KR20090075365A - 태그 인식 방법, 충돌 방지 방법 및 이를 이용한 ｒｆｉｄ태그 - Google Patents

태그 인식 방법, 충돌 방지 방법 및 이를 이용한 ｒｆｉｄ태그 Download PDF

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Abstract

RFID 시스템에서 태그 인식 방법을 개시한다. RFID 리더와 태그 간의 질의응답에 따라 쿼리 트리를 생성하여 상기 태그를 인식하는 태그 인식 방법은 상기 RFID 리더가 상기 태그로 질의 메시지를 전송하는 단계 및 상기 태그로부터 상기 질의 메시지에 대한 응답 메시지를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 태그가 가지는 문자열(string)의 역순으로 상기 쿼리 트리를 생성한다. 쿼리 트리 기반 프로토콜에서 태그가 가지는 ID에 대하여 역순으로 쿼리 트리를 생성하여 태그 간의 충돌 횟수를 줄여서 RFID 리더의 인식 영역 내의 모든 태그를 인식하는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다.

Description

태그 인식 방법, 충돌 방지 방법 및 이를 이용한 ＲＦＩＤ 태그{Method for identification of tags and anti-collision, and RFID tag using the same}
본 발명은 RFID 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태그 간의 충돌을 방지하고 태그를 인식하는 방법 및 이를 이용한 RFID 태그에 관한 것이다.
RFID(Radio Frequency IDentification) 기술은 비접촉 무선 인식 기술로서 IC(integrated circuit) 칩과 무선 통신을 위한 안테나를 내장한 태그(tag)에 필요한 정보를 저장하고, 태그의 정보를 수집할 수 있는 RFID 리더(reader)가 라디오 주파수 대역을 통하여 태그와 통신하는 기술이다.
RFID 기술은 바코드 방식에 비하여 다양한 장점을 가지고 있다. 첫째, 태그는 바코드처럼 표면에 인쇄될 필요가 없으므로 오염에 대한 걱정이 없다. 둘째, RFID 기술은 무선 통신을 하므로 태그를 RFID 리더에 하나씩 근접시키지 않아도 된다. 셋째, RFID 기술은 다중 인식 기술을 제공하므로 짧은 시간에 다수의 태그 정보를 인식할 수 있다. 넷째, 단순한 식별 코드만이 인쇄되는 바코드와 달리 태그에 는 많은 양의 정보가 입력될 수 있다. 다섯째, 바코드 방식은 같은 종류의 제품에 동일한 식별 코드를 사용하지만, RFID 기술은 각각의 제품마다 고유한 식별 코드를 사용할 수 있으므로 제품 판매나 재고 관리 측면에서 정확하고 신속한 관리가 이루어질 수 있다.
RFID 리더는 무선 통신 환경에서 다수의 태그 정보를 인식하여야 하는데, 이 과정에서 다수의 태그 간의 충돌(collision) 문제가 발생한다. 태그는 RFID 리더로부터 받은 질의(query)에 대응하는 정보를 보고하여야 하는데, 태그는 현재의 무선 채널의 사용여부를 확인 할 수 있는 기능이 없으며, 다수의 태그들은 무선 채널을 공유하기 때문에 하나 이상의 태그가 RFID 리더로 동시에 데이터를 전송할 수 있다. 동일한 채널을 통하여 다수의 태그로부터 동시에 데이터가 전송되면 RFID 리더는 태그 정보를 인식할 수 없다. 이를 RFID 시스템에서 태그 간 충돌이라 하고, 충돌을 방지하기 위한 RFID 리더와 태그 간의 프로토콜을 충돌 방지(anti-collision) 프로토콜이라 한다.
충돌 방지 프로토콜은 크게 알로하(ALOHA) 기반 프로토콜 및 트리(tree) 기반 프로토콜로 나뉜다. 알로하 기반 프로토콜은 시간을 슬롯 단위로 나누어 하나의 시간 슬롯에 하나의 태그만이 무작위로 응답하게 하여 RFID 리더가 태그를 인식하도록 하는 프로토콜이다. 알로하 기반 프로토콜은 무작위라는 확률의 불확실성에 기초를 두고 있기 때문에, RFID 리더가 모든 태그를 인식하지 못할 수도 있고 모든 태그를 인식하는데 걸리는 시간을 예측하기 어렵다. 트리 기반 프로토콜은 태그의 고유한 ID를 사용하여 태그 인식 과정을 진행하면서 트리를 만드는 프로토콜이다. 트리 기반 프로토콜을 사용하는 RFID 리더는 모든 태그를 인식할 수 있고 그 과정을 예측할 수 있는 반면, 비슷한 ID를 가진 태그들이 많은 경우에 트리를 만드는 중 충돌이 많이 발생하여 트리가 깊어져서 태그를 인식하는 시간이 오래 걸리는 단점이 있다.
