치와 주고받을 데이터가 없고 수동적으로 다른 장치로부터 데이터를 수신만 하면 되므로, NFC 타겟 장치는 RFID 리더와 별도로 주고받을 데이터가 필요하지 않을 수 있다. 따라서, NFC 이니시에이터 장치로부터 P2P 요청 메시지가 수신될 때까지 대기하고 있다가, P2P 요청 메시지가 수신되면(S313), P2P 응답 메시지를 전송함으로써, NFC 이니시에이터와 P2P 통신을 수행할 수 있다(S330).
RFID 리더 장치의 동작
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더의 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, RFID 리더는 임의의 노드(여기서 노드는 RFID 태그 및 NFC 장치를 모두 포함하는 개념임)로부터 응답 메시지를 수신할 수 있다(S410). 이는 프레임 시작 명령을 전송한 후의 상황일 수 있다. RFID 리더는 수신된 응답 메시지를 파싱하여 라운드 사이즈 필드 값이 0인지 판단한다(S412). 0이 아닌 경우, NFC 장치가 아닌 RFID 태그가 보낸 것으로 판단하고, 응답 메시지를 수신한 리더는 다음 슬롯(Next-slot) 프레임을 전송한다(S420). 만약, 0인 경우, 응답 메시지를 보낸 송신자가 NFC 장치임을 인식하고, 리더는 [0,1] 범위에서 임의의 실수 q를 생성한다(S414). 그리고는, 응답 메시지의 페이로드에서 NFC 장치가 P2P 통신을 위해 필요한 시간 슬롯 개수인 p 값을 파싱하여, 생성된 q 값이 1/p보다 큰지 판단한다(S416). 이는 1/p의 확률로 P2P 통신을 위한 슬롯의 허용 여부를 판단하기 위함이다. q가 1/p보다 크면, P2P 통신을 허용하지 않는 것으로 판단하고, 다음 슬롯 명령을 전송한다(S420). 만약 q가 1/p보다 작으면, p개 슬롯에 해당하는 시간 동안 P2P 모드 통신을 할 수 있도록 허용하는 선택적 대기(selective stand-by) 프레임을 브로드캐스트한다(S418). 이 선택적 대기 명령에는 수신자 주소(태그 ID 또는 TEL)가 포함될 수 있다. 그리고는, 예약된 슬롯만큼 대기하고 있다가 예약된 시간 슬롯이 지난 후에, 클로즈-슬롯(close-slot) 명령을 전송할 수 있다.
RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 송수신 신호 처리
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 RFID 리더와 태그, NFC 장치가 공존하는 환경에서 송수신되는 신호를 프레임 상에서 표현한 도면이다. 도 5의 실시예는, 도 1에서와 같이 하나의 리더(500)와 3개의 태그(510-1, 510-2, 510-3)로 구성된 RFID시스템과 한 쌍의 NFC 장치(520, 530)가 공존하는 환경을 가정한다. NFC 1(520)로 표시된 장치는 이니시에이터 역할을, NFC 2(530)로 표시된 장치는 타겟 역할을 각각 수행한다고 가정한다.
도 5를 참조하면, RFID 시스템을 구성하는 리더(500)는 먼저 무선 채널이 비어 있음을 확인하고 웨이크 업명령을 브로드캐스트 하여 태그 인식 과정을 시작한다. 이 웨이크 업 명령은 프레임의 시작을 알리는 명령으로, 첫 번째 프레임은 네 개의 슬롯으로 구성되어 있다. 웨이크 업 명령을 수신한 태그 1, 2 및 3(510-1~510-3)은 각각 3개의 슬롯 중에서 임의의 슬롯 하나를 선택하여 해당 슬롯에서 프리커서(Precursor) 및 응답(response) 메시지를 리더(500)에게 보낸다. 도 5의 실시예에 따르면, 태그 1(510-1)과 태그 3(510-3)은 네 번째 슬롯을 선택하였고, 태그 2(510-2)는 첫 번째 슬롯을 선택하였다. 첫 번째 슬롯에서는 태그 2(510-2) 외에 해당 슬롯을 선택한 태그가 없어, 태그 2(510-2)은 프리커서 메시지 및 응답 메시지를 리더(500)에게 전송한다. 태그 2(510-1)의 응답 메시지를 충돌 없이 성공적으로 수신한 리더(500)는 다음 슬롯(Next slot) 명령 및 클로즈 슬롯(close slot) 명령을 통해 첫 번째 슬롯을 종료한다.
