KR20100011711A - 알에프아이디 태그 충돌을 방지하기 위한 알에프아이디태그 인식 방법, 이를 이용한 알에프아이디 리더 및알에프아이디 태그 - Google Patents

알에프아이디 태그 충돌을 방지하기 위한 알에프아이디태그 인식 방법, 이를 이용한 알에프아이디 리더 및알에프아이디 태그 Download PDF

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Abstract

RFID 리더에서의 복수의 RFID 태그를 인식하는 방법은, 질의(Query) 커맨드를 생성하여 준비 상태에 있는 RFID 태그에게 전송하는 단계와, 상기 질의(Query) 커맨드를 수신한 RFID 태그로부터 오류 검출 코드를 수신하는 단계와, 상기 오류 검출 코드를 충돌 없이 수신한 경우, 확인(ACK) 커맨드를 생성하여 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그로 전송하는 단계와, 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보를 수신하는 단계를 포함한다. 종래의 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서 사용되는 RN16을 이용하는 대신 RN16과 같은 균일한 랜덤 특성을 가지는 CRC-16와 같은 에러 검출용 코드를 사용함으로써 태그 인식 속도를 향상시킬 수 있다.
RFIF, 태그 충돌, 충돌, 방지, CRC

Description

알에프아이디 태그 충돌을 방지하기 위한 알에프아이디 태그 인식 방법, 이를 이용한 알에프아이디 리더 및 알에프아이디 태그{Methods of identifying RFID tag for preventing RFID tag collision, RFID reader and RFID tag using the same}
본 발명은 RFID에 관한 것으로서, 구체적으로 RFID 태그 충돌을 방지하기 위한 ID 태그 인식 방법, 이를 이용한 ID 리더, RFID 태그에 관한 것이다.
RFID(Radio Frequency Identification)는 바코드(barcode), 마그네틱 센서, IC-CARD 등과 같은 자동 인식의 한 분야로서, 초단파 또는 장파를 이용하여 태그(Tag)의 마이크로칩에 저장된 데이터를 무선으로 인식하는 기술을 말한다.
RFID 시스템의 원리는 안테나를 통하여 태그에 저장된 정보를 수신하여 이를 리더가 인식하고 분석하여 상기 태그가 장착된 물품의 고유 정보를 취득할 수 있도록 하는 것으로서, 이는 주파수를 이용하기 때문에 눈, 비, 바람, 먼지, 자속 등 환경의 영향을 받지 않으며, 통과 속도가 빨라 이동 중에도 인식이 가능하다는 장점이 있다.
RFID는 무선 채널을 사용하여 많은 데이터를 빠른 속도로 전송할 수 있기 때 문에 물류, 유통 분야 및 금융 서비스 등 제품 인식을 요구하는 산업 분야에서 현재 사용중인 바코드를 대체할 기술로 인식되며 각광을 받고 있다. RFID는 자동 인식 시스템에서 점점 더 많이 사용되고 있으며, 유비쿼터스를 구현하기 위한 기술로서 주목을 받고 있다.
그러나, RFID는 인식한 데이터의 신뢰성, 기술의 표준화, 인식률(Read rate)과 인식 속도(Identification speed)의 향상 등의 이슈가 되고 있으며, 현재 RFID 시스템에서 해결할 가장 큰 문제 중 하나는 태그 간의 충돌로 인해 인식효율이 떨어지는 것이다. 따라서, 인식률(Read rate)과 인식 속도(Identification speed)의 향상을 위해 충돌방지 프로토콜(Anti-collision protocol)에 대한 연구가 필요하다.
RFID 시스템에서는 태그 인식을 위한 기본 과정은 리더가 정보를 위해 태그에 질의를 하면, 질의 신호를 수신한 태그는 자신의 ID를 리더에게 전송한다. 리더의 인식 범위에서 하나의 태그가 있는 경우에는 태그 인식은 매우 쉬우나, 여러개의 태그들이 리더의 인식 범위 내에 있는 경우에는 여러개의 태그들이 동시에 자신들의 정보를 전송함으로써 태그 충돌이 일어나게 된다.
하나의 리더의 질의에 다수의 태그가 동시에 응답함으로써 리더가 태그를 인식할 수 없게 만드는 것을 태그 충돌(Tag Collision)이라고 한다. 태그 충돌의 경우 현재 사용되고 있거나 대규모 물류 유통에 사용될 태그가 저가격 수동 태그임에 따라 사용 가능한 충돌 방지 프로토콜에 계산의 복잡도, 배터리의 부재, 메모리 크기에 따른 가격의 증가 등과 같은 많은 제약 사항이 있다. 이에 따라 다수의 태그 들을 실시간으로 식별하기 위해 태그 충돌을 해결하기 위한 효율적인 RFID 태그 충돌 방지 프로토콜이 필요하다.
충돌 방지 알고리즘은 태그의 데이터가 0과 1로 이루어진 이진성을 이용한 이진 트리 기반(Binary Tree-based) 알고리즘과 시간을 축으로 원하는 시간에 데이터를 전송하는 알로하 기반(Aloha-based) 알고리즘을 들 수 있다.
