KR20100013541A - Ｒｆｉｄ를 이용한 물품관리 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 RFID를 이용한 물품관리 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 본 시스템은, 안테나를 통해 일정 주기로 빔 패턴의 스캐닝 신호를 송신하고 상기 빔 영역에 진입한 RFID신호를 수신하여 RFID정보를 처리하는 RFID태그 리더기와; 상기 RFID정보에 포함된 가격정보를 처리하여 결제금액을 산출하는 결제장치와; 상기 결제장치의 결제내역 정보를 수합하여 관리하는 중앙서버를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, RFID 리더기의 성능을 향상시키고, 기존의 방식과 같이 쇼핑카트에 리더기를 설치하지 아니하고 스캐닝 리더기가 장착된 게이트를 통과하는 물품의 금액을 산출함으로써, 시스템 구축을 용이하게 하는 한편 설비 비용을 절감시킬 수 있다.

Description

ＲＦＩＤ를 이용한 물품관리 시스템 및 그 제어방법{SYSTEM AND METHOD FOR GOODS MANAGING BY USING RFID}
본 발명은 RFID를 이용한 물품관리 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, RFID태그를 인식하는 리더기의 성능을 향상시켜, 카트에 RFID태그 리더기를 설치하지 아니하고도 RFID태그 리더기가 설치된 게이트를 통해 카트 내의 물품 금액을 산출함으로써, 시스템 구축을 용이하게 하는 한편 설비 비용을 절감시킬 수 있는 RFID를 이용한 물품관리 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
RFID(Radio Frequency Identification) 기술은 RFID태그에 정보를 입력하여 입력된 정보를 RFID리더기를 통해 무선으로 읽어 들이는 기술을 말한다. 이에, 판매 물품에 가격정보가 저장된 RFID태그를 부착하여 구매자가 선택한 물품들의 결제금액을 용이하게 산출하고자 하는 RFID를 이용한 쇼핑시스템이 제안된바 있다.
종래의 RFID를 이용한 쇼핑 시스템은 각 제품에 부착되어있는 태그를 1차적으로 쇼핑 카트에서 부착되어 있는 제1 리더기로 읽어 들여 제품의 품목을 표시하고, 이를 다시 2차적으로 게이트를 통과시켜 제2 리더기로 다시 읽어 들인 후 결제하도록 구성되어 있다.
그런데, 종래의 RFID를 이용한 쇼핑 시스템은, 리더기의 한정된 채널 수와 안티콜리전(anti-collision, 인식충돌방지) 프로토콜의 한계로, 동시 리딩이 가능한 태그의 수가 10~20개(13.56MHz 리더기의 경우는 8~10개) 이하로 극히 제한되어 있다. 이에, 한 카트 내에 담을 수 있는 쇼핑 물품의 개수와 크기가 제한된다는 문제점이 있다.
그리고, 제품에 부착되어 있는 태그를 1차적으로 읽어들이는 제1리더기를 모든 쇼핑카트에 부착하여야 하므로, 시스템 구축 비용이 증가하며, 매장 내 카트 이동시 구매치 않은 다른 물품 태그를 읽어 들이는 등 오동작을 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 리더기의 경우 낮은 인식률과, 높은 지연 시간(interrogation time)으로 다중 태그 인식에 있어 기술적 한계를 갖는다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서, RFID태그를 인식하는 리더기의 성능을 향상시켜, 카트에 RFID태그 리더기를 설치하지 아니하고도 한번에 쇼핑카트 내의 물품 금액을 산출할 수 있도록 함으로써, 시스템 구축을 용이하게 하는 한편 설비 비용을 절감시킬 수 있는 RFID를 이용한 물품관리 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 RFID를 이용한 물품관리 시스템 및 그 제어방법은, 안테나를 통해 일정 주기로 빔 패턴의 스캐닝 신호를 송신하고 상기 빔 영역에 진입한 RFID신호를 수신하여 RFID정보를 처리하는 RFID태그 리더기와; 상기 RFID정보에 포함된 가격정보를 처리하여 결제금액을 산출하는 결제장치와; 상기 결제장치의 결제내역 정보를 수합하여 관리하는 중앙서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 RFID태그 리더기는, 방향성을 갖는 빔 패턴을 방사하는 슬레이브 측 빔 형성 안테나부와, 상기 슬레이브 측 빔 형성 안테나부를 통해 수신된 신호로부터 상기 RFID태그 정보를 추출하는 슬레이브 측 리더기 제어부와, 추출된 상기 RFID태그 정보를 외부로 전송하는 태그정보 전송부를 갖는 슬레이브 리더기 모듈과; 방향성을 갖는 빔 패턴을 방사하는 마스터 측 빔 형성 안테나부와, 상기 마스터 측 빔 형성 안테나부를 통해 수신된 RFID태그 정보를 복원하는 마스터 측 리 더기 제어부와, 상기 마스터 측 리더기 제어부의 제어에 따라 추출된 상기 RFID태그 정보와 상기 슬레이브 리더기 모듈이 전송한 상기 RFID태그 정보의 일치 여부를 점검하는 태그정보 점검부를 갖는 마스터 리더기 모듈을 포함하는 것이 가능하다.