두 번째 및 세 번째 슬롯을 선택한 태그는 없기 때문에 리더(500)는 클로즈 슬롯 명령 이후 일정 시간 동안 응답이 없음을 확인하고 즉시 클로즈 슬롯 명령을 통해 슬롯을 신속하게 중료한다. 마지막인 네 번째 슬롯에서는 해당 슬롯을 선택한 태그 1(510-1)과 태그 3(510-3)이 동시에 프리커서 메시지를 전송한다. 두 태그(510-1, 510-3)로부터 수신된 프리커서 메시지를 수신한 리더(500)는 충돌로 인해 태그 인식에 실패하고 해당 슬롯을 종료한다. 이렇게 첫 번째 프레임이 종료되었다. 한편, 첫 번째 슬롯에서 동작을 개시한 NFC 1(520)과 NFC 2(530)은 각각 이니시에이터 및 타겟 역할을 선택한다. NFC 1(520)은 P2P 통신을 개시하는 P2P 요청 메시지를 NFC 2(530)에게 보내기 전에 무선 채널의 사용 여부를 확인한다. NFC 1(520)은 무선 채널이 RFID 시스템에 의해 선점되었음을 알고 카드 에뮬레이션 모드로 전환하고, 리더(500)의 프레임 시작 명령(리-엔터 라운드 혹은 웨이크-업)을 기다린다. NFC 2(530)는 첫 번째 프레임 구간 동안 이니시에이터 장치의 P2P 요청 명령을 줄곧 기다린다.
두 번째 프레임은 리더(500)의 리-엔터 라운드 명령에 의해 시작된다. 상기 리-인터 라운드 명령에는 두 번째 프레임의 크기가 4로 지정되어 있다. 이전 프레임에서 성공적으로 인식된 태그 2(510-2)를 제외하고, 태그 1(510-1), 태그 3(510-3)과 NFC 1(520)은 리-엔터 라운드 명령을 수신하고 이번 프레임에서 임의의 슬롯을 선택하여 리더(500)에게 응답 메시지를 보낸다. 태그 1(510-1)은 첫 번째 슬롯을, 태그 3(510-3)은 네 번째 슬롯을 선택하였으며, NFC 1(520)은 두 번째 슬롯을 선택하였다. 첫 번째 슬롯에서는 태그 1(510-1)이 프리커서 메시지와 응답 메시지를 전송하여 리더(500)에서 성공적으로 인식되었으며, 리더(500)는 다음 슬롯 명령과 클로즈 슬롯 명령을 통해 해당 슬롯을 종료한다. 다음 슬롯에서는 NFC 1(520)이 프리커서 메시지와 응답 메시지(550)를 전송하여 리더(500)에서 성공적으로 인식된다. 이때 본 발명의 실시예에 따르면, NFC 1(520)에서 송신되는 응답 메시지(550)는 종래에는 프레임 크기를 나타내는 라운드 사이즈 필드 값이 0으로 설정되어 해당 메시지가 NFC 장치로부터 전송됨을 지시할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 응답 메시지(550)의 페이로드(payload) 부분에는 P2P 모드 데이터 통신에 필요한 슬롯 개수(p)가 포함되어 있다. 리더(500)가 해당 응답 메시지의 라운드 사이즈 필드 값을 확인하였을 때 그 값이 0이면 태그가 아닌 NFC 장치에서 전송된 것으로 간주하고, 다음 슬롯을 NFC 장치가 사용할 수 있도록 할당할 수 있다. 다만, 너무 많은 슬롯을 NFC 장치가 사용하는 것을 방지하기 위해, 리더는 1/p의 확률로 NFC 장치가 다음 p개 슬롯을 사용하도록 허락할 수 있다.