이진 트리 탐색 기반 충돌 방지 방식을 사용한 RFID 시스템의 경우, 리더는 태그의 정보를 한 비트씩 읽어 들이게 되며, 결과적으로, 리더는 트리를 검색하는 것처럼 태그의 정보를 찾아가게된다. 이 방법의 장점은 확정적인 데이터의 전송에서 찾아 볼 수 있다. 리더는 태그가 보내는 모든 데이터를 사용하게 되므로 충돌로 인하여 불필요하게 사라지는 데이터는 없는 것과 같다. 또한, 많은 수의 태그가 존재하거나 적은 수의 태그가 존재하여도 이에 따른 성능을 선형적인 수식에서 예측할 수 있다. 반면에 단점은 리더가 태그에게 보내는 데이터만큼이나 많은 명령 쿼리를 전송해야 한다는 것이다. 또한, 태그는 리더에게 데이터를 보내기 위하여 전력을 충전하고 방전하는 과정이 지나치게 빈번하다는 단점이 있다.
알로하 기반 충돌 방지 방식은 태그가 미디어의 상태를 체크하기 어려운 이유로 RFID 시스템에서는 시간을 슬롯(또는 프레임)으로 나누고 동기화된 시간에 데이터를 전송하며, 모든 태그들이 리더에게 데이터를 보내기 위하여 경쟁하는 과정을 거치게 된다. 알로하 기반 충돌 방지 방식은 연속적으로 데이터를 전송함으로써 확정적인 전송 아래에서의 높은 전송 속도가 보장된다는 장점이 있다.
알로하 기반 충돌 방지 방식 중 하나인 프레임 알로하(Frameed slotted ALOHA, 이하 FSH) 알고리즘은 가장 많이 사용되는 태그 충돌 방지 알고리즘들 중 하나이다. FSH 알고리즘은 프레임을 여러개의 타임슬롯(timeslots)으로 분할하고, 각각의 태그는 자신의 ID를 전송하기 위한 하나의 타임슬롯을 랜덤하게 선택한다. 어느 한 태그가 자신의 정보를 하나의 타임슬롯에 전송하면, 리더가 상기 태그를 성공적으로 읽는다. 그러나, 하나의 타임슬롯이 한 개 이상의 태그에 의한 충돌을 경험하게 되면, 리더는 태그 정보를 인식할 수 없게 된다. 인식되지 않은 태그들은 자신의 정보를 다음 프레임에 재전송해야 하므로 충돌된 타임슬롯의 낭비로 인하여 비효율적이다. 또한, 한 개의 프레임에 다수의 아이들 타임슬롯(idle timeslot)이 존재하는 경우에도 비효율적이다. 또한, FSH 방식과 같은 알로하 기반 충돌 방지 방식은 태그가 리더에게 데이터를 보내기 위한 시점을 결정하기 위하여 RNG(Random Number Generator)의 사용이 불가피하다.
FSH 방식의 또 다른 단점은 태그의 숫자가 예측 불가능한 상황에서 찾아 볼 수 있다. FSH 방식은 구현이 간단하다는 장점이 있으나, 태그의 숫자가 적은 경우 FSH 방식은 슬롯을 낭비하게 되며, 태그 수가 증가함에 따라 태그들이 경쟁하면서 발생한 태그 간 충돌로 인해 인식에 필요한 슬롯이 폭발적으로 증가하게 되어 전체 태그를 읽는데 요구되는 슬롯의 수가 지수적으로 증가하므로 심각한 경우 시간이 무한대로 늘어나도 하나의 태그 정보도 알아낼 수 없게 될 수 있으므로 FSH 알고리즘의 효율(throughput)이 떨어진다는 단점을 갖고 있다.
따라서, 동적 프레임 알로하(Dynamic FSA, 이하 DFSA) 알고리즘과 같이 고효율을 위해 인식 범위 내에 있는 태그의 개수를 추정한 후 다음 프레임 사이즈를 변 경시키는 것이 필요하다.
EPCglobal Class1 Generation2(EPCglobal Gen2)는 DFSA를 사용하는 대표적인 국제표준이다.
성공(success), 아이들(idle) 및 충돌(collision)에 대해 고정된 타임슬롯을 가지는 일반적인 DFSA와 달리, EPCglobal Class1 Generation2에서의 DFSA 방식은 성공(success), 아이들(idle) 및 충돌(collision)에 대해 다른 타임슬롯들을 채용한다. 충돌이 발생한 경우의 시간의 낭비를 줄이기 위해, 제품 코드(Electronic Product Code, 이하 EPC) 이전에 상대적으로 짧은 16 비트 난수(Random Number with 16 bits)(이하, RN16)가 태그로부터 리더로 전송된다. 리더에서의 상기 전송된 RN16의 읽기 성공 또는 읽기 실패 여부에 따라서, 리더는 태그의 EPC를 읽거나 읽지 않는다.