또한, 상기 마스터 측 리더기 제어부는, 상기 수신된 RFID태그 정보와 상기 슬레이브 리더기 모듈이 전송한 상기 RFID태그 정보의 일치하지 아니하는 경우, 재 스캐닝 경보를 출력하는 것이 가능하다.
그리고, 상기 RFID태그 리더기는, 복수개의 빔 형성 안테나를 가지고 복수개의 방향성을 갖는 빔 패턴을 방사하는 빔 형성 안테나부와; 상기 안테나부를 통해 상기 RFID태그 정보를 송수신하는 RFID 송수신부와; 상기 복수개의 빔 형성 안테나 중 어느 하나가 상기 RFID 송수신부에 선택적으로 연결되도록 동작하는 안테나 스위칭부와; 상기 복수개의 빔 형성 안테나를 통해 각기 수신된 RFID태그 정보를 복원하는 리더기 제어부와; 상기 리더기 제어부의 제어에 따라, 상기 각각의 빔 형성 안테나가 수신한 상기 RFID태그 정보들의 상호 일치 여부를 비교하는 태그정보 점검부를 포함하는 것이 가능하다.
그리고, 상기 리더기 제어부는, 상기 각각의 빔 형성 안테나가 수신한 상기 RFID태그 정보들이 상호 일치하지 아니하는 경우, 재 스캐닝 경보를 출력하는 것이 가능하다.
한편, 상기 빔 형성 안테나부는, 복수개의 안테나를 가지고 각 안테나의 설치 위치에서 전자파를 수신하여 샘플링한 후, 샘플링 신호를 디지털 수신신호로 변환하여 출력하는 배열 안테나와; 입력 채널에서 수신된 간섭의 양에 따라 원하는 방향에 기초하여 안테나의 빔을 다르게 형성하게 하는 가중치를 산출하는 빔 제어부와; 상기 빔 제어부의 제어에 따라 상기 배열 안테나로부터 수신된 샘플의 집합과 상기 가중치의 집합의 내부 곱을 알아냄으로써 여러 개의 빔을 구성하는 디지털 빔 형성 처리기를 포함하는 것이 가능하다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 분야에 따르면, 일정 주기로 빔 패턴의 스캐닝 신호를 송신함으로써 상기 빔 영역에 진입한 RFID신호를 수신하여 RFID정보를 처리하는 단계와; 상기 RFID정보에 포함된 가격정보를 처리하여 결제금액을 산출하는 단계와; 상기 결제장치의 결제내역 정보를 수합하여 관리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 물품관리 시스템의 제어방법에 의해서도 달성될 수 있다.
여기서, 상기 일정 주기로 빔 패턴의 스캐닝 신호를 송신함으로써 상기 빔 영역에 진입한 RFID신호를 수신하여 RFID정보를 처리하는 단계는, 제 1 빔 형성 안테나를 통해 방향성을 갖는 빔 패턴을 방사하는 단계와; 상기 제 1 빔 형성 안테나를 통해 수신된 신호로부터 제 1 RFID태그 정보를 추출하는 단계와; 제 2 빔 형성 안테나를 통해 방향성을 갖는 빔 패턴을 방사하는 단계와; 상기 제 2 빔 형성 안테나부를 통해 수신된 신호로부터 제 2 RFID태그 정보를 추출하는 단계와; 상기 제 1 RFID태그 정보와 제 2 RFID태그 정보의 일치 여부를 점검하는 단계를 포함하는 것이 가능하다.