본 실시예에 따르면, NFC 1(520)의 응답 메시지(550)를 수신한 리더(500)는 NFC 1(520)의 P2P 모드 통신을 할 수 있다. 리더(500)는 NFC 1(520)의 응답 메시지(550)에 대한 응답으로 NFC 1(520)이 다음 슬롯을 P2P모드로 사용할 수 있음을 알리기 위해 선택적 대기(Selective stand-by) 명령(560)을 전송하여 해당 슬롯을 종료하고 다음 슬롯을 시작한다. 이 선택적 대기 명령(560)은 대상의 주소를 포함하기 때문에, 리더(500)가 지정하는 특정 장치만 다음 슬롯을 사용할 수 있음을 알리는 명령이다. 리더(500)의 선택적 대기 명령(560)을 수신한 NFC 1(520)은 자신의 주소가 해당 명령에 포함되어 있음을 확인하고, P2P 모드 이니시에이터 역할로 전환한다. P2P 모드로 전환한 NFC 1(520)은 P2P 요청 메시지를 타겟 NFC 장치인 NFC 2(530)에게 전송하여 P2P 모드 통신을 개시한다. 리더(500)를 포함하여 선택적 대기 명령(560)을 수신한 다른 태그들(510-1~510-3)은 해당 슬롯에서 무선 채널을 사용하지 않게 된다. NFC 1(520)의 요청 메시지를 수신한 NFC 2(530)는 랜덤 백오프 동작 후 P2P 응답 메시지로 NFC 1(530)에게 응답함으로써 P2P 통신이 가능한 상태가 될 수 있다. 이후 NFC 1(520)은 자신의 데이터를 NFC 2(530)에게 전송하고, 이를 성공적으로 수신한 NFC 2(530)는 ACK 응답을 통해 데이터를 잘 수신하였음을 NFC 1(520)에게 알린다. 리더(500)는 이전 슬롯에서 NFC 1(520)이 1개 슬롯을 사용하겠다고 알려왔으므로, 이에 해당하는 시간이 경과한 후 클로즈 명령으로 슬롯을 종료한다. 두 번째 프레임의 마지막인 네 번째 슬롯은 태그 3(510-3)이 프리커서 및 응답 메시지를 리더(500)에게 전송하는 것으로 마무리될 수 있다.
메시지 포맷
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 장치의 응답 메시지의 포맷을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, NFC 장치가 RFID 리더의 라운드 시작 메시지에 대응하여 리더에게 전송하는 응답 메시지는 TEL 모드가 실행될 때와 실행되지 않을 때에 서로 다른 프리앰블(Preamble) 정보를 갖는다. 가장 상위 도면은 TEL 모드가 실행될 때이고, 따라서, TEL 값이 16진수 0x1~0xF로 설정된다. 위에서 두 번째 도면은 TEL 모드가 실행되지 않을 때의 프리앰블이고, TEL 값은 16진수 0x0을 가질 수 있다. 응답 메시지의 프리앰블에 포함된 라운드 사이즈 필드(600)는 종래 기술에서 1(2진수 001)부터 6(2진수 110)까지 사용하게 되어있는데, 본 발명을 따르는 NFC장치는 이를 0으로 설정하여 응답 메시지의 발신자가 NFC 장치임을 지시하도록 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 페이로드의 응답 데이터(reply data) 부분에 포함된 슬롯 필드(610)에 P2P 통신을 위해 필요한 시간 슬롯 값인 p 값을 설정하여 응답 메시지를 구성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 장치의 선택적 대기 명령 포맷을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, RFID 리더 장치가 NFC의 응답 메시지에 대응하여 P2P 통신을 허용할 때 전송하는 선택적 대기 명령 메시지는 8비트의 플래그 값과 8비트 또는 72비트의 페이로드, 그리고 16비트의 오류 검출 부호(CRC, Cyclic Redundancy Check)로 구성될 수 있다. TEL 모드를 실행할 때는 페이로드가 8비트로 구성되고(가장 상단 도면 참조), TEL 모드를 사용하지 않을 때는 72비트로 구성될 수 있다(위에서 두 번째 도면 참조). 선택적 대기 명령은 NFC 장치에 P2P 통신을 일정구간만큼 허용하겠다는 것이고, 이에 허용하는 NFC 장치를 특정하는 수신자 주소가 TEL 모드의 경우 TEL 필드에 0x0 부터 0xF까지 특정될 수 있고, TEL 모드가 아닌 경우에는, MFG Tag ID에 64비트로 특정될 수 있다.
