KR20090072237A - 동종태그 인식 환경에서 효율적인 ｒｆｉｄ 충돌방지제어방법 - Google Patents

동종태그 인식 환경에서 효율적인 ｒｆｉｄ 충돌방지제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 충돌방지 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리더가 인식하는 과정에서 태그간에 충돌이 발생하였을 경우에 태그 정보를 재인식하고 네트워크 상의 발생되는 많은 로드를 효율적으로 개선하기 위한 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 충돌방지 제어방법에 관한 것이다.
따라서 본 발명은 동종계열 태그를 식별할 경우에 효과적이며 이종계열 태그를 식별할 경우에 비해 소요시간이 최대 50% 줄일 수 있는 효과가 있다.
RFID, 충돌방지, 태그, 리더, 쿼리, 큐

Description

동종태그 인식 환경에서 효율적인 ＲＦＩＤ 충돌방지 제어방법 {Effective Methods for RFID Collection}
본 발명은 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 충돌방지 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리더가 인식하는 과정에서 태그간에 충돌이 발생하였을 경우에 태그 정보를 재인식하고 네트워크 상의 발생되는 많은 로드를 효율적으로 개선하기 위한 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 충돌방지 제어방법에 관한 것이다.
종래의 기술로서, 전송 중에 발생될 수 있는 전송 정보간의 충돌을 방지하기 위하여 ALOHA 기반 프로토콜과 TREE 기반 프로토콜이 있었다.
보다 상세하게, 상기 ALOHA 기반의 프로토콜은 확률론적 방식이라고도 하며, 각 태그가 임의의 시간을 선택하여 ID를 전송함으로써 태그 충돌 발생 확률을 감소하는 방식으로 특정 태그가 장기간 리더에게 식별되지 못하는 태그 기아 현상 문제(tag starvation problem)와 부분적인 정보 비트간의 충돌로 인해 태그 식별에 많은 시간이 소요되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법이 확률기반의 태그 충돌 방지 방식으로 Slotted ALOHA, Frame slotted ALOHA, Adaptive frame slotted ALOHA 방식이 있으나, 완벽하게 충돌문제를 해결하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 상기 TREE 기반의 프로토콜은 결정론적 방식이라고도 하며, 이러한 트리 기반의 대표적인 방식으로 이진트리 방식(Binary-Tree)과 쿼리트리(Query-Tree)가 있으며 상기 이진트리 방식과 쿼리트리 방식은 동시에 ID를 전송하는 태그들을 하나의 집합으로 묶어 집합단위로 태그를 식별하는 기법으로 태그 충돌이 발생되면, 집합을 두 개의 하위집합으로 나눠 하나의 집합이 하나의 태그만을 포함할 때까지 태그 집합 분할하므로 식별 범위 내에 존재하는 모든 태그를 식별할 수 있으나, 태그 식별에 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있었다.
이진트리기법과, 쿼리 트리 기법에 대하여 기술하는 바, 이진트리기법은 태그 내에 난수발생기와 그룹을 구별하기 위한 카운터를 두고, 초기에 리더로부터 메시지 전송이 있을 경우, 태그는 난수발생기로 0과 1중에 하나의 난수를 생성한다. 이 난수를 카운터에 더해 카운터 값을 설정한다. 이러한 과정을 반복하며 태그는 카운터 0인 그룹과 1인 그룹으로 분리된다. 카운터 0 그룹은 메시지를 전송하고 리더는 식별여부를 태그에게 알린다. 전송중에 충돌이 발생되면 전송 태그들은 난수를 발생하여 다시 두 그룹으로 나누어지고, 전 단계에서 전송하지 않은 태그는 카운터를 1증가하고, 전송 중 충돌이 발생하지 않으면 모든 태그 카운터를 1감소시킨다. 이때, 식별에 성공한 태그는 카운터 값이 음수가 되어 식별이 완료된다. 이 방 식은 태그에서 난수를 발생하여 태그 집단을 둘로 나누는 과정에서 휴면 슬롯이 여러 번 발생할 수 있으나, 확률적으로 많지 않다.
도 1은 종래의 쿼리트리 기법 흐름도로서, 다음과 같은 단계로 이루어진다.