그리고, 상기 제 1 RFID태그 정보와 제 2 RFID태그 정보가 상호 일치하지 아니하는 경우 재 스캐닝 경보를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 RFID를 이용한 물품관리 시스템 및 그 제어방법은, 스위치 빔 형성 (Switched Beamforming) 안테나를 통해 좁은 빔을 이용하여 RFID태그를 읽어들이는 태그 스캐닝 리더기를 구성하여 RFID 리더기의 성능을 향상시키고, 쇼핑카트에 리더기를 설치하지 아니하고 스캐닝 리더기가 장착된 게이트를 통과하는 물품의 금액을 산출함으로써, 시스템 구축을 용이하게 하는 한편 설비 비용을 절감시킬 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 RFID를 이용한 물품관리 시스템 및 그 제어방법에 대해서 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 RFID를 이용한 물품관리 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 RFID를 이용한 물품관리 시스템은, 제한된 영역 내에 진입한 복수개의 RFID태그의 정보를 수집하는 RFID태그 리더기(100)와, RFID태그 리더기(100)를 통해 수신된 RFID 정보를 처리하여 결제금액을 산출하는 결제장치(30)와, 각 결제장치(30)의 결제내역 정보를 수합하여 관리하는 중앙서버(10)를 포함한다. 이하 설명에서는 본 발명을 쇼핑 시스템에 적용한 경우를 예시하기로 한다. 이에, RFID태그는 쇼핑센터의 판매물품에 부착될 수 있으며, 사용자는 RFID태그가 부착된 물품들을 카트를 이용하여 이송할 수 있다.
RFID태그 리더기(100)는 카트를 이용하는 사용자가 지나갈 수 있도록 마련된 게이트(20)에 설치된다. RFID태그 리더기(100)는 카트가 게이트(20)를 지나가는 경우 일정 주기로 좁은 빔을 송신하여 빔 폭 내의 RFID태그들을 읽어들인다. 즉, 카트 내의 RFID태그들을 좁은 빔을 이용하여 여러 차례에 걸쳐 나누어 읽어 들일 수 있게 하여 태그 수 제한의 문제를 보완하는 한편, 인식률을 높일 수 있다. 여기서, RFID태그 리더기(100)와 판매물품에 부착되는 RFID태그는 다음의 <표>에서 가장 적합한 방식의 주파수 영역의 태그를 사용할 수 있다.
<표>
Figure 112008055422538-PAT00001
결제장치(30)는 RFID태그 리더기(100)를 통해 수집된 가격정보를 처리하여 카트 내에 있는 물품들의 정보와 최종 결제 금액을 산출하여 사용자가 물품대금을 현금 혹은 카드 등을 통해 결제할 수 있도록 한다. 또한, 결제장치(30)는 소비자가 최종 구입한 제품들의 정보를 중앙서버(10)로 전송한다.
중앙서버(10)는 각 결제장치(30)들과 유/무선의 형태로 연결되어 소비자가 최종 구입한 제품들의 정보를 관리한다. 이에, 효율적으로 재고관리를 할 수 있고, 소비자들이 구매한 제품들의 목록과 통계를 통해 소비자들이 물품 구매 성향 등의 시장정보를 얻을 수 있다.
이러한 구성에 의해, 본 발명의 RFID를 이용한 물품관리 시스템은 게이트(20)에 부착된 RFID태그 리더기(100)만으로 판매물품의 RFID태그를 읽어들임으로, 카트에 별도의 RFID태그 리더기(100)를 부착하지 아니하고도 소비자가 구매한 물품들의 결제금액을 산출할 수 있다. 여기서, 본 발명에 적용된 RFID태그 리더기(100)는 카트 내의 물품에 부착된 RFID를 효과적으로 읽어들이기 위해 빔 형성 안테나를 이용하여 구성된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 RFID태그 리더기(100)의 제어블록도이다.