NFC 장치의 구성
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 장치(800)는 통신부(810), 채널 확인부(820), 모드 전환부(830), 주소 파싱부(840), 메시지 생성부(850) 및 데이터 저장부(860)를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 통신부(810)는 다른 NFC 장치 또는 RFID 리더와 정보를 송수신하는 구성요소이다. 통신부(810)는 통신 프로세서(하드웨어) 및 안테나를 포함할 수 있다. 통신부(810)는 전송부(812) 및 수신부(814)를 포함할 수 있다. 전송부(812)는 RFID 리더로 프리커서 메시지 및 응답 메시지를 전송할 수 있고, 자신이 이니시에이터인 경우, NFC 타겟 장치로 P2P 요청 메시지와 데이터를 전송할 수 있다. 또는 자신이 NFC 타겟인 경우, NFC 이니시에이터 장치로 P2P 응답 메시지 및 ACK 메시지를 전송할 수 있다. 수신부(814)는 RFID 리더로부터 쿼리 메시지(웨이크-업, 리-엔터 라운드), 클로즈 슬롯 명령, 선택적 대기 명령을 수신할 수 있고, 자신이 이니시에이터인 경우, NFC 타겟 장치로부터 P2P 응답 메시지와 ACK 메시지를 수신하고, 자신이 NFC 타겟 장치인 경우, NFC 이니시에이터 장치로부터 P2P 요청 메시지 및 데이터를 수신할 수 있다.
채널 확인부(820)는 P2P 모드에서 RFID 시스템과 현재 동일한 대역의 무선 채널을 사용하고 있는지 확인하기 위해, 무선 채널을 모니터링한다. 채널 확인부(820)는 수신부(814)에서 일정 세기 이상의 무선 신호가 검출되면, 해당 채널이 RFID 시스템에 의해 선점되었다고 확인하고, 모드 전환부(830)로 모드 전환 신호를 전송할 수 있다.
모드 전환부(830)는 NFC 장치(800)의 모드를 전환하는 구성요소이다. 모드는 리드/라이트 모드, 카드 에뮬레이션 모드 및 P2P 모드가 있을 수 있다. 모드 전환부(830)는 채널 확인부(820)에서의 모드 전환 신호를 받아 P2P 모드에서 카드 에뮬레이션 모드로 전환할 수 있다.
주소 파싱부(840)는 RFID 리더로부터 수신되는 선택적 대기 명령에 포함된 수신자 주소를 파싱하여 자신의 주소와 일치하는지 판단한다. 주소 파싱부(840)는 수신자 주소로 기재된 태그 ID와 자신의 태그 ID의 일치 여부를 판단한다. TEL 모드인 경우에는, TEL 주소와의 일치여부를 판단할 수 있다. 수신자 주소가 자신의 주소와 일치하면 자신이 예약한 슬롯에 P2P 통신을 허락받았음을 확인할 수 있다. 그리고는, 주소 파싱부(840)는 모드 전환부(830)로 P2P 모드로 전환하라는 모든 전환 신호를 전송할 수 있고, P2P 메시지 생성부(850)로 P2P 요청 메시지를 생성하도록 제어 신호를 전송할 수 있다. 만약, 자신의 주소가 아닌 주소가 포함되어 있다면, P2P 모드로의 전환 없이 다시 응답 메시지를 생성하도록 RFID 메시지 생성부(852)로 제어신호를 전송할 수 있다.
메시지 생성부(850)는 RFID 메시지 생성부(852) 및 P2P 메시지 생성부(854)를 포함할 수 있다. RFID 메시지 생성부(850)는 RFID 리더로 보내는 메시지(프리커서 메시지 및 응답 메시지를 포함할 수 있음)를 생성할 수 있다. RFID 메시지 생성부(850)는 프리커서 메시지 및 응답 메시지를 전송할 슬롯을 프레임 내에서 임의로 선택할 수 있고, 선택된 슬롯에서 프리커서 메시지 및 응답 메시지를 전송할 수 있다. RFID 메시지 생성부(850)는 채널 확인부(820)로부터 해당 채널이 선점되었는지에 대한 정보를 수신하여 해당 채널이 선점된 경우, RFID 응답 메시지를 생성할 수 있다. RFID 메시지 생성부(850)는 수신부(814)에서 RFID 리더의 프레임 시작 명령(리-인터 라운드 또는 웨이크 업 명령)을 수신하는 경우, 이에 대한 응답으로 RFID 응답 메시지를 생성할 수 있다. RFID 응답 메시지를 생성함에 있어서, RFID 메시지 생성부(850)는 NFC 장치에서 전송됨을 알리기 위해 라운드 사이즈 필드 값을 0으로 설정할 수 있다. 또한, 자신이 P2P 통신을 통해 전송해야 할 데이터의 양을 데이터 저장부(860)에서 확인하여 P2P 통신을 위해 필요한 시간 슬롯 개수 정보를 생성하고, 이를 응답 메시지의 페이로드에 포함시킬 수 있다.