트리 기반 프로토콜에서 태그 간의 충돌을 줄여서 RFID 리더가 태그를 인식하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 RFID 시스템에서 태그를 인식하는 시간을 줄일 수 있는 태그 인식 방법, 충돌 방지 방법 및 이를 이용한 RFID 태그를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예 따른 RFID 리더와 태그 간의 질의응답에 따라 쿼리 트리를 생성하여 상기 태그를 인식하는 태그 인식 방지 방법은 상기 RFID 리더가 상기 태그로 질의 메시지를 전송하는 단계 및 상기 태그로부터 상기 질의 메시지에 대한 응답 메시지를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 태그가 가지는 문자열(string)의 역순으로 상기 쿼리 트리를 생성한다. 상기 질의 메시지는 상기 문자열의 서프픽스(suffix)일 수 있다. 상기 응답 메시지가 다른 태그로부터의 응답 메시지와 충돌이 발생하면, 상기 RFID 리더는 상기 서프픽스에 추가 문자를 붙인 문자열을 큐(queue)에 생성시킬 수 있다. 상기 태그는 상기 문자열의 LSB(least significant bit)부터 MSB(most significant bit)로의 순으로 상기 질의 메시지와 상기 문자열을 비교하여 상기 응답 메시지를 전송할 수 있다. 상기 태그는 자신의 ID(identifier)에 대한 역순 ID를 생성하여 상기 질의 메시지와 비교할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태그 간의 충돌을 방지하기 위한 충돌 방지 방법은 태그가 RFID 리더로부터 제1 서프픽스를 수신하는 단계, 상기 제1 서프픽스 를 상기 태그의 ID와 역순으로 비교하여 제1 응답 메시지를 전송하는 단계, 상기 제1 응답 메시지를 전송한 후, 상기 제1 서프픽스보다 길이가 긴 제2 서프픽스를 수신하는 단계 및 상기 제2 서프픽스를 상기 태그의 ID와 역순으로 비교하여 제2 응답 메시지를 전송하는 단계를 포함한다. 상기 제1 서프픽스는 상기 태그의 ID의 LSB로부터 m번째 비트까지의 문자열이고, 상기 제2 서프픽스는 상기 태그의 ID의 LSB로부터 n번째 비트까지의 문자열일 수 있다(n > m 이고, n, m > 0인 정수).
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 쿼리 트리 프로토콜을 이용하는 RFID 리더로부터의 질의에 대하여 응답하는 RFID 태그는 RFID 리더로부터의 질의 메시지를 수신하여 복조하는 복조부, 태그 ID를 상기 질의 메시지에 포함된 문자열과 역순으로 비교하여 일치하면 응답 메시지를 생성하는 제어부 및 상기 응답 메시지를 변조하여 전송하는 변조부를 포함한다. 상기 응답 메시지는 상기 태그 ID 일 수 있다.
쿼리 트리 기반 프로토콜에서 태그가 가지는 ID에 대하여 역순으로 쿼리 트리를 생성하여 태그 간의 충돌 횟수를 줄여서 RFID 리더의 인식 영역 내의 모든 태그를 인식하는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 RFID 시스템의 일예를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템은 RFID 리 더(RFID reader; 10) 및 적어도 하나의 태그(tag; 20)를 포함한다. 태그(20)의 수에는 제한이 없다.
RFID 리더(10)는 호출기(interrogator), 태그 인식 장치(tag identify apparatus), 태그 검출기(tag detector) 등 다른 명칭으로 불릴 수 있다. RFID 리더(10)는 태그(20)의 정보를 읽어 내기 위해 태그(20)와 데이터를 송수신한다. RFID 리더(10)는 데이터를 인코딩하여 라디오 채널을 통하여 태그(20)로 전송하고, 태그(20)로부터 전송되는 신호를 디코딩하여 태그(20)의 고유 정보를 인식한다. RFID 리더(10)는 고정형 RFID 리더 또는 이동형 RFID 리더일 수 있다.
태그(20)에는 일반적으로 하나의 IC(integrated circuit) 칩과 안테나가 포함된다. 태그는 고유 정보인 ID(Identifier)를 가진다. ID는 이진 문자열(binary string) 형태로 기록될 수 있다. 태그의 ID는 일반적으로 복수의 필드(field)로 이루어진다. 예를 들어, 공급업체의 특정 물품의 고유 식별 번호를 나타내는 EPC 코드는 헤더(header), 회사 ID, 제품 ID 및 시리얼 넘버(serial number) 등 4개의 필드로 구성된다. 헤더는 EPC 코드의 길이 및 구성을 정의하고, 회사 ID는 회사마다 고유 번호로 정해지며, 제품 ID는 회사에서 제품의 종류에 따라 고유 번호로 주어지고, 각 제품마다 서로 다른 시리얼 넘버가 주어진다. 즉, 각 제품마다 서로 다른 EPC 코드를 가진 태그(20)가 부착되어 각 제품을 구분할 수 있다.