RFID태그 리더기(100)는 마스터 리더기 모듈(110)과 슬레이브 리더기 모듈(130)로 구성되어 게이트(20)에 각각 부착된다. 마스터 리더기 모듈(110)과 슬레이브 리더기 모듈(130)은 각각 하나의 빔 형성 안테나를 가지고 RFID태그를 읽어들이며, 슬레이브 리더기 모듈(130)은 읽어들인 RFID태그정보를 마스터 리더기 모듈(110)로 전송한다. 이에, 마스터 리더기 모듈(110)은 슬레이브 리더기 모듈(130)이 읽어들인 RFID태그정보와 자신이 읽어들인 RFID태그정보를 상호 비교하여 오류 여부를 판단한다.
마스터 리더기 모듈(110)은, 도 2에 도시된 바와 같이, RFID태그 정보 송수신을 위한 RFID 송수신부(112)와, 변조부(114), 복조부(116)와 리더기 모듈 제어를 위한 리더기 제어부(118)와, 빔 형성 안테나 신호 처리 및 조정을 위한 빔 포밍 처 리부(122)를 포함한다.
마스터 리더기 모듈(110)의 변조부(114)는 신호를 송신가능한 상태로 변조하여 RFID 송수신부(112)로 제공한다.
복조부(116)는 RFID 송수신부(112)를 통해 수신된 RFID 데이터를 복조한다.
리더기 제어부(118)는 변조부(114) 및 RFID 송수신부(112)를 통해 주기적으로 스캐닝 신호를 송신하고, 이에, RFID 송수신부(112)를 통해 수신된 RFID태그정보를 복조부(116)를 통해 복조 처리한다.
태그정보 점검부(128)는 리더기 제어부(118)에서 처리된 RFID태그정보와 슬레이브 리더기 모듈(130)이 전송한 태그정보를 상호 비교한다.
빔 포밍 처리부(122)는 RFID태그를 읽기 위해 빔 형성 안테나에서 발사되는 빔의 방향, 폭 등을 제어한다.
한편, 슬레이브 리더기 모듈(130) 또한, RFID의 송수신을 위한 RFID 송수신부(132)와, 변조부(134), 복조부(136)와 리더기 모듈 제어를 위한 리더기 제어부(138)와, 빔 포밍 처리부(142)를 포함하고, 여기에, 수신된 RFID태그정보를 마스터 리더기 모듈(110)로 전달하는 태그정보 전송부(140)를 포함한다.
이와 같이, 마스터/슬레이브 구조를 이용하여 각각의 리더기 모듈(110, 130)은 태그정보를 송수신하고, 슬레이브 리더기 모듈(130)은 수신된 RFID태그정보를 마스터 리더기 모듈(110)로 제공한다. 이에, 마스터 리더기 모듈(110)은 자신이 수신한 RFID태그정보 및 슬레이브 리더기 모듈(130)에서 수신한 RFID태그정보를 상호 비교하여 오류를 검출함으로써 수신 RFID태그정보의 정확도를 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 RFID태그 리더기의 제어블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, RFID태그 리더기는 복수개의 빔 형성 안테나를 갖는 단일 리더기 모듈(150)로 구성된다. 단일 리더기 모듈(150)은, 안테나의 스위칭을 위한 안테나 스위칭부(164)를 포함하여 복수개의 빔 형성 안테나를 통해 각기 수신된 RFID태그 정보를 태그정보 점검부(160)를 통해 상호 비교한다.
안테나 스위칭부(164)는 복수개의 빔 형성 안테나 중 어느 하나를 RFID 송수신부(152)와 연결하여, 각각의 빔 형성 안테나가 빔 영역 내에 진입한 RFID 정보를 각각 수신하도록 한다.
리더기 제어부(158)는 각 안테나들을 통해 수신된 RFID태그정보를 복조부(156)를 통해 복조한 후, 태그정보 점검부(160)에서 각 안테나에서 수신한 RFID태그정보들을 상호 비교한다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예는, 단일의 모듈에 복수개의 빔 형성 안테나를 구비하여 각 안테나를 통해 RFID태그정보를 수신하며, 이 후 각 안테나의 수신 정보를 상호 비교함으로써 오류를 검출할 수 있도록 한다.
한편, 마스터/슬레이브 방식의 리더기 모듈(110, 130)과 복수 안테나 방식의 단일 리더기 모듈(150)은 모두 빔 형성 안테나를 사용하고 있다. 이에, 사용자가 원하는 방향성을 주어 빔을 형성시킴으로써 RFID태그를 보다 효과적으로 읽어 들이며 공간적인 방향성을 가지는 안테나를 사용함으로써 전송 전력을 줄이고 주파수 재사용률을 개선하는 이득을 얻을 수 있다.