P2P 메시지 생성부(854)는 주소 파싱부(840)로부터의 제어 신호를 받아 P2P 통신을 통해 데이터를 주고받기 위한 P2P 요청 메시지 및 P2P 응답 메시지를 생성할 수 있다. P2P 메시지 생성부(854)는 NFC 장치(800)가 이니시에이터로 기능할 때, 타겟 장치로 전송하는 P2P 요청 메시지를 생성할 수 있다. 그리고는, 타겟 장치로부터의 P2P 응답 메시지에 대응하여 데이터 저장부(860)에 저장된 전송 대상 데이터를 전송부(812)를 통해 전송하도록 제어할 수 있다. P2P 메시지 생성부(854)는 NFC 장치(800)가 타겟 장치로 기능할 때, 이니시에이터 장치로부터의 P2P 요청 메시지에 응답하여 P2P 응답 메시지를 생성할 수 있고, 데이터 수신이 완료될 때, ACK 메시지를 생성하여 전송부(812)를 통해 이니시에이터로 전송할 수 있다.
데이터 저장부(860)는 전송해야할 데이터를 저장하고 있다가, 전송부(812)를 통해 다른 NFC 장치로 전송할 수 있다. 또한, 다른 NFC 장치로부터 수신되는 데이터를 저장할 수 있다.
RFID 리더 장치의 구성
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 리더 장치(900)는 통신부(910), 장치 판단부(920), P2P 슬롯 할당부(930) 및 메시지 생성부(940)를 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 통신부(910)는 RFID 태그 및 NFC 장치와 신호를 송수신할 수 있다. 통신부(910)는 통신 프로세서(하드웨어) 및 안테나를 포함할 수 있다. 통신부(910)는 전송부(912) 및 수신부(914)를 포함할 수 있다. 전송부(912)는 프레임 시작 메시지(웨이크-업, 리-엔터 라운드), 클로즈 슬롯 명령 메시지, 다음 슬롯 메시지 및 선택적 대기 명령을 브로드캐스트 또는 멀티캐스트/유니캐스트 방식으로 전송할 수 있다. 수신부(914)는 RFID 태그 및 NFC 장치로부터 프리커서 메시지, 응답 메시지를 수신할 수 있다.
장치 판단부(920)는 수신부(912)를 통해 수신되는 응답 메시지를 파싱하여 NFC 장치에서 전송된 메시지인지 판단한다. 이는 응답 메시지에 포함된 라운드 사이즈 필드 값이 0인지 아닌지를 통해 판단할 수 있다. 경우에 따라 라운드 사이즈 필드에서 NFC 장치를 나타내는 값은 0 이외에 송신측과의 약속을 통해 다른 값으로 설정할 수도 있다. 장치 판단부(920)는 프레임의 라운드 사이즈 필드 값에 따라 0이 아닌 경우, 메시지 생성부(940)로 다음 슬롯 명령을 생성하도록 제어 신호를 전송할 수 있다. 만약, 라운드 사이즈 필드 값이 1인 경우, 장치 판단부(920)는 응답 메시지에 포함된 NFC 장치의 요구 슬롯 개수 정보(p)를 추출하여 P2P 슬롯 할당 판단부(930)로 전송할 수 있다.
P2P 슬롯 할당 판단부(930)는 장치 판단부(920)로부터 NFC 장치의 요구 슬롯 개수 정보를 획득하여 슬롯 할당 여부를 결정할 수 있다. P2P 슬롯 할당 판단부(930)는 [0,1] 범위 내에서 임의의 값을 생성하여 생성된 값과 1/p 값을 비교하여 1/p의 확률로 슬롯을 NFC 장치에 할당할 수 있다. 할당되는 슬롯은 NFC 장치로부터 응답 메시지를 받은 슬롯의 다음 슬롯을 포함하여 연속된 하나 이상의 슬롯으로 지정될 수 있다. 그리고는, 슬롯 할당을 결정한 경우, 메시지 생성부(940)로 슬롯 할당을 허용했음을 지시하는 신호를 전송할 수 있다. 만약 슬롯 할당을 결정하지 않는 경우, 메시지 생성부(940)로 슬롯 할당을 허용하지 않았음을 지시하는 다음 슬롯 명령을 전송할 수 있다.