태그(20)는 RFID 리더(10)로부터 질의(query) 메시지를 수신하면, 고유 정보 또는 고유 정보로부터 계산한 값을 RFID 리더(10)로 응답한다. 태그는 자체 배터리를 가지는 능동형 태그(active tag) 또는 배터리를 가지지 않는 수동형 태 그(passive tag)일 수 있다.
RFID 리더(10)로부터 태그(20)로의 전송을 전송 링크(forward link)라 하고, 태그(20)로부터 RFID 리더(10)로의 전송을 반송 링크(return link)라 한다. RFID 리더(10)가 전송 링크로 신호를 전송할 수 있는 범위는 제한되며, 태그(20)가 반송 링크로 전송할 수 있는 범위는 제한된다. RFID 리더(10)는 전송 링크의 범위 및 반송 링크의 범위 내에 있는 태그(20)와 데이터를 송수신할 수 있다. RFID 리더(10)가 태그(20)와 데이터를 송수신할 수 있는 범위를 RFID 리더(10)의 인식 영역이라 한다.
도 2는 RFID 리더의 구성의 일예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, RFID 리더(100)는 안테나(110), 통신부(120), 저장부(130), 인터페이스부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.
통신부(120)는 RF 모듈(미도시) 및 변복조모듈(미도시)을 포함하여, 태그와 고주파 신호로 통신을 수행한다. RF 모듈은 데이터 신호를 고주파 신호로 변환하여 안테나(110)를 통하여 송신하거나, 안테나(110)로부터 수신되는 고주파 신호를 일정 대역의 데이터 신호로 변환한다. 변복조모듈은 태그로 전송할 데이터를 데이터 신호로 변조하거나, 태그로부터 수신되는 데이터 신호를 데이터로 복조한다.
저장부(130)는 태그의 인식을 위하여 필요한 정보를 저장한다. 저장부(130)는 태그로부터 수신한 태그 ID, 태그 ID에 대응하는 물품 정보, 각종 명령메시지 등을 저장한다.
인터페이스부(140)는 특정 인터페이스를 포함하여 외부의 시스템과 데이터를 송수신한다. 인터페이스부(140)는 직렬 통신 인터페이스, 병렬 통신 인터페이스, USB 인터페이스, 이더넷 인터페이스 등을 포함할 수 있다.
제어부(150)는 통신부(120), 저장부(130), 인터페이스부(140)를 제어한다. 제어부(150)는 태그로부터 수신되는 신호들의 충돌여부를 감지하고, 태그 간의 충돌을 해결하기 위한 다양한 프로세서를 수행한다. 트리 기반 프로토콜에서 제어부(150)는 트리를 생성하고 관리한다. 제어부(150)는 큐(queue)의 문자열(string)을 생성하고, 질의 메시지에 문자열을 실어서 전송한다. 제어부(150)는 태그가 가지는 문자열(태그 ID)에 대하여 역순으로 트리를 생성할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
도 3은 태그의 구성의 일예를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 태그(200)는 수신안테나(210), 송신안테나(220), 복조부(230), RF-DC(Radio Frequency-Direct Current) 정류부(240), 변조부(250), 제어부(260) 및 ID 저장부(270)를 포함한다.
수신안테나(210)는 RFID 리더로부터의 고주파 신호를 수신하여 RF-DC 정류부(240)로 보낸다. RF-DC 정류부(240)는 고주파 신호로부터 전원을 발생시켜 복조부(230), 변조부(250), 제어부(260) 및 ID 저장부(270)로 전원을 공급한다.
복조부(230)는 수신안테나(210)를 통하여 수신되는 수신신호를 복조한다. 변조부(250)는 RFID 리더로 전송할 데이터를 데이터 신호로 변조하여 송신안테나(220)를 통하여 RFID 리더로 전송한다.
ID 저장부(270)는 태그의 고유 인식 ID를 저장한다. 제어부(260)는 RFID 리 더로부터 수신되는 명령메시지, 질의 메시지 등에 따라 응답 신호를 생성한다. 제어부(260)는 RFID 리더로부터 수신되는 명령메시지에 따라 응답 방식을 결정할 수 있다. 트리 기반 프로토콜에서 제어부(260)는 RFID 리더로부터 질의 메시지를 수신하면 ID 저장부(270)에 저장된 태그 ID와 질의 메시지에 포함된 문자열를 서로 비교하여 응답 메시지를 생성하여 전송할 수 있다. 제어부(260)는 질의 메시지에 포함된 문자열을 태그 ID와 역순으로 비교하여 응답할 수 있다. 제어부(260)는 역순 ID를 생성하여 질의 메시지에 포함된 문자열과 비교할 수 있다.
이하, RFID 리더와 태그 간의 트리 기반 프로토콜에 대하여 설명한다.