본 발명의 RFID태그 리더기(100)는 빔 형성 안테나를 사용하여 방향성을 주 어 빔을 형성시킴으로써 RFID태그를 보다 효과적으로 읽어 들이며, 공간적인 방향성을 가지는 안테나를 사용함으로써 전송 전력을 줄이고 주파수 재사용률을 개선하는 이득을 얻을 수 있다.
사용자가 원하는 방향으로 빔을 형성하기 위한 방법으로 스위칭형 빔 형성(Switched Beam forming) 방식과 적응형 빔 형성(Adaptive Beam forming) 방식이 있다. 스위칭형 빔 형성 방식은 미리 몇 개의 방향에 대한 가중치 벡터를 설정하여 빔 형성을 하는 방법이고, 적응형 빔 형성 방식은 원하는 사용자 신호 대 간섭 신호의 비를 최대화하도록 원하는 사용자의 위치에 따라서 가중치(Weight) 벡터를 계속 갱신하는 방법이다. 빔 형성을 위한 가중치 벡터를 계산하기 위해 다양한 적응형 알고리즘이 사용된다. 일반적으로 DOA(Direction of Arrival)에 의하여 가중치 벡터를 구하는 방법과 시간 기준(Time Reference)에 의하여 가중치 벡터를 구하는 방법이 있으며, 빔 형성을 위한 가중치 벡터의 실시간 계산을 위하여 고도의 DSP 처리기술이 필요하다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 RFID태그 리더기(100)에는 디지털 빔 형성 안테나(digital beam forming, DBF)를 사용한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나의 구성도이다.
도 4와 같이 복수개의 안테나를 일렬로 배열하고 아날로그 빔 형성 망(200)을 통해 소정 빔 출력을 유도할 수 있다. 이러한 구성의 빔 형성 안테나를 사용하면 그 각도를 최소화하고 빔의 형성 폭을 좁게 하여 태그 중복 인식을 최대한 줄일 수 있다. 이에, 본 발명은 디지털 빔 형성(Digital Beamforming) 방식을 사용하여 방향성을 두어 원하는 방향으로 빔을 형성하고 빔의 각도를 최소화하여 빔이 형성 되는 범위를 줄임으로써, 빔 스캐닝 방식을 이용하여 제품이 중복되어 읽혀지는 것을 최소화할 수 있다.
도 5는 빔 형성을 위한 함수의 그래프이고, 도 6은 빔 형성 안테나의 빔 패턴 그래프이다.
도 5와 같이 A uniformly spaced linear array의 θ를 최소화하여 스위칭형 빔 형성(Switched Beamforming)의 빔 형성 폭을 줄일 수 있다.
다음은 빔 형성을 위한 함수이다.
Figure 112008055422538-PAT00002
상기 함수에서 F(θ)에서의 Vk의 크기와 위상을 달리하고 θ를 조절하여 빔의 방향성을 제공한다. 이와 같은 스위칭형 빔 형성(Switched Beam forming) 방식을 리더기에 적용하여, 빔에 방향성을 주고 안테나에서 형성되는 빔의 폭을 최소화하여 각 제품들에 부착되어있는 RFID태그들을 스캐닝 방식으로 하나씩 읽을 수 있게 한다.
k개의 안테나를 선형(linear)으로 배열하여 θ를 최소화하면 빔 성형 처 리(rming process)의 각도(angle)를 줄일 수 있으며, 각도의 범위를 협소하게 만들어 방향성을 갖게 하여 태그를 인식할 수 있게 한다.
도 6은 8개의 선형 배열(linear array)을 갖는 빔의 패턴을 나타낸 것으로, 각도(angle)의 범위가 -20보다 크고 20보다 작은 곳에서 주성분을 나타내고 그 외의 범주에서는 성분이 나타나지 않음을 보인다. 이와 같은 형태로 빔의 방향이 거의 직진성을 띄게 하여 최소개의 태그를 인식할 수 있도록 할 수 있다.