리더가 쿼리에 저장된 큐에서 k-비트 길이의 쿼리를 가져와 태그에게 브로드케스트하는 단계(S1)와; 상기 태그는 리더로부터 전송 쿼리를 자신의 태그 ID와 비트 순서대로 비교하는 단계(S2)와; 상기 비교한 결과가 자신의 태그 ID와 수신한 쿼리의 모든 비트가 일치하는 경우에 자신의 태그 ID를 리더에게 전송하는 단계(S3)와; 상기 리더는 쿼리 후, 태그의 응답에 따라 세 가지 상태, 즉 휴면(Idle) 상태, 식별(Success) 상태, 충돌(Collision) 상태에 중 어느 한 상태를 수행하는 단계(S4) 및 모든 태그 아디를 식별할 때까지, S1단계로 피드백되는 단계(S5)로 이루어진다.
특히, 상기 각 단계 중에서 상기 S4 단계를 보다 상세하게 설명하면, 휴면상태일 경우에는 쿼리가 저장된 큐에서 다른 쿼리를 가져와 다시 태그에게 쿼리하고, 인식상태일 경우에는 태그 ID를 메모리에 저장하고, 다시 상기 단계들(S1단계 내지 S4단계)을 반복하며, 충돌상태일 경우에는 리더가 이전에 태그에게 전송했던 쿼리에 0과 1을 추가하여 새로운 쿼리를 만들어 이를 큐에 저장하고 식별 프로세스를 다시 수행한다.
이때 태그들에서 수신되는 메시지 간에 1개라도 충돌되면 전체 태그에 대해 브로드케이트하여 전송횟수가 늘어나기 때문에 충돌 시 전송횟수를 최적화하여 태그 식별 속도를 개선해야 한다.
[표 1]은 4개의 비트를 가진 4개의 태그를 식별하는 쿼리트리 알고리즘의 식별단계를 예시로 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure 112007094521844-PAT00001
단계 : 전체 식별의 횟수
리더의 질의 : 리더에서 발생하는 쿼리문자열
응답 : 태그의 ID와 비교결과
태그n : 태그의 고유 ID
쿼리 : 리더로부터 태그로 쿼리로 큐에 보관되는 질의문
메모리 : 태그 아디의 식별작업 완료후 리더 메모리에 저장되는 태그 ID 값
이와 같이 상기 쿼리트리 알고리즘 내부 노드에서 쿼리트리 사이클을 일반화 하면 [수학식 1] 정도의 충돌 사이클이 요구된다.
[수학식 1]
n + km - 1
n : 식별해야하는 태그의 수
km : 휴무 사이클의 갯수(충돌발생시 태그를 찾는 경로수를 몇 개로 하느냐에 따라 m이 변함.)
따라서 종래의 알고리즘은 큐에 있는 모든 쿼리를 수행한 후 종료하게 된다. 식별 프로세서 수행 초기에는 큐의 상태가 Null로 시작되며, 리더는 Null에 해당하는 ε값을 태그로 전송하여 충돌이 생길 때마다 0과 1을 추가함으로써 쿼리 깊이가 점점 길어지게 된다.
쿼리 트리 알고리즘 에너지소비량 쿼리 깊이가 길어질수록 쿼리트리의 에너지 소비량이 증가함을 알 수 있다. 일반적인 패시브(Passive) 태그일 경우, 리더로부터 에너지를 공급받기 때문에 에너지 소비량을 최적화하는 것은 매우 중요한 RFID 성능인자가 된다. 따라서, 에너지 소비량을 최소화하기 위해서는 리더의 쿼리를 최적화하고, 식별 프로세서를 단축해야하는 필요성이 있다.