도 1은 종래의 EPCglobal Class1 Generation2에서의 RN16을 사용한 동적 프레임 알로하(DSFA) 방식을 이용한 태그 인식 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 2는 종래의 EPCglobal Class1 Generation2에서의 리더 및 태그 동작을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1 및 도 2의 동적 프레임 알로하(DSFA) 방식을 이용한 태그 인식 방법의 동작은 RFID 에어 인터페이스(Air Interface)에 관한 EPCglobal Class1 Generation2 스펙 version 1.0.9.에 개시되어 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 1을 참조하면, 태그 충돌이 발생한 경우 짧은 길이의 RN16를 먼저 전송하지 않고 긴 길이의 PC(Protocol Control), EPC(Electronic Product Code) 및 CRC- 16를 직접 전송하는 것은 또 다른 PC, EPC 및 CRC-16가 전송되어야하므로 시간 낭비 및 태그 인식 속도가 저하되므로 종래의 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서는 태그에서 리더로 정보를 전송할 때 RN16가 사용된다.
각 태그는 랜덤하게 타임 슬롯을 선택하고, 16 비트의 RN16(50)을 선택된 타임슬롯에 전송한다. 리더에서 아무런 신호를 검출하지 못한 경우에는 리더는 몇개의 타임 슬롯 시간 동안 대기한 후 다음번 타임슬롯에서 태그를 검출한다.
리더에서 상기 전송된 RN16(50)을 성공적으로 검출한 경우에는, ACK 커맨드(12)를 태그로 전송하여 태그 정보를 읽기 위해 시도한다. 그러나, RN16(50)이 정확히 식별되지 못한 경우거나 또는 ACK 커맨드(12)에 대해 무응답(no reply)인 경우에는 리더는 충돌이 발생했다고 판정한다.
리더(200)는 select 커맨드를 생성하여 어느 하나의 태그를 식별하는 특정 타임슬롯을 선택한다. 리더(200)는 태그를 식별하기 위하여 Query, Ack, NAK등의 커맨드들을 인벤토리 라운드(Inventory round)에 있는 태그들로 전송한다. 리더(200)의 액세스 상태(Acess state)에서는 리더는 태그가 유일하게 식별된 후에 개별적인 태그들에게 정보를 쓰거나 읽어낸다.
Select 커맨드(10)를 수신한 태그는 작동을 준비하고, Query 커맨드를 수신할 때까지 준비 상태(Ready state)에 머문다. Query 커맨드를 수신한 태그는 슬롯 카운터(slot counter) 값(0 내지 2Q -1)-즉 RN16-을 생성한다. 태그의 슬롯 카운터값이 Q 까지 감소된 경우, 태그는 응답 상태(Reply state)로 천이하고, RN16 코드 를 리더에게 전송한다. 리더가 RN16의 충돌을 감지하지 못한 경우, 리더는 태그의 RN16을 포함하는 ACK 커맨드를 생성한다. 태그는 ACK 커맨드를 수신한 이후, 자신의 상태를 Acknowledged 상태로 변경시킨다. 수신된 ACK가 유효(valid)하면, 태그는 자신의 PC, EPC 및 CRC-16를 포함하는 태그 정보(60)를 전송하고, 리더는 CRC 체크를 수행한다. CRC 체크 결과 에러가 없는 경우, 리더는 태그의 정보를 성공적으로 식별하게 된다. 슬롯 카운터값이 0이 될 때까지, 태그들은 조정 상태(Arbitrate state), 홀딩 상태(holding state)에 머물게 된다. 조정 상태(Arbitrate state)에 있는 태그들은 자신의 슬롯 카운터값이 0이 될 때까지 리더의 현재의 인벤토리 라운드에 참여하지 않는다. 태그들은 리더로부터 QueryRep 커맨드를 수신할 때마다 자신의 슬롯 카운터값을 1씩 감소시킨다. 태그들을 식별하기 위한 한개의 라운드(round)가 끝났으나 아직 읽혀지지 않은 태그들이 존재하는 경우에는, 리더는 QueryAdj 커맨드를 태그들에게 방송(broadcast)한다.