이와 같이, 방향성을 갖는 안테나를 구현하기 위해 디지털 빔 형성(DBF)방식을 사용하는 경우, 배열 안테나로부터 디지털 신호를 수신하면 수신신호를 공간적으로 처리해야 한다.
여기서는 선형 배열을 이용한 빔형성 안테나에 대한 적용 예를 설명하고 있지만, 여타 빔 형성 안테나 (circular array, planar array, phased array, rectangular array, hexagon array, side by side array, collinear array 등)에 대해서도 확장 적용 가능하다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 빔 형성 방식 안테나의 제어블록도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 디지털 빔 형성(DBF)방식을 이용하는 배열 안테나는, 신호 수신을 위한 수신모듈(314, 310)과, 각 수신 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(312, 316)와, 디지털 신호로 변환된 수신신호를 공간적으로 처리하여 연산하는 디지털 빔 형성 처리기(300)와, 수신신호 처리를 위한 가중치를 계산하여 수신신호의 처리를 제어하는 빔제어부(318)을 포함한다.
배열 안테나는 안테나의 개구면에 있는 많은 위치에서 전자파를 수신하여 수 신모듈(314, 310)을 통해 샘플링한 후, 각각의 수신모듈(314, 310)로부터 신호들을 A/D 컨버터(312, 316)를 통해 복소 디지털 숫자로 변환한다. 변환된 수신신호는 디지털 빔 형성 처리기(320)로 제공되어 공간상에서 서로 다른 방향성을 가지는 빔들의 집합으로 산출된다. 디지털 빔 형성 처리기(320)는 빔 제어부(318)의 제어에 따라 배열 안테나로부터 수신된 샘플의 집합과 안테나의 빔을 다르게 형성하게 하는 가중치의 집합과의 내부 곱을 알아냄으로써 여러 개의 빔의 구성한다. 여기서, 가중치는 빔 제어부(318)에 의해 만들어지고 빔 제어부(318)는 입력 채널에서 수신된 간섭의 양에 따라 원하는 방향에 기초하여 가중치를 계산한다.
이러한 구성에 의해, 다중 수신된 디지털 빔을 분리하여 제어할 수 있음으로, 적응적인 방식의 범위와 방위에서 안테나 패턴을 형성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 빔 형성 방식 안테나의 구성도이다. 여러 개의 안테나가 방향성 방사 패턴을 만들기 위해, 도 8과 같이, 저잡음 증폭기(430), DC(420), AD(410), 디지털 신호처리기(400)를 이용하여 디지털 빔 형성 방식의 안테나를 구성할 수 있다.
공간에 정렬되고 서로 연결되어 다중 방사하는 소자들의 구조를 배열 안테나라고 한다. 배열의 각 소자 안테나에서 전류의 위상을 바꿈으로써 방사 패턴은 안테나를 통해 공간으로 방사될 것이다. 이러한 위상 배열을 이용하여 배열 소자 중심들이 직선을 따라 선형 배열의 구조를 만들고, 가중치를 결정하는 알고리즘을 이용하여 연역적인 정보와 측정된 정보 중 하나를 사용하거나 두 개의 정보를 모두 사용하여 n번째 포트에 수신된 신호에 공급된 복소 가중치를 결정한다. 여기서, 적 응 배열 안테나의 포트에 수신되는 신호의 가중치가 입사 신호에 응답하는 안테나의 지향성을 결정한다.
도 9는 도 8의 안테나의 빔 형성 폭의 그래프이고, 도 10은 도 8의 안테나의 빔 형성 각도의 그래프이다.
도 8의 구성을 갖는 디지털 빔 형성 안테나에 의해 형성된 빔의 폭은 도 9에 도시된 바와 같다. 디지털 빔 형성 안테나를 통해 도 9와 같이x-y-z공간에서 빔 형성 각도의 범위를 갖는 빔을 형성시켜 태그와의 접촉 범위를 넓힐 수 있다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이 안테나 빔에 방향성을 주기 위해 y-x-z공간의 빔 형성 폭을 최소화하여 직진성을 갖는 빔을 형성한다.
이러한 구성에 따라, 두 개 이상의 중복되지 않는 좁은 빔을 갖는 방향성의 빔 형성 안테나 부착형 RFID태그 리더기(100)가 설치된 게이트(20)를 구성할 수 있다.