메시지 생성부(940)는 프레임 시작 메시지(웨이크-업, 리-엔터 라운드), 클로즈 슬롯 명령 메시지, 다음 슬롯 메시지 및 선택적 대기 명령을 생성할 수 있다. 메시지 생성부(940)는 프레임을 시작해야 할 때, 프레임 시작 메시지를 생성할 수 있다. 그리고, 장치 판단부(920)에서 다음 슬롯 명령을 생성하는 제어신호를 받거나, P2P 슬롯 할당 판단부(930)로부터 슬롯 할당을 결정하지 않았음을 지시하는 신호를 수신하는 경우, 다음 슬롯 명령 메시지를 생성할 수 있다. 메시지 생성부(940)는 P2P 슬롯 할당 판단부(930)에서 슬롯 할당을 허용하는 경우, 선택적 대기 명령 메시지를 생성할 수 있다. 선택적 대기 명령 메시지에는 허용 대상 NFC 장치의 주소 정보(예컨대, 태그 ID 또는 TEL 정보)가 포함될 수 있다.
시뮬레이션 결과
도 10 및 도 11은 본 발명과 종래 기술을 각각 적용했을 때, NFC 장치의 P2P 모드 통신이 개시되기까지의 지연 시간을 비교한 결과이다. NFC 장치가 P2P 모드 통신을 시도하는 빈도(λNFC)와 RFID 리더가 태그 인식을 시도하는 빈도(λRFID)를 변화시켰을 때, NFC 장치가 P2P 모드 통신을 성공할 때 까지 걸린 시간을 시뮬레이션을 통해 측정하였다.
도 10은 태그의 수가 100일 때, NFC 장치의 P2P 모드 통신 빈도 변화에 따른 NFC 장치의 통신 지연 시간을 나타낸 그래프이다. 즉, 태그를 100개로 고정시키고, RFID 시스템의 인식 반경 내에 P2P 모드 통신을 수행하는 NFC 단말이 한 쌍 존재하는 환경을 의미한다.
도 10을 참조하면, λRFID가 5이고 λNFC가 3일 때, 본 발명은 종래보다 49.7% 만큼 지연 시간을 줄일 수 있는 것을 확인할 수 있다. 종래 기술에서 NFC 장치들은 P2P 모드 통신을 개시하기 위해 RFID 시스템의 태그 인식이 끝날 때까지 기다려야 했지만, 본 발명에서는 그럴 필요 없이 NFC 장치가 RFID 시스템에 인식되면 P2P 모드 통신을 수행할 수 있는 시간 슬롯이 부여되기 때문이다.
도 11은 RFID 태그 인식 빈도가 3일 때, 태그의 수 변화에 따른 NFC 장치의 P2P 모드 통신 지연 시간을 나타낸 그래프이다. 즉, λRFID를 3으로 고정시키고, 태그 개수를 100개부터 1000개 까지 변화시켰을 때 NFC 장치의 P2P 모드 통신에 걸린 지연 시간을 시뮬레이션에서 측정한 결과이다.
도 11을 참조하면, 종래 기술과 본 발명 모두 NFC 장치의 지연 시간은 태그 개수가 늘어남에 따라 선형적으로 증가하지만, 증가율은 본 발명이 종래 기술에 비해 낮기 때문에, 태그 개수가 많을수록 본 발명을 적용했을 때 지연 시간을 많이 단축시킬 수 있다. λNFC가 5이고, 태그 개수가 1000개일 때, 본 발명은 종래 기술보다 지연 시간을 35% 단축시킬 수 있다.
도 10 및 11을 통해 본 발명은 P2P 모드로 작동하는 NFC 장치가 RFID 시스템과 공존하는 환경에서 NFC 장치의 지연 시간을 줄일 수 있음을 확인하였다. NFC 기능이 스마트폰이나 태블릿 PC 등의 모바일 기기에 탑재됨에 따라, NFC 장치가 이동하면서 기존에 존재하는 RFID 시스템의 인식 영역 안에 들어 가는 일은 빈번히 발생할 것이다.