상기와 같은 종래의 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서 사용하는 RN16 코드는 제품(product)에 대한 어떠한 정보도 포함하고 있지 않으며, 불필요한 시간만을 소모하므로 그 만큼의 시간 지연이 발생하므로 좀 더 빠른 태그 인식을 위해서는 RN16을 사용하지 않고 태그를 인식하기 위한 방식이 필요하다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 제1 목적은 빠른 태그 인식을 통한 충돌 방지 프로토콜의 성능 개선을 위한 RFID 태그 인식 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 빠른 태그 인식을 통한 충돌 방지 프로토콜의 성능 개선을 위한 RFID 리더를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은 빠른 태그 인식을 통한 충돌 방지 프로토콜의 성능 개선을 위한 RFID 태그를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 RFID 리더에서의 복수의 RFID 태그를 인식하는 방법은, 질의(Query) 커맨드를 생성하여 준비 상태에 있는 RFID 태그에게 전송하는 단계와, 상기 질의(Query) 커맨드를 수신한 RFID 태그로부터 오류 검출 코드를 수신하는 단계와, 상기 오류 검출 코드를 충돌 없이 수신한 경우, 확인(ACK) 커맨드를 생성하여 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그로 전송하는 단계와, 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보를 수신하는 단계를 포함한다. 상기 오류 검출 코드는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 이용하여 생성될 수 있다. 상기 오류 검출 코드는 CRC-16 코드가 될 수 있다. 상기 RFID 리더는 상기 수신한 CRC-16 코드를 이용하여 CRC 체크를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 RFID 리더는 상기 CRC-16 코드가 정확히 식별되지 못한 경우 또는 상기 RFID 태그로부터 상기 확인(ACK) 커맨드에 대한 응답을 받지 못한 경우 충돌이 발생한 것으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그에서 상기 ACK를 유효(valid)하게 수신하는 경우 상기 RFID 리더에게 전송될 수 있다. 상기 태그 정보는 에러 검출 코드를 포함하지 않을 수 있다. 상기 태그 정보는 에러 검출 코드를 포함하지 않을 수 있다. 상기 태그 정보에 포함되지 않은 에러 검출 코드는 CRC-16 코드가 될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 RFID 태그 인식을 위한 방법은, RFID 리더로부터 질의(Query) 커맨드를 수신하는 단계와, 상기 질의(Query) 커맨드에 응답하여 에러 검출 코드를 상기 RFID 리더로 전송하는 단계와, 상기 오류 검출 코드를 충돌없이 수신한 RFID 리더로부터 확인(ACK) 커맨드를 수신하는 단계와, 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보를 상기 RFID 리더로 전송하는 단계를 포함한다. 상기 오류 검출 코드는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 이용하여 생성될 수 있다. 상기 CRC-16 코드는 상기 RFID 리더에서 CRC 체크를 수행하는데 사용될 수 있다. 상기 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그에서 상기 ACK를 유효(valid)하게 수신하는 경우 상기 RFID 리더에게 전송될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 RFID 리더는 복수의 RFID 태그와 신호를 송수신하는 송수신부와, 질의(Query) 커맨드를 생성하여 준비 상태에 있는 RFID 태그에게 상기 송수신부를 통해 전송하고, 상기 질의(Query) 커맨드를 수신한 RFID 태그로부터 상기 송수신부를 통해 오류 검출 코드를 충돌 없이 수신한 경우 확인(ACK) 커맨드를 생성하여 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그로 상기 송수신부를 통해 전송하고, 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보를 상기 송수신부를 통해 수신하도록 제어하는 충돌 검출부를 포함한다. 상기 오류 검출 코드는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 이용하여 생성되는 CRC-16 코드이고, 상기 태그 정보는 CRC-16 코드를 포함하지 않을 수 있다. 상기 RFID 리더는 상기 CRC-16 코드가 정확히 식별되지 못한 경우 또는 상기 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그로부터 상기 확인(ACK) 커맨드에 대한 응답을 받지 못한 경우 충돌이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 상기 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그에서 상기 ACK를 유효(valid)하게 수신하는 경우 상기 RFID 리더에게 전송될 수 있다.
또한, 본 발명의 제3 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 RFID 태그는 고유 정보가 저장된 메모리와, RFID 리더와의 통신을 위한 안테나를 포함하 고, 상기 RFID 태그는 RFID 리더로부터 질의(Query) 커맨드를 상기 안테나를 통해 수신하고, 상기 질의(Query) 커맨드에 응답하여 에러 검출 코드를 상기 안테나를 통해 상기 RFID 리더로 전송하고, 상기 오류 검출 코드를 충돌없이 수신한 RFID 리더로부터 확인(ACK) 커맨드를 상기 안테나를 통해 수신하고, 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보를 상기 RFID 리더로 상기 안테나를 통해 전송한다. 상기 오류 검출 코드는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 이용하여 생성되는 CRC-16 코드이고, 상기 태그 정보는 CRC-16 코드를 포함하지 않을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서 사용되는 RN16을 이용하는 대신 RN16과 같은 균일한 랜덤 특성을 가지는 CRC-16와 같은 에러 검출용 코드를 사용하는 간단하면서도 효과적인 태그 인식 방법을 제공한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 CRC-16와 같은 에러 검출용 코드를 사용하는 태그 인식 방법은 채널 에러가 존재하는 환경 및 채널 에러가 존재하지 않는 환경하에서 종래의 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서 사용되는 RN16을 이용하는 태그 인식 방법에 비하여 태그 인식에 더 적은 시간이 소요된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태그 인식 방법은 기존의 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서 태그 정보를 전송하기 전에 생성된 RN16 코드를 별도로 사용하지 않고 RN16 코드와 유사한 역할을 수행하는 코드-예를 들어 CRC-16 코드-를 사용한다.
태그내의 난수 발생기(Random Number Generator, 이하 RNG)에서 발생된 RN16은 다음의 임의성(randomness) 조건을 만족한다.