RFID태그 리더기(100)를 도 1에 도시된 바와 같이, 게이트(20)의 양쪽에 부착하면, 사용자가 카트와 함께 게이트(20)를 통과할 시 각각의 리더기 모듈(110, 130)이 물품의 태그를 읽어 들이게 된다.
리더기 모듈(110, 130)에서 제품의 RFID태그들을 스캐닝 하기위해서는 스위치 빔 형성 처리(swiched Beamforming process)의 최적의 빔 폭(△θ)과 각도(△Φ)의 조절로 방향성을 갖도록 설계되며, 이는 각 리더기 모듈(110, 130) 내에서 제어 및 조정이 가능하다.
여기서, 게이트(20)의 한쪽에 두 개의 태그 리더기 모듈을 나란히 부착하거 나, 게이트(20)의 상하에 부착하는 방식, 혹은, 4개 이상의 태그 리더기 모듈을 상하좌우에 부착하는 것이 가능하다. 태그 리더기 모듈의 수가 많아질수록 태그 인식 오율을 낮출 수 있으나 시스템 가격대 성능대비 적정한 태그 리더기 모듈의 수를 결정하는 것이 바람직하다.
예컨대, 디지털 빔 형성 안테나를 부착한 RFID태그 리더기를 게이트(20)의 좌우에 부착하고, 좌측의 리더기를 마스터 리더기 모듈(110), 우측의 리더기를 슬레이브 리더기 모듈(130)로 설정할 경우, 마스터 리더기 모듈(110)이 슬레이브 리더기 모듈(130)보다 소정 거리(예컨대, 수 cm)만큼 게이트(20) 입구 쪽으로 배치되도록 설치할 수 있다. 이에, 물품이 담긴 카트가 게이트(20)를 통과하면, 마스터 리더기 모듈(110)이 1차 스캐닝 과정을, 슬레이브 리더기 모듈(130)이 2차 스캐닝 과정을 수행할 수 있다. 이에, 마스터 리더기 모듈(110)이 슬레이브 리더기 모듈(130)로부터 태그정보를 수신하여, 자신이 읽어들인 태그정보와 비교(cross check)함으로써 인식 오율을 감소시킬 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 RFID를 이용한 물품관리 시스템의 제어방법의 흐름도로서, 2개의 태그 리더기 모듈, 즉, 마스터 리더기 모듈(110)과 슬레이브 리더기 모듈(130)을 설치한 경우를 예시한 것이다.
게이트(20)에 설치된 마스터 리더기 모듈(110)과 슬레이브 리더기 모듈(130)은 시스템 초기화를 수행하여 빔 폭과 샘플링 속도 등을 초기화한다(S10). 시스템 초기화는 최초 구동시 수행하도록 하거나, 혹은 스캐닝 프로세서가 완료될 때마다 수행하도록 하는 것이 가능하다.
물품을 구매한 사용자는 물품을 직접 들고 가거나 카트에 물품을 적재하여 게이트(20)를 통과한다(S12). 물품이 게이트(20)를 통과하는 동안, 마스터 리더기 모듈(110) 및 슬레이브 리더기 모듈(130)을 통한 스캐닝 과정이 진행된다.
마스터 리더기 모듈(110)은 스캐닝을 통해 하나의 태그집합 Ta를 얻을 수 있다(S14). 마스터 리더기 모듈(110)은 각 샘플 간의 빔 폭 중첩으로 인한 태그집합({Ta 1| = 1, ...L})의 중복을 OR 연산을 통해 제거하여 하나의 태그집합(Ta = {Ta 1∪Ta 2∪... ∪Ta L})을 얻을 수 있다.
슬레이브 리더기 모듈(130)은 마스터 리더기 모듈(110)과의 이격거리에 따른 시간 차이 Δ를 두고 마스터 리더기 모듈(110)과 동일한 스캐닝 과정을 수행한다(S16). 슬레이브 리더기 모듈(130)이 스캐닝한 태그집합은 Tb로 나타낼 수 있으며, 슬레이브 리더기 모듈(130)은 태그집합을 마스터 리더기 모듈(110) 측에 송신한다.