도 4는 RFID 리더가 태그를 인식하는 과정을 도시한 흐름도이다. 트리 기반 프로토콜을 나타낸다.
도 4를 참조하면, RFID 리더는 명령(command) 메시지를 전송한다(S110). 명령 메시지는 RFID 리더의 인식 범위 내에 있는 태그들 간의 충돌 또는 복수의 RFID 리더 간의 충돌을 방지하기 위하여 태그들의 상태(status)를 제어하는 메시지이다. 그리고 명령 메시지는 태그들이 전송할 응답 메시지의 유형, 응답 시간, 응답 방식 등에 대한 제어정보를 포함한다.
RFID 리더는 질의(query) 메시지를 태그로 전송한다(S120). 질의 메시지는 브로드캐스트(broadcast) 방식으로 RFID 리더의 전송 링크의 범위 내에 있는 태그로 전송된다. 트리 기반 프로토콜에서 RFID 리더는 1 내지 수 비트의 크기를 가지는 문자열(string)을 질의 메시지로 전송하고, 전송된 문자열보다 1 비트 큰 문자열을 큐(queue)에 유지한다. 초기 큐는 문자열(string) 0과 1을 가진다. RFID 리더 는 큐의 문자열의 길이를 점차 증가시키면서 트리(tree)를 생성하여 다수의 태그들을 인식한다. 트리의 생성 방법에 대하여는 후술한다.
태그는 질의 메시지에 대한 응답(response) 메시지를 RFID 리더로 전송한다(S130). 태그는 0 또는 1을 랜덤하게 생성하여 질의 메시지와 비교하여 응답할 수 있는데, 이를 바이너리 트리 프로토콜(binary tree protocol)이라 한다. 태그는 자신이 가진 ID와 질의 메시지를 비교하여 응답할 수 있는데, 이를 쿼리 트리 프로토콜(query tree protocol)이라 한다.
이하, 쿼리 트리 프로토콜에서 질의 메시지의 특징에 대하여 설명한다.
질의 메시지에 포함되는 문자열은 태그 ID(문자열)의 프리픽스(prefix)일 수 있다. 프리픽스는 1 비트 또는 n비트의 크기를 가질 수 있으며(n>1인 정수), 태그가 가지는 문자열(ID)의 앞부분을 차지한다. 즉, 프리픽스는 MSB(most significant bit) 또는 MSB로부터 n번째 비트까지의 문자열이다. 태그는 자신의 ID의 앞부분이 질의 메시지에 포함된 프리픽스와 일치하면 응답한다. 예를 들어, 프리픽스가 '01'인 경우에 '01xxx'의 ID를 가지는 태그들이 응답한다.
질의 메시지에 포함되는 문자열은 태그 ID(문자열)의 서프픽스(suffix)일 수 있다. 서프픽스는 1 비트 또는 m비트의 크기를 가질 수 있으며(m>1인 정수), 태그가 가지는 문자열(ID)의 뒷부분을 차지한다. 즉, 서프픽스는 LSB(least significant bit) 또는 LSB로부터 m번째 비트까지의 문자열이다. 태그는 자신의 ID의 뒷부분이 질의 메시지에 포함된 서프픽스와 일치하면 응답한다. 예를 들어, 서프픽스가 '01'인 경우에 'xxx01'의 ID를 가지는 태그들이 응답한다.
프리픽스를 사용하여 쿼리 트리를 생성하는 방식을 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT)이라 하며, 서프픽스를 사용하여 쿼리 트리를 생성하는 방식을 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)이라 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 명령 메시지를 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 명령 메시지는 프리앰블 검출(Preamble Detect) 필드, 프리앰블(Preamble) 필드, 구분문자(Delimiter) 필드, 명령(Command) 필드, QTR 지시 필드 및 CRC(Cyclic Redundancy Check) 필드를 포함한다.
프리앰블 검출 필드는 프리앰블의 검출을 위한 필드로, 일반적으로 400㎛ 동안 변조되지 않는 일정한 반송파로 구성된다. 프리앰블 필드는 NRZ(Non-Return to Zero) 형식으로 맨체스터 코드를 사용할 수 있다. NRZ는 '1'과 '0'의 이진값 각각을 양(+)의 전압값과 음(-)의 전압값으로 변환하는 인코딩의 한 형태이다. 구분문자 필드는 데이터의 시작을 알리는 필드로, 여러 가지 구분문자가 입력될 수 있다.