1. 단일의 RN16의 확률(Probability of a single RN16):
한개의 RN16의 확률(P[RN16=j])은 다음의 수학식 1을 만족한다.
0.8/216 <P[RN16=j]<1.25/216
여기서, j는 RNG에 의해 생성된 숫자이다.
2. 동시에 동일한 시퀀스 확률(Probability of simultanesouly identical sequences):
10,000개의 태그에 대해 두개 또는 그 이상의 태그들이 동시에 동일한 시퀀스(sequence)의 RN16를 생성할 확률은 0.1% 이하이다.
3. RN16 예측 확률(Probability of predicting an RN16)
RN16은 0.025% 보다 큰 확률로는 예측될 수 없다.
본 발명의 실시예에 따른 태그 인식 방법은 기존의 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서 사용되는 RN16 코드와 유사한 성질을 가지는 코드-예를 들어 CRC-16 코드-를 사용한다. 이하에서는 RN16 코드와 유사한 성질을 가지는 코드로서 CRC-16 코드를 예로 들어 설명한다.
CRC(Cyclic Redundancy Check)는 폴리노미얼 차수(degree of polynomial) 이하 길이의 버스트 에러(burst error)를 검출할 수 있다. P 비트의 랜덤 정보를 가정하고 CRC-P 메카니즘을 상기 정보에 적용할 경우, 두개의 서로 다른 랜덤 정보들로부터의 CRC값들은 서로 다른 값을 가져야 한다. 채널 에러(channel error)에 의해 하나의 정보 비트 시퀀스가 다른 정보 비트 시퀀스와 동일해질 경우, 만약 상기 두개의 서로 다른 정보 비트 시퀀스들의 CRC값들이 서로 동일하다면, 버스트 에러는 CRC 체크로는 검출될 수 없으며, 이는 P 차수 이하 길이의 모든 버스트 에러들 은 검출될 수 있다는 사실에 반하게 된다. 예를 들어, PC+EPC의 두개의 임의의 정보 부분인 1111000011110000 및 1100110011001100이 CRC 발생기에서 생성된 동일한 CRC R을 갖는다고 가정하자. 송신측에서 1111000011110000 및 R을 수신측으로 전송하고, 채널 에러에 의해 변경된 정보 1100110011001100 및 R이 수신측에서 수신된다면, 수신측은 에러를 식별할 수 없게 된다. 따라서, 연속적인 P비트들을 가지는 각각의 정보는 유일한 하나의 CRC-P 값을 가져야한다.
EPCglobal Class1 Generation2 표준에서는 태그는 PC 및 EPC의 무결성(integrity)을 체크하는데 CRC-16을 사용하며, 태그로부터 리더로 전송한다.
모든 CRC-16은 매 연속적인 16 비트들에 대해 유일하며 서로 다른 값을 가진다. 어떠한 임의의 CRC-16의 확률은 1/216임을 의미하며, RN16과 같이 균등하게 랜덤(uniformly random)한 특성을 가진다.
따라서, 단일의 CRC-16의 확률(Probability of a single CRC-16)(P[CRC-16=j])은 다음의 수학식 2를 만족한다.
0.8/216 <P[CRC-16=j]<1.25/216
여기서, j는 CRC-16의 숫자이다.
CRC-16의 16비트 모두가 서로 동일한 태그들의 개수는 단일의 CRC-16의 확률에 10,000을 곱함으로써 얻을 수 있으며, 10,000 개 태그들 중 0.1% 보다 작으므로, CRC-16은 RN16의 두번째 특성을 만족한다.
리더가 태그들을 인식할 경우, 태그들은 랜덤하게 선택되고, CRC-16 예측 확률은은 1/216이다. CRC-16이 예측될 수 있는 확률은 0.025% 보다 크지 않다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 RFID 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, RFID 시스템은 태그(100)와 리더(200)로 구성된다.
태그(100)에는 고유 정보가 저장된 메모리(110) 및 리더(200)와의 통신을 위한 안테나(120)가 구비된다. 메모리(110)는 롬(ROM)과 같은 비휘발성 메모리가 될수도 있고, 또는 램(RAM)과 같은 휘발성 메모리가 될 수도 있다.
태그(100)는 리더(200)에 근접하여 활성화되면 자신의 정보를 안테나(120)를 통하여 리더(200)로 전송함으로써 리더(200)에서 태그 정보를 인지할 수 있다. 태그(100)는 리더(200)에 근접하여 리더(200)의 전원부(230)로부터 전원을 공급받으면 활성화될 수도 있고, 또는 도 3에서는 도시하지 않았으나 태그(100) 자체에 전원부를 두고 리더(200)로부터의 전원 공급없이 자체적으로 활성화될 수도 있다.
리더(200)는 송수신부, 전원부(230) 및 충돌 처리부(240)로 구성될 수 있다. 송수신부는 송신부(210) 및 수신부(220)로 구성될 수 있다.
리더(200)는 송신부(210) 및 수신부(220)를 통하여 태그(100)와 커맨드, 데이터등과 같은 신호를 송수신을 수행한다.