상기 본 발명의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태그 ID 식별 단계를 최소화하기 위하여 태그 그룹의 성격에 따라 차등으로 식별하는 동족태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 충돌방지 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 충돌방지 제어방법은 초기 큐를 "0"상태로 초기화하고 모든 태그에 브로드캐스트하고 상기 초기화 상태에서 태그신호를 받아 초기 리더가 식별할 식별군을 선정하여 "0" 또는 "1"을 쿼리하는 제 1 단계와, 상기 "0" 쿼리에 대해 충돌이 발생할 때마다 0-계열 태그를 2개씩 생성하여 큐에 저장하고 반복 쿼리를 통해 0-계열 태그를 인식하는 제 2 단계, 및 상기 0-계열 쿼리의 충돌횟수만큼 식별이 완료되면 "1" 쿼리를 전송하여 충돌횟수 파악을 통하여 1-계열 태그수를 확인하고, 0-계열 쿼리와 동일방법으로 모두 식별 루틴을 반복하며 질의 문자열이 보관된 큐에 더 이상이 쿼리가 없으면 식별을 종료하는 제 3 단계로 이루어지는 것을 해결 수단으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 제 1 단계 내지 제 3 단계는 0-계열 태그 와 1-계열 태그를 3비트 단위로 식별하는 것을 해결 수단으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 제 2 단계 또는 제 3 단계는 충돌이 발생하여 초기상태로 전이할 때 리더에서 태그로 추가 충돌을 막기 위한 stop신호를 발생하는 것을 해결 수단으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 제 1 단계 내지 제 3 단계는 물류 시스템, 위치정보 파악 시스템에 적용되는 것을 해결 수단으로 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 동종계열 태그를 식별할 경우에 효과적이며 이종계열 태그를 식별할 경우에 비해 소요시간이 최대 50% 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 프로토콜 제어방법 흐름도로서, 상기 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 프로토콜 제어방법은 다음과 같은 단계를 수행한다.
초기 큐를 "0"상태로 초기화하고 모든 태그에 브로드캐스트하고 상기 초기화 상태에서 태그신호를 받아 초기 리더가 식별할 식별군을 선정하여 "0" 또는 "1"을 쿼리하는 단계(S10)와, 상기 "0" 쿼리에 대해 충돌이 발생할 때마다 0-계열 태그를 2개씩 생성하여 큐에 저장하고 반복 쿼리를 통해 0-계열 태그를 인식하는 단계(S20), 및 상기 0-계열 쿼리의 충돌횟수만큼 식별이 완료되면 "1" 쿼리를 전송하여 충돌횟수 파악을 통하여 1-계열 태그수를 확인하고, 0-계열 쿼리와 동일방법으로 모두 식별 루틴을 반복하며 질의 문자열이 보관된 큐에 더 이상이 쿼리가 없으면 식별을 종료하는 단계(S30)로 이루어진다.
상기 S10단계 내지 S30단계에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 초기 큐를 "0"상태로 초기화하고 모든 태그에 브로드캐스트하고 상기 초기화 상태에서 태그신호를 받아 초기 리더가 식별할 식별군을 선정하여 "0" 또는 "1"을 쿼리하는 단계(S10)는, 본 발명 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID의 충돌방지을 방지하기 위하여 초기 큐를 "0"상태로 초기화하고 모드 태그에 브로드캐스트한다.
이와 같은 상태에서 태그신호를 받으면 리더가 식별할 식별군을 선정함에 있어서 "0"을 우선적으로 쿼리한 이후에,"0"쿼리에 대하여 휴면상태이면 "1"을 쿼리한다.
특히, 종래의 기술에서 초기 쿼리 전송시 초기값이 Null값을 전송하였으나, 본 발명에서 0값을 전송함으로써 사이클을 대폭 감소시킨 것이다.
상기 "0" 쿼리에 대해 충돌이 발생할 때마다 0-계열 태그를 2개씩 생성하여 큐에 저장하고 반복 쿼리를 통해 0-계열 태그를 인식하는 단계(S20)는, 상기 S10단계의 "0" 쿼리에 대하여 상기 "0"쿼리가 충돌이 발생하면, 0-계열 태그를 2개 생성 하여 큐에 저장하는 것으로 이러한 과정을 반복 쿼리를 통해 0-계열 태그를 모두 인식하고, 충돌이 생기면 다시 2개의 쿼리를 생성하여 큐에 저장한다.
상기 0-계열 쿼리의 충돌횟수만큼 식별이 완료된 이후에, "1" 쿼리를 전송하여 충돌횟수 파악을 통하여 1-계열 태그수를 확인하고, 상기 S10단계와 S20단계와 동일하게 모두 식별 루틴을 반복하며 질의 문자열이 보관된 큐에 더 이상이 쿼리가 없으면 식별을 종료하는 단계(S30)는, 상기 S10단계, S20단계와 같은 방법으로 1-계열 태그를 인식한다.