명령 필드는 태그들이 전송할 응답 메시지의 유형, 응답 시간, 응답 방식 등에 대한 제어정보가 실리는 필드이다. QTR 지시 필드는 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)의 수행 여부를 지시하는 필드이다. 역순 쿼리 트리 프로토콜에 대하여는 후술한다. QTR 지시 필드는 1비트의 크기로 역순 쿼리 트리 프로토콜의 수행 여부를 지시할 수 있다. 예를 들어, QTR 지시 필드의 값이 '1'인 경우 역순 쿼리 트리 프로토콜을 수행함을 의미하고, 이때 태그는 RFID 리더로부터의 질의 메시지에 대하여 자신의 ID를 역순으로 비교하여 응답 메시지를 전송한다. 그리고 QTR 지시 필드의 값이 '0'인 경우 역순 쿼리 트리 프로토콜을 수행하지 않고 일반적인 쿼리 트 리 프로토콜을 수행함을 의미하고, 이때 태그는 RFID 리더로부터의 질의 메시지에 대하여 자신의 ID를 MSB(Most Significant Bit)로부터 순서대로 비교하여 응답 메시지를 전송한다. CRC 필드는 데이터 전송 과정에서 발생하는 오류를 검출하기 위하여 순환 이진 부호가 입력되는 필드이다. 각 필드의 배치는 예시에 불과하며 제한이 아니다. 특히, 구분문자 필드, 명령 필드 및 QTR 지시 필드는 서로 위치가 바뀔 수 있다.
이하, 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT)에서 쿼리 트리를 생성하여 태그를 인식하는 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 일반적인 쿼리 트리 프로토콜에서 쿼리 트리의 일예를 도시한 예시도이다.
도 6을 참조하면, RFID 리더의 인식 영역에 5개의 태그가 위치하고, 각 태그의 ID가 {01001, 01010, 01011, 01100, 01101}인 것으로 가정한다.
표 1은 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT)을 이용하여 5개의 태그를 전부 인식하는 동안 질의(query) 및 응답(response)을 나타낸다. 라운드(round; R)는 질의 및 응답에 사용되는 동일한 길이의 문자열이 사용되는 구간으로, 사용되는 문자열의 길이 또는 트리의 깊이를 의미한다. 스탭(step)은 질의 및 응답의 횟수를 나타낸다.
Round Step Query Response
1 R 1 0 collision
2 1 no response
2 R 3 00 no response
4 01 collision
3 R 5 010 collision
6 011 collision
4 R 7 0100 01001
8 0101 collision
9 0110 collision
10 0111 no response
5 R 11 01010 01010
12 01011 01011
13 01100 01100
14 01101 01101
RFID 리더는 초기 큐에 0과 1을 가진다. RFID 리더는 큐에 있는 문자열을 하나씩 꺼내어 프리픽스로서 질의한다.
1 Step : RFID 리더가 큐에서 0을 꺼내어 태그들에게 질의하면, 태그들은 이를 자신들이 가진 ID(문자열)의 MSB(most significant bit)의 값과 비교한다. MSB는 문자열의 첫 번째(좌측으로부터) 비트이다. RFID 리더의 질의와 자신의 MSB 값이 일치하므로, 5개의 태그 모두가 자신의 ID로써 응답한다. 태그들의 응답은 첫 번째 비트값은 일치하지만 나머지 비트값들은 일치하지 않으므로, RFID 리더가 태그들의 응답을 인식하지 못하는 충돌(collision)이 발생한다. RFID 리더는 충돌이 발생하면 0에 뒤이어 0 및 1을 붙여서 큐에 '00' 및 '01'을 생성한다.
2 Step : RFID 리더는 큐에서 1을 꺼내어 태그들에게 질의한다. 태그들은 질의와 자신의 MSB 값이 일치하지 않으므로 응답하지 않는다(no response). 응답이 없는 경우 RFID 리더는 아무것도 하지 않고 큐에 대기 중인 다음 문자열로 질의를 계속한다. RFID 리더는 초기 큐의 0과 1을 모두 사용하여 1 라운드를 종료하며, 이때 트리의 깊이는 1이 된다.
3 Step : RFID 리더는 큐에 대기 중인 '00'을 꺼내어 태그들에게 질의한다. 태그들은 MSB부터 두 번째 비트까지의 값을 RFID 리더의 질의와 비교한다. 태그들은 질의와 자신의 MSB 값이 일치하지 않으므로 응답하지 않는다(no response).
4 Step : RFID 리더는 큐에 대기 중인 '01'을 꺼내어 태그들에게 질의한다. 5개의 태그 모두가 응답하여 충돌이 발생한다(collision). RFID 리더는 01에 뒤이어 0 및 1을 붙여서 큐에 '010' 및 '011'을 생성한다. 2 라운드가 종료되고 트리의 깊이는 2가 된다.
5 Step : RFID 리더는 큐에 대기 중인 '010'을 태그들에게 질의하고, ID = {01001, 01010, 01011}인 태그로부터 응답을 받아 충돌이 발생한다(collision). 큐에는 '0100' 및 '0101'이 생성된다.