충돌 처리부(210)는 본 발명의 일실시예에 따른 CRC-16을 사용하는 충돌 처리 과정을 제어한다. 충돌 처리부(210)는 질의(Query) 커맨드를 생성하여 준비 상태에 있는 RFID 태그에게 상기 송수신부를 통해 전송하고, 상기 질의(Query) 커맨 드를 수신한 RFID 태그로부터 상기 송수신부를 통해 오류 검출 코드를 충돌 없이 수신한 경우 확인(ACK) 커맨드를 생성하여 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그로 상기 송수신부를 통해 전송하도록 제어한다. 충돌 처리부(210)는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보를 상기 송수신부를 통해 수신하도록 제어한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 CRC-16을 사용하는 태그 인식 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4를 참조하면, 태그 충돌이 발생한 경우 짧은 길이의 RN16를 먼저 전송하지 않고 긴 길이의 PC(Protocol Control), EPC(Electronic Product Code) 및 CRC-16를 직접 전송하는 것은 또 다른 PC, EPC 및 CRC-16가 전송되어야하므로 시간 낭비 및 태그 인식 속도가 저하되므로 종래의 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서는 태그에서 리더로 정보를 전송할 때 RN16가 사용된다.
본 발명의 일실시예에 따른 태그 인식 방법은 RN16을 사용하는 대신 CRC-16와 같은 에러 검출용 코드를 사용하여 태그 인식을 수행한다. 여기서, 상기 에러 검출용 코드는 예를 들어 CRC-16 코드를 사용할 수 있으며, 종래의 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서 사용되는 RN16의 특성을 가지는 코드라면 CRC-16 코드외에 다른 에러 검출용 코드도 사용가능하다. 이하, 에러 검출용 코드로서 CRC-16을 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 태그 인식 방법에서는, 태그들의 슬롯 카운터값 들은 Query(432), QueryRep(414), 또는 QueryAdjust 커맨드들에 의해 결정된다.
리더(200)는 select 커맨드(410)를 생성하여 어느 하나의 태그를 식별하는 특정 타임슬롯을 선택한다. 리더(200)는 태그를 식별하기 위하여 Query, Ack, NAK등의 커맨드들을 인벤토리 라운드(Inventory round)에 있는 태그들로 전송한다. 리더(200)의 액세스 상태(Acess state)에서는 리더는 태그가 유일하게 식별된 후에 개별적인 태그들에게 정보를 쓰거나 읽어낸다.
Select 커맨드(410)를 수신한 태그는 작동을 준비하고, Query 커맨드를 수신할 때까지 준비 상태(Ready state)에 머문다. 각 태그는 랜덤하게 타임 슬롯을 선택한다. Query 커맨드(410)를 수신한 태그는 슬롯 카운터(slot counter) 값이 0 이 되면, 상기 태그는 16 비트의 CRC-16(550)을 선택된 타임슬롯에 리더(200)로 전송(backscatter)한다. 여기서, CRC-16(550)은 PC(Protocol Control) 및 EPC(Electronic Product Code)를 포함하는 태그 정보(460)을 이용하여 PC 및 EPC로부터 생성된다.
리더가 CRC-16의 충돌을 감지하지 못하여 상기 전송된 CRC-16(550)을 정확히 성공적으로 수신한 경우, 리더는 ACK 커맨드(412)를 생성하고, 상기 생성된 ACK 커맨드(414)를 태그로 전송하여 PC 및 EPC를 포함하는 태그 정보(460)를 요청한다.
태그는 ACK 커맨드(414)를 수신한 이후, 자신의 상태를 Acknowledged 상태로 변경시킨다. 수신된 ACK가 유효(valid)하면, 태그는 자신의 PC 및 EPC를 포함하는 태그 정보(460)를 리더에게 전송한다.
PC 및 EPC를 포함하는 태그 정보(460)를 수신한 리더는 상기 이미 수신한 CRC-16(550)을 이용하여 CRC 체크를 수행한다. CRC 체크 결과 에러가 없는 경우, 리더는 태그 정보를 성공적으로 식별하게 된다.
소정의 시간동안 응답(reply)이 없는 경우 리더는 다음으로 가장 작은 슬롯 카운터값에서 태그를 읽는다.
그러나, CRC-16(550)이 정확히 식별되지 못한 경우거나 또는 ACK 커맨드(412)에 대해 무응답(no reply)인 경우에는 리더는 충돌이 발생했다고 판정한다.
태그들은 리더로부터 QueryRep 커맨드(414)를 수신할 때마다 자신의 슬롯 카운터값을 1씩 감소시킨다. 태그들을 식별하기 위한 한개의 라운드(round)가 끝났으나 아직 읽혀지지 않은 태그들이 존재하는 경우에는, 리더는 QueryAdj 커맨드를 태그들에게 방송(broadcast)한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 CRC-16을 이용한 태그 인식 방법과 기존의 RN16을 이용한 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서의 태그 인식 방법의 성능을 비교한다.