스마트 헬스케어 시스템에 적용한 실시예
도 12는 스마트 헬스케어 시스템이 적용된 병원에서 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌방지 방법을 적용한 예를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 스마트 헬스케어 기술이 적용된 병원에서 NFC 및 RFID 시스템을 운용 중인 경우에 본 발명에 따른 충돌방지 방법을 적용할 수 있다. 병원에서 환자들은 손목에 태그(1220-1~1220-4)가 내장된 팔찌를 부착하고 있고, 병원 시설 곳곳에는 이 태그(1220-1~1220-4)를 인식할 수 있는 리더기(1210)가 설치되어 있어 환자의 위치를 쉽게 파악할 수 있다. 또한, 환자들은 생체 센서들을 통해 몸의 상태를 실시간으로 측정하고 있으며, 이 센서들로부터 수집된 정보가 개인 휴대 단말에 집중 저장될 수 있다. 담당 의사들은 병실에 회진을 돌면서 전자 차트(1230)(태블릿 PC를 활용)를 휴대하는데, 각 환자들의 개인 휴대 단말과 전자 차트 간 P2P 통신을 통해 해당 환자의 생체 센서 수집 정보를 파악한다. 생체 센서 데이터를 포함하는 의료 기록은 민감한 기록이기 때문에, 당사자와 인접한 거리에서 미리 인증된 기기들 간에 P2P 통신을 수행할 수 있는 NFC 기술이 적용되기에 적합한 분야이다. 이때 병실에 설치된 RFID 리더(1210)는 회진중인 의사가 휴대중인 전자 차트 단말(1230)과 환자의 개인 휴대 단말 간 P2P 모드 NFC 통신을 방해할 수 있다. 이러한 환경에서 본 발명이 적용된 NFC 장치 및 RFID 시스템은 NFC 장치들 간 P2P 통신의 지연 시간을 종래 기술보다 낮추어서 NFC 장치와 RFID 시스템이 조화롭게 공존할 수 있도록 도울 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 (17)

  1. RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템과 NFC(Near Field Communication) 장치가 공존하는 환경에서 제 1 NFC 장치의 충돌 회피 방법에 있어서,
    제 1모드에서 무선 채널이 현재 사용 중인지 확인하는 단계;
    현재 무선 채널이 사용 중인 경우, 상기 RFID 시스템의 메시지를 수신할 수 있는 제 2 모드로 전환하는 단계;
    RFID 리더(reader)로부터 쿼리(query) 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 쿼리 메시지에 대응으로 응답 메시지를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 응답 메시지는 NFC 장치로부터 송신되었음을 지시하는 정보 및 P2P(Peer-to-Peer) 모드 통신을 수행하는데 필요한 슬롯 개수 정보를 포함하고,
    상기 NFC 장치로부터 송신되었음을 지시하는 정보는 상기 응답 메시지의 라운드 사이즈 필드 값을 특정 값으로 설정하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬롯 개수 정보는 상기 응답 메시지의 페이로드에 포함되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 응답 메시지 전송 단계 이후에,
    상기 RFID 리더로부터 P2P 모드 통신을 허용하는 선택적 대기 명령(Selective-stand-by command)을 수신하는 단계;
    상기 선택적 대기 명령 내의 수신자 주소를 파싱하여 상기 제 1 NFC 장치의 주소인지 판단하는 단계; 및
    상기 제 1 NFC 장치의 주소와 일치하면, P2P 통신을 위한 제 1 모드로 전환하고 P2P 통신을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 NFC 장치의 주소와 일치하는 경우, 상기 필요한 슬롯 개수에 해당하는 시간 슬롯 동안 P2P 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 P2P 통신을 수행하는 단계는
    제 2 NFC 장치로 P2P 통신 요청 메시지를 전송하는 단계;
    상기 제 2 NFC 장치로부터 P2P 통신 응답 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 P2P 통신 응답 메시지에 대응하여 전송 대상 데이터를 상기 제 2 NFC 장치로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 쿼리 메시지는 상기 제 2 모드로의 변경 이후 다음 프레임을시작하는 웨이크-업(wake-up) 또는 리-엔터 라운드(re-eneter round) 메시지이고, 상기 제 1 NFC 장치는 상기 다음 프레임에 포함된 슬롯 중 하나를 선택하여 상기 응답 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 채널이 현재 사용중인지 확인하는 단계는 P2P 통신을 개시하는 P2P 요청 메시지 전송 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 모드는 P2P모드, 상기 제 2 모드는 카드 에뮬레이션(card emulation) 모드인 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피 방법.