6 Step : RFID 리더는 큐에 대기 중인 '011'을 태그들에게 질의하고, ID = {01100, 01101}인 태그로부터 응답을 받아 충돌이 발생한다(collision). 큐에는 '0110' 및 '0111'이 생성된다. 3 라운드가 종료되고 트리의 깊이는 3이 된다.
7 Step : RFID 리더는 큐에 대기 중인 '0100'을 태그들에게 질의하고, ID = {01001}인 태그로부터 응답을 받아 태그를 인식한다(identified). 태그를 인식한 RFID 리더는 큐에 대기 중인 다음 문자열로 질의를 계속한다.
이와 같이, RFID 리더는 초기 큐에 문자열 0 및 1을 가지고, 프리픽스를 전송하여 충돌이 발생하면 문자열의 길이를 1비트 증가시켜 큐에 새로운 문자열을 생성하며, 태그로부터 응답이 없거나 하나의 태그를 인식하게 되면 큐에 있는 다음 문자열로 질의를 계속한다. RFID 리더는 큐에 대기 중인 문자열이 없어질 때까지 질의를 반복하여 모든 태그들을 인식하게 된다.
여기서는 큐에 대기 중인 문자열이 없어질 때까지, 즉 5개의 모든 태그들을 인식할 때까지 14번의 질의 및 응답이 수행되고, 트리의 깊이는 5가 된다.
이하, 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)에서 쿼리 트리를 생성하여 태그를 인식하는 방법에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 역순 쿼리 트리 프로토콜에서 쿼리 트리를 도시한 예시도이다.
도 7을 참조하면, 도 6과 마찬가지로 RFID 리더의 인식 영역에 5개의 태그가 위치하고, 각 태그의 ID가 {01001, 01010, 01011, 01100, 01101}인 것으로 가정한다.
표 2는 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)을 이용하여 5개의 태그를 전부 인식하는 동안 질의(query) 및 응답(response)을 나타낸다. 라운드(round; R)는 질의 및 응답에 사용되는 동일한 길이의 문자열이 사용되는 구간으로, 사용되는 문자열의 길이 또는 트리의 깊이를 의미한다. 스탭(step)은 질의 및 응답의 횟수를 나타낸다.
Round Step Query Response
1 R 1 0 collision
2 1 collision
2 R 3 00 01100
4 01 01010
5 10 collision
6 11 01011
3 R 7 100 01001
8 101 01101
RFID 리더는 초기 큐에 0과 1을 가진다. RFID 리더는 큐에 있는 문자열을 하나씩 꺼내어 서프픽스로써 질의한다. 태그는 자신들의 ID를 역순으로 RFID 리더의 서프픽스와 비교한다. 태그는 RFID 리더의 서프픽스와 역순 ID를 비교한다. 태그의 ID를 LSB부터 MSB로의 순서로 읽는 것을 역순 ID라 한다. 각 태그의 역순 ID(reversed ID)는 {10010, 01010, 11010, 00110, 10110}이 된다. 태그는 RFID 리더의 질의(서프픽스)를 역순 ID와 비교하고, 자신의 역순 ID가 서프픽스와 일치하면 자신의 ID로 응답한다.
다음은 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)의 알고리즘의 일예를 나타낸다.
*** Reversed Query Tree Protocol : Reader Pseudo-code *** Q = {'0', '1'} while (Q is not empty) : suffix = pop a suffix from Q send QUERY command to tags with suffix reply = receive reply from tags if (reply is identified) : # a tag is identified else if (reply is collision) : append (suffix ∥ '0') to Q append (suffix ∥ '1') to Q end if end while *** Reversed Query Tree Protocol : Tag Pseudo-code *** suffix = receive suffix from reader if (reversed ID starts with suffix) : return ID end if
RFID 리더는 초기 큐에 문자열 0 및 1을 가지고, 서프픽스를 전송하여 충돌이 발생하면 문자열의 길이를 1비트 증가시켜 큐에 새로운 문자열을 생성하며, 태그로부터 응답이 없거나 하나의 태그를 인식하게 되면 큐에 있는 다음 문자열로 질의를 계속한다. RFID 리더는 큐에 대기 중인 문자열이 없어질 때까지 질의를 반복하여 모든 태그들을 인식하게 된다.
역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)에 따라서,
1 Step : RFID 리더가 큐에서 0을 꺼내어 태그들에게 질의하면, 태그들은 이를 자신들의 역순 ID의 MSB 값과 비교한다. 역순 ID의 MSB는 ID의 LSB에 대응한다. 역순 ID의 MSB 값이 0인 ID = {01100, 01010}인 태그들이 응답하여 충돌이 발생한다(collision). RFID 리더는 0에 뒤이어 0 및 1을 붙여서 큐에 '00' 및 '01'을 생성한다.