태그 아이디(ID)의 길이와 리더의 커맨드들의 길이를 아래 표 1과 같이 설정한다.
기존의 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서는 태그들이 Query 커맨드로부터 Q값들을 선택하는 Q 선택 알고리즘(Q selection algorithm)이 태그 충돌 방지를 위해 사용된다.
FSA 방식에 기반한 Q 선택 알고리즘은 다음 라운드(round)에서의 타임슬롯의 개수를 충돌회수 및 아이들 타임슬롯의 회수에 따라서 조절하고, 태그들은 Query 또는 QueryAdjust 커맨드를 발생시키는 리더로부터 서로 다른 랜덤 카운트값들(random count values) 다시 선택한다.
그러나, Q 선택 알고리즘은 EPCglobal Class1 Generation2 표준 문서에 기술되어 있지 않다. 따라서, 본 발명의 실시예들에서는 태그 충돌 문제를 해결하기 위하여 Q 선택 알고리즘 대신에 리더가 태그들의 개수를 정확히 안다고 가정하고 DFSA 방식을 적용한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태그 인식 방법에 사용되는 CRC-16의 균일하게 랜덤한 특성을 보여주기 위한 그래프이다.
임의의 CRC-16이 주어진 경우, x축은 시뮬레이션 횟수를 나타내고, y축은 랜덤하게 선택된 태그의 PC 및 EPC의 CRC-16과 상기 주어진 CRC-16가 동일한 값을 갖게 될 때까지 필요한 반복(repetitions) 횟수를 나타낸다. 만약 CRC-16이 균일하게 랜덤하다면, 상기 동일한 CRC-16은 평균적으로 매 216 = 65536 번마다 반복될 것이다. 예상된 평균치인 65536과 시뮬레이션에 의한 평균값인 65869간의 차이는 0.5%의 범위내에서 서로 상당히 가까움을 알 수 있다. 따라서, CRC-16의 균일한 랜덤 특성을 검증할 수 있다.
도 6은 채널 에러가 없는 조건에서 한개의 태그 인식을 위해 사용되는 비트들의 개수를 태그수의 변동에 따라 나타낸 그래프이다. 태그의 개수가 256인 경우, 본 발명의 실시예에 따른 태그 인식 방법은 하나의 태그 인식을 위해 149.7 비트를 사용하고, 기존의 RN16을 사용하는 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서의 태그 인식 방법은 한개의 태그 인식을 위해 165.48 비트를 사용한다. 본 발명의 실시예에 따른 태그 인식 방법은 RN16의 16비트를 사용하지 않으므로 본 발명의 실시예에 따른 태그 인식 방법과 기존의 RN16을 사용하는 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서의 태그 인식 방법에서 한개의 태그 인식을 위해 사용되는 비트수의 차이는 약 16비트이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 태그 인식 방법의 성능은 9.53% 향상된다.
RFID 시스템에서는 저전력으로 태그들을 전송(backscattering)하므로 많은 채널 에러들이 존재한다.
도 7은 에러가 존재하는 환경에서 본 발명의 실시예에 따른 태그 인식 방법이 얼마나 향상된 성능을 가져오는지를 설명한다.
도 7은 에러가 존재하는 환경에서 한개의 태그 인식을 위해 사용되는 비트들의 개수를 태그수의 변동에 따라 나타낸 그래프이다.
채널 에러 환경하에서는, 패킷 에러율(packet error rate, PER)이 0.3이고 태그 개수가 256이면 본 발명의 실시예에 따른 태그 인식 방법은 한개의 태그 인식을 위해 186.09 비트를 사용하며, 종래 RN16을 사용하는 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서의 태그 인식 방법은 한개의 태그 인식을 위해 212.62개의 비트를 사용한다. 상기와 같은 결과에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 태그 인식 방법은 종래 RN16을 사용하는 EPCglobal Class1 Generation2 표준에서의 태그 인식 방법에 비하여 태그 인식을 위한 시간을 더 적게 소모하며, 채널 에러가 없는 경우와 마찬가지로 RN16의 16비트만큼 절약된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 태 그 인식 방법의 성능은 약 12.5% 향상된다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 종래의 EPCglobal Class1 Generation2에서의 RN16을 사용한 동적 프레임 알로하(DSFA) 방식을 이용한 태그 인식 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 2는 종래의 EPCglobal Class1 Generation2에서의 리더 및 태그 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 RFID 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 CRC-16을 사용하는 태그 인식 방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태그 인식 방법에 사용되는 CRC-16의 균일하게 랜덤한 특성을 보여주기 위한 그래프이다.
도 6은 채널 에러가 없는 조건에서 한개의 태그 인식을 위해 사용되는 비트들의 개수를 태그수의 변동에 따라 나타낸 그래프이다.
도 7은 에러가 존재하는 환경에서 한개의 태그 인식을 위해 사용되는 비트들의 개수를 태그수의 변동에 따라 나타낸 그래프이다.