상기 S10단계 내지 S30단계에 의하여 [표 2]와 같이 쿼리트리 방식의 태그 정보 식별과정을 나타낸 것이다.
[표 2]
Figure 112007094521844-PAT00002
단계 : 전체 식별의 횟수
리더의 질의 : 리더에서 발생하는 쿼리문자열
응답 : 태그의 ID와 비교결과
태그n : 태그의 고유 ID
쿼리 : 리더로부터 태그로 쿼리로 큐에 보관되는 질의문
메모리 : 태그 아디의 식별작업 완료후 리더 메모리에 저장되는 태그 ID 값
이와 같이, 본 발명은 태그 ID 식별 단계를 최적화하기 위해 식별하고자 하는 태그 그룹의 성격에 따라 차등 식별 방법에 관한 것인 바, 예컨대 식별 태그가 식별할 태그가 0001, 0011, 1000, 1100이라 가정하면 최상위 비트를 기본으로 시작비트가 0인 비트 계열을 먼저 식별하고, 식별할 0-계열 태그가 없을 경우 1-계열 태그의 식별을 수행하는 방법이다. 즉, 동일 계열 Depth First방식으로 식별한다.
또한, 본 발명은 3비트 단위의 쿼리로 처리하고, 초기 쿼리 전송시 초기값은 Null값이 아닌 "0"값을 전송함으로 사이클을 최소화한 것이다.
도 3은 본 발명 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 충돌방지 제어방법의 이해를 돕기 위한 예시도로서, 초기상태, 수신상태, 송신상태 및 휴먼상태로 구분되어 설명할 수 있다.
즉, 초기상태(10)에서 Prefix를 검사할 때 최초 식별시 "0"을 쿼리하고 수신상태(20)에서 충돌이 없으면 1을 쿼리하여 충돌이 발생하는 그룹부터 최종 노드까지 3비트 단위로 비교하여 식별하고 송신상태(30)에서 충돌이 발생하여 초기상태(10)로 전이할 때 리더에서 태그로 stop 신호를 발생하여 충돌 이후에 비트는 전송하지 않도록 차단하여 추가 충돌을 막은 다음 3비트 단위로 쿼리를 재전송함으로써, 본 발명을 수행할 수 있다.
아울러, 상기 S10단계 내지 S40단계는 프로그램 또는 알고리즘을 모듈화하여 물류 시스템 또는 위치정보 파악 시스템에 적용하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 상기한 기술은 단지 한 실시예이고 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 종래의 쿼리트리 기법 흐름도
도 2는 본 발명에 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 충돌방지 제어방법 흐름도
도 3은 본 발명 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 충돌방지 제어방법의 이해를 돕기 위한 예시도
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *
10 : 초기상태
20 : 수신상태
30 : 송신상태

Claims (4)

  1. 초기 큐를 "0"상태로 초기화하고 모든 태그에 브로드캐스트하고 상기 초기화 상태에서 태그신호를 받아 초기 리더가 식별할 식별군을 선정하여 "0" 또는 "1"을 쿼리하는 제 1 단계와;
    상기 "0" 쿼리에 대해 충돌이 발생할 때마다 0-계열 태그를 2개씩 생성하여 큐에 저장하고 반복 쿼리를 통해 0-계열 태그를 인식하는 제 2 단계; 및
    상기 0-계열 쿼리의 충돌횟수만큼 식별이 완료되면 "1" 쿼리를 전송하여 충돌횟수 파악을 통하여 1-계열 태그수를 확인하고, 0-계열 쿼리와 동일방법으로 모두 식별 루틴을 반복하며 질의 문자열이 보관된 큐에 더 이상이 쿼리가 없으면 식별을 종료하는 제 3 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 프로토콜 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단계 내지 제 3 단계는 0-계열 태그와 1-계열 태그를 3비트 단위로 식별하는 것을 특징으로 하는 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 프로토콜 제어방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단계 또는 제 3 단계는 충돌이 발생하여 초기상태로 전이할 때 리 더에서 태그로 추가 충돌을 막기 위한 stop신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 프로토콜 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단계 내지 제 3 단계는 물류 시스템, 위치정보 파악 시스템에 적용되는 것을 특징으로 하는 동종태그 인식 환경에서 효율적인 RFID 프로토콜 제어방법.
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