2 Step : RFID 리더가 큐에서 1을 꺼내어 태그들에게 질의하면, 역순 ID의 MSB 값이 1인 ID = {01001, 01101, 01011}인 태그들이 응답하여 충돌이 발생한다(collision). RFID 리더는 1에 뒤이어 0 및 1을 붙여서 큐에 '10' 및 '11'을 생성한다. 1 라운드가 종료되고 트리의 깊이는 1이다.
3 Step : RFID 리더가 큐에 대기 중인 '00'을 꺼내어 태그들에게 질의하면, 역순 ID의 MSB부터 두 번째 비트까지의 값이 00인 ID = {01100}인 태그로부터 응답을 수신하여 태그를 인식한다(identified).
4 Step : RFID 리더가 큐에 대기 중인 '01'을 꺼내어 태그들에게 질의하면, 역순 ID의 MSB부터 두 번째 비트까지의 값이 01인 ID = {01010}인 태그로부터 응답을 수신하여 태그를 인식한다(identified).
5 Step : RFID 리더가 큐에 대기 중인 '10'을 꺼내어 태그들에게 질의하면, 역순 ID의 MSB부터 두 번째 비트까지의 값이 10인 ID = {01001, 01101}인 태그로부터 응답을 수신하여 충돌이 발생한다(collision). RFID 리더는 10에 뒤이어 0 및 1을 붙여서 큐에 '100' 및 '101'을 생성한다.
6 Step : RFID 리더가 큐에 대기 중인 '11'을 꺼내어 태그들에게 질의하면, 역순 ID의 MSB부터 두 번째 비트까지의 값이 11인 ID = {01011}인 태그로부터 응답을 수신하여 태그를 인식한다(identified). 2 라운드가 종료되고 트리의 깊이는 2이다.
7 Step : RFID 리더가 큐에 대기 중인 '100'을 꺼내어 태그들에게 질의하면, 역순 ID의 MSB부터 세 번째 비트까지의 값이 100인 ID = {01001}인 태그로부터 응답을 수신하여 태그를 인식한다(identified).
8 Step : RFID 리더가 큐에 대기 중인 '101'을 꺼내어 태그들에게 질의하면, 역순 ID의 MSB부터 세 번째 비트까지의 값이 101인 ID = {01101}인 태그로부터 응답을 수신하여 태그를 인식한다(identified). 3 라운드가 종료되고 트리의 깊이는 3이다. RFID 리더는 큐에 대기 중인 문자열이 없으므로, 태그의 인식 과정을 종료한다. RFID 리더가 5개의 모든 태그들을 인식할 때까지 8번의 질의 및 응답이 수행된다.
역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)이 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT)에 비하여 트리의 깊이도 적고 질의 및 응답의 횟수도 적다. 즉, 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)을 이용하여, RFID 리더는 보다 짧은 시간에 RFID 리더의 인식 영역에 있는 모든 태그들을 인식할 수 있다. 그리고 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)에서, 태그가 RFID 리더의 질의를 역순으로 인식하여 응답하고, RFID 리더는 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT)에서와 동일한 방식으로 쿼리 트리를 생성할 수 있으므로 RFID 리더에 추가적인 프로세서가 필요없다.
도 8은 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT) 및 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)에서 질의 메시지의 전송 횟수를 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 태그의 ID가 연속적(sequent; Seq)인 경우와 임의적(random; Rdm)인 경우에 태그의 수에 따른 질의의 수를 나타낸다. 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT)보다 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)이 질의의 수가 작아 더욱 효과적으로 태그를 인식할 수 있음을 볼 수 있다.
복수의 태그 ID가 연속된 정수라고 가정하여, RFID 리더와 태그 간의 통신에서 질의의 수에 대하여 설명한다. A={b0, b1, ..., bn-1} 은 동일한 길이의 문자열의 집합이라고 하자. Q(A)는 A에 쿼리 트리 프로토콜이 적용되어 얻어지는 쿼리 트리로 정의된다. Q(A)는 A에 따라 결정된다. e(A)는 Q(A)의 모서리(edge)의 수, 즉 RFID 리더에 의한 질의의 수이다. 수학식 1은 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT)에서 RFID 리더에 의한 질의의 수를 나타낸다. 수학식 2는 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)에서 RFID 리더에 의한 질의의 수를 나타낸다.
e(A) = 2(H - h) + e(B)
e(AR) = e(BR) = 2(n-1)
여기서, AR은 A의 문자열을 역순으로 읽는 역순 문자열을 의미한다. B = {d0, d1, ..., dn-1}이고, bi = cdi (0≤i≤n-1) 이다. cdi는 문자열 c에 이어서 di가 붙어서 형성되는 문자열이다. H는 태그 ID의 길이, h는 d0의 길이, n은 태그 ID의 수를 나타낸다. e(BR) = 2(n-1)는 n개의 태그 ID에 대한 최소한의 질의의 수를 의미한다. 따라서, e(B) ≥ e(BR) 이라 할 수 있으며, e(A) ≥ e(AR)가 된다. 즉, 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)에서의 질의의 수가 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT)에서의 질의의 수보다 적다.