Claims (21)

  1. RFID 리더에서의 복수의 RFID 태그를 인식하는 방법에 있어서,
    질의(Query) 커맨드를 생성하여 준비 상태에 있는 RFID 태그에게 전송하는 단계;
    상기 질의(Query) 커맨드를 수신한 RFID 태그로부터 오류 검출 코드를 수신하는 단계;
    상기 오류 검출 코드를 충돌 없이 수신한 경우, 확인(ACK) 커맨드를 생성하여 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그로 전송하는 단계; 및
    상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보를 수신하는 단계를 포함하는 RFID 리더에서의 태그 인식 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오류 검출 코드는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더에서의 태그 인식 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 오류 검출 코드는 CRC-16 코드인 것을 특징으로 하는 RFID 리더에서의 태그 인식 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 RFID 리더는 상기 수신한 CRC-16 코드를 이용하여 CRC 체크를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 리더에서의 태그 인식 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 RFID 리더는 상기 CRC-16 코드가 정확히 식별되지 못한 경우 또는 상기 RFID 태그로부터 상기 확인(ACK) 커맨드에 대한 응답을 받지 못한 경우 충돌이 발생한 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 리더에서의 태그 인식 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그에서 상기 ACK를 유효(valid)하게 수신하는 경우 상기 RFID 리더에게 전송되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더에서의 태그 인식 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 태그 정보는 에러 검출 코드를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 RFID 리더에서의 태그 인식 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 태그 정보에 포함되지 않은 에러 검출 코드는 CRC-16 코드인 것을 특징으로 하는 RFID 리더에서의 태그 인식 방법.
  9. RFID 태그 인식을 위한 방법에 있어서,
    RFID 리더로부터 질의(Query) 커맨드를 수신하는 단계;
    상기 질의(Query) 커맨드에 응답하여 에러 검출 코드를 상기 RFID 리더로 전송하는 단계;
    상기 오류 검출 코드를 충돌없이 수신한 RFID 리더로부터 확인(ACK) 커맨드를 수신하는 단계;
    상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보를 상기 RFID 리더로 전송하는 단계를 포함하는 태그 인식 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 오류 검출 코드는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 태그 인식 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 오류 검출 코드는 CRC-16 코드인 것을 특징으로 하는 태그 인식 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 CRC-16 코드는 상기 RFID 리더에서 CRC 체크를 수행하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 태그 인식 방법.
  13. 제3항에 있어서, 상기 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그에서 상기 ACK를 유효(valid)하게 수신하는 경우 상기 RFID 리더에게 전송되는 것을 특징으로 하는 태그 인식 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 태그 정보는 에러 검출 코드를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 태그 인식 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 태그 정보에 포함되지 않은 에러 검출 코드는 CRC-16 코드인 것을 특징으로 하는 태그 인식 방법.
  16. 복수의 RFID 태그와 신호를 송수신하는 송수신부;
    질의(Query) 커맨드를 생성하여 준비 상태에 있는 RFID 태그에게 상기 송수신부를 통해 전송하고, 상기 질의(Query) 커맨드를 수신한 RFID 태그로부터 상기 송수신부를 통해 오류 검출 코드를 충돌 없이 수신한 경우 확인(ACK) 커맨드를 생성하여 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그로 상기 송수신부를 통해 전송하고, 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보를 상기 송수신부를 통해 수신하도록 제어하는 충돌 검출부를 포함하는 RFID 리더.
  17. 제16항에 있어서, 상기 오류 검출 코드는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 이용하여 생성되는 CRC-16 코드이고, 상기 태그 정보는 CRC-16 코드를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 RFID 리더.
  18. 제17항에 있어서, 상기 RFID 리더는 상기 CRC-16 코드가 정확히 식별되지 못한 경우 또는 상기 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그로부터 상기 확인(ACK) 커맨드에 대한 응답을 받지 못한 경우 충돌이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 RFID 리더.
  19. 제16항에 있어서, 상기 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그에서 상기 ACK를 유효(valid)하게 수신하는 경우 상기 RFID 리더에게 전송되는 것을 특징으로 하는 RFID 리더.
  20. 고유 정보가 저장된 메모리와, RFID 리더와의 통신을 위한 안테나를 포함하는 RFID 태그에 있어서, 상기 RFID 태그는
    RFID 리더로부터 질의(Query) 커맨드를 상기 안테나를 통해 수신하고, 상기 질의(Query) 커맨드에 응답하여 에러 검출 코드를 상기 안테나를 통해 상기 RFID 리더로 전송하고, 상기 오류 검출 코드를 충돌없이 수신한 RFID 리더로부터 확인(ACK) 커맨드를 상기 안테나를 통해 수신하고, 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 포함하는 태그 정보를 상기 RFID 리더로 상기 안테나를 통해 전송하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  21. 제20항에 있어서, 상기 오류 검출 코드는 상기 오류 검출 코드를 전송한 RFID 태그의 프로토콜 컨트롤(Protocol Control) 및 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)를 이용하여 생성되는 CRC-16 코드이고, 상기 태그 정보는 CRC-16 코드를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
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