  11. RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템과 환경에서 충돌 회피를 위한 NFC(Near Field Communication) 장치에 있어서,
    무선 채널이 현재 사용중인지 확인하는 채널 확인부;
    현재 무선 채널이 사용중인 경우, 상기 RFID 시스템의 메시지를 수신할 수 있는 제 2 모드로 전환하는 모드 전환부;
    RFID 리더(reader)로부터 쿼리(query) 메시지를 수신하는 수신부; 및
    상기 쿼리 메시지에 대응으로 응답 메시지를 전송하는 전송부를 포함하되, 상기 응답 메시지는 NFC 장치로부터 송신되었음을 지시하는 정보 및 P2P(Peer-to-Peer) 모드 통신을 수행하는데 필요한 슬롯 개수 정보를 포함하고,
    상기 NFC 장치로부터 송신되었음을 지시하는 정보는 상기 응답 메시지의 라운드 사이즈 필드 값을 특정 값으로 설정하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 공존하는 환경에서의 충돌 회피를 위한 NFC 장치.
  12. RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템과 NFC(Near Field Communication) 장치가 공존하는 환경에서 RFID 리더 장치의 충돌 회피 방법에 있어서,
    태그들 및 상기 NFC 장치에게 프레임의 시작을 알리는 명령을 브로드캐스팅하는 단계;
    상기 태그들 및 상기 NFC 장치로부터 응답 메시지를 수신하는 단계;
    상기 응답 메시지에 포함된 정보를 파싱하여 상기 응답 메시지를 보낸 주체가 상기 NFC 장치인지를 판단하는 단계;
    상기 NFC 장치를 인지하면, 상기 응답 메시지에 포함된 P2P 모드 통신에 필요한 슬롯 개수 정보를 획득하는 단계;
    필요한 슬롯 개수를 기반으로 상기 NFC 장치가 P2P 모드 통신을 할 수 있도록 하나 이상의 연속된 슬롯을 할당할지 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 하나 이상의 슬롯을 할당할지 판단하는 단계는
    상기 필요한 슬롯 개수에 반비례되는 확률로 상기 NFC 장치가 상기 슬롯 개수에 해당하는 시간동안 P2P 통신을 할 수 있도록 허용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 하나 이상의 슬롯을 할당할지 판단하는 단계는
    상기 NFC 장치가 P2P 통신을 할 수 있도록 상기 응답 메시지를 수신한 슬롯의 바로 다음 슬롯을 포함하여 하나 이상의 연속된 슬롯을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 하나 이상의 슬롯을 할당할지 판단하는 단계는
    상기 NFC 장치에게 P2P 통신을 허용하는 경우, 상기 필요한 슬롯 개수에 해당하는 시간 슬롯이 상기 NFC 장치를 위해 예약되었음을 알리는 선택적 대기 명령을 상기 NFC 장치로 전송하는 단계; 또는
    상기 NFC 장치에게 P2P 통신을 허용하지 않는 경우, 다음 슬롯 프레임(next-slot frame)을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 선택적 대기 명령은 상기 NFC 장치의 주소 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피 방법.
  17. RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템과 NFC(Near Field Communication) 장치가 공존하는 환경에서 충돌 회피를 위한 RFID 리더 장치에 있어서,
    태그들 및 상기 NFC 장치에게 프레임의 시작을 알리는 명령을 브로드캐스팅하는 전송부;
    상기 태그들 및 상기 NFC 장치로부터 응답 메시지를 수신하는 수신부;
    상기 응답 메시지에 포함된 정보를 파싱하여 상기 응답 메시지를 보낸 주체가 상기 NFC 장치인지를 판단하는 장치 판단부; 및
    상기 응답 메시지에 포함된 P2P 모드 통신에 필요한 슬롯 개수 정보를 획득하여 필요한 슬롯 개수를 기반으로 상기 NFC 장치가 P2P 모드 통신을 할 수 있도록 하나 이상의 연속된 슬롯을 할당할지 판단하는 P2P 슬롯 할당 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템과 NFC 장치가 공존하는 환경에서의 충돌 회피를 위한 RFID 리더 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101465661B1 (ko) * 2013-12-02 2014-11-27 성균관대학교산학협력단 동일 주파수 대역을 사용하는 환경에서의 태그 인식 방법 및 이를 위한 nfc 장치

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