도 9는 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT) 및 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)에서 전송되는 비트수를 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 태그의 ID가 연속적(Seq)인 경우에 태그의 수에 따른 전송되는 비트수를 나타낸다. 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT)보다 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)이 전송 비트수가 작아 더욱 효과적으로 태그를 인식할 수 있음을 볼 수 있다.
역순 쿼리 트리 프로토콜은 EPC 코드와 같이 동일한 회사 ID, 제품 ID 등이 태그 ID의 앞부분을 차지하고 뒷부분에 시리얼 넘버가 붙을 때 적은 수의 질의로 많은 수의 태그들을 효율적으로 인식하는데 사용될 수 있다. 유사한 ID를 가지는 태그들이 많이 사용되는 공급업체에서 연속적인 ID의 태그들이 부착된 물품을 관리하는데 효율적으로 사용될 수 있다.
이상, 태그가 가지는 ID의 길이를 5비트로 예를 들었으나, 이는 예시에 불과 하며 태그 ID의 길이는 제한이 없다. 그리고 태그의 ID를 이진수로 표현하였으나, 이는 제한이 아니며 태그의 ID를 다르게 표현하더라도 역순 쿼리 트리 프로토콜은 동일하게 적용될 수 있다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 RFID 시스템의 일예를 도시한 블록도이다.
도 2는 RFID 리더의 구성의 일예를 도시한 블록도이다.
도 3은 태그의 구성의 일예를 도시한 블록도이다.
도 4는 RFID 리더가 태그를 인식하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 명령 메시지를 도시한 블록도이다.
도 6은 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT)에서 쿼리 트리의 일예를 도시한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)에서 쿼리 트리를 도시한 예시도이다.
도 8은 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT) 및 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)에서 질의 메시지의 전송 횟수를 나타낸 그래프이다.
도 9는 일반적인 쿼리 트리 프로토콜(QT) 및 역순 쿼리 트리 프로토콜(QTR)에서 전송되는 비트수를 나타낸 그래프이다.

Claims (9)

  1. RFID 리더와 태그 간의 질의응답에 따라 쿼리 트리를 생성하여 상기 태그를 인식하는 태그 인식 방법에 있어서,
    상기 RFID 리더가 상기 태그로 질의 메시지를 전송하는 단계; 및
    상기 태그로부터 상기 질의 메시지에 대한 응답 메시지를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 태그가 가지는 문자열(string)의 역순으로 상기 쿼리 트리를 생성하는 태그 인식 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 질의 메시지는 상기 문자열의 서프픽스(suffix)인 것을 특징으로 하는 태그 인식 방법.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 응답 메시지가 다른 태그로부터의 응답 메시지와 충돌이 발생하면, 상기 RFID 리더는 상기 서프픽스에 추가 문자를 붙인 문자열을 큐(queue)에 생성시키는 것을 특징으로 하는 태그 인식 방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 태그는 상기 문자열의 LSB(least significant bit)부 터 MSB(most significant bit)로의 순으로 상기 질의 메시지와 상기 문자열을 비교하여 상기 응답 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 태그 인식 방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 태그는 자신의 ID(identifier)에 대한 역순 ID를 생성하여 상기 질의 메시지와 비교하는 것을 특징으로 하는 태그 인식 방법.
  6. 태그 간의 충돌을 방지하기 위한 충돌 방지 방법에 있어서,
    태그가 RFID 리더로부터 제1 서프픽스를 수신하는 단계;
    상기 제1 서프픽스를 상기 태그의 ID와 역순으로 비교하여 제1 응답 메시지를 전송하는 단계;
    상기 제1 응답 메시지를 전송한 후, 상기 제1 서프픽스보다 길이가 긴 제2 서프픽스를 수신하는 단계; 및
    상기 제2 서프픽스를 상기 태그의 ID와 역순으로 비교하여 제2 응답 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 RFID 시스템에서 충돌 방지 방법.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 제1 서프픽스는 상기 태그의 ID의 LSB로부터 m번째 비트까지의 문자열이고, 상기 제2 서프픽스는 상기 태그의 ID의 LSB로부터 n번째 비트까지의 문자열인 것을 특징으로 하는 RFID 시스템에서 충돌 방지 방법(n > m 이고, n, m > 0인 정수).
  8. 쿼리 트리 프로토콜을 이용하는 RFID 리더로부터의 질의에 대하여 응답하는 RFID 태그에 있어서,
    상기 RFID 리더로부터의 질의 메시지를 수신하여 복조하는 복조부;
    상기 질의 메시지에 포함된 문자열과 태그 ID를 역순으로 비교하여 일치하면 응답 메시지를 생성하는 제어부; 및
    상기 응답 메시지를 변조하여 전송하는 변조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 응답 메시지는 상기 태그 ID 인 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
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