이에, 마스터 리더기 모듈(110)은 Ta와 Tb를 상호 비교하고(S18), Ta와 Tb가 상호 일치하지 아니하는 경우, 오류를 표시하여 물품의 RFID 태그에 대한 재 스캐닝을 요청한다(S24).
한편, 양측 리더기 모듈(110, 130)의 태그정보가 동일할 경우, 마스터 리더기 모듈(110)은 해당 태그정보를 결제장치(30)에 전송한다. 이에, 결제장치(30)는 구매한 물품에 대한 각 결제방식(카드, 현금, 휴대폰카드 등)에 따른 처리를 수행 한 후, 결제 결과를 소비자에게 제시함으로써, 구매처리를 완료한다(S20).
결제장치(30)를 거친 소비자의 최종 구매정보는 중앙서버(10)에 전송된다(S22). 이에, 최종 구매정보는 재고관리와 소비자의 제품 선호도 조사, 소비자 구매율 조사 등의 정보로 활용될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 디지털 빔 형성 안테나를 부착한 RFID태그리더기를 구성하고, 이를 게이트에 부착하여 게이트를 통과하는 물품의 RFID태그를 스캐닝하도록 하고 있다. 이에, 둘 이상의 중복되지 않는 안테나 빔을 이용하여 카트 내 RFID태그를 스캔하여 읽어들인 후 이를 상호 비교함으로써, 기존 시스템의 태그 수 제한, 태그 인식률 저하 등의 문제점을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 카트에 별도의 RFID태그 리더기를 부착할 필요 없이, 게이트에 부착된 RFID태그 리더기만으로 물품 대금의 산출 및 결제가 가능하도록 함으로써, 전용 카트 설계 등의 시스템 비용을 절감시킬 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 RFID를 이용한 물품관리 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 RFID태그 리더기의 제어블록도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 RFID태그 리더기의 제어블록도,
도 4는 빔 형성 방식의 안테나의 구성도,
도 5는 빔 형성을 위한 함수의 그래프,
도 6은 빔 형성 안테나의 빔 패턴 그래프,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 빔 형성 방식 안테나의 제어블록도,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 빔 형성 방식 안테나의 구성도,
도 9는 도 8의 안테나의 빔형성폭의 그래프,
도 10은 도 8의 안테나의 빔 형성 각도의 그래프,
도 11은 본 발명에 따른 RFID를 이용한 물품관리 시스템의 제어방법의 흐름도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10 : 중앙서버 20 : 게이트
30 : 결제장치 100 : RFID태그 리더기
110 : 마스터 리더기 모듈 130 : 슬레이브 리더기 모듈
150 : 단일 리더기 모듈

Claims (9)

  1. 안테나를 통해 일정 주기로 빔 패턴의 스캐닝 신호를 송신하고 상기 빔 영역에 진입한 RFID신호를 수신하여 RFID정보를 처리하는 RFID태그 리더기와;
    상기 RFID정보에 포함된 가격정보를 처리하여 결제금액을 산출하는 결제장치와;
    상기 결제장치의 결제내역 정보를 수합하여 관리하는 중앙서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 물품관리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 RFID태그 리더기는,
    방향성을 갖는 빔 패턴을 방사하는 슬레이브 측 빔 형성 안테나부와, 상기 슬레이브 측 빔 형성 안테나부를 통해 수신된 신호로부터 상기 RFID태그 정보를 추출하는 슬레이브 측 리더기 제어부와, 추출된 상기 RFID태그 정보를 외부로 전송하는 태그정보 전송부를 갖는 슬레이브 리더기 모듈과;
    방향성을 갖는 빔 패턴을 방사하는 마스터 측 빔 형성 안테나부와, 상기 마스터 측 빔 형성 안테나부를 통해 수신된 RFID태그 정보를 복원하는 마스터 측 리더기 제어부와, 상기 마스터 측 리더기 제어부의 제어에 따라 추출된 상기 RFID태그 정보와 상기 슬레이브 리더기 모듈이 전송한 상기 RFID태그 정보의 일치 여부를 점검하는 태그정보 점검부를 갖는 마스터 리더기 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 물품관리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마스터 측 리더기 제어부는,
    상기 수신된 RFID태그 정보와 상기 슬레이브 리더기 모듈이 전송한 상기 RFID태그 정보의 일치하지 아니하는 경우, 재 스캐닝 경보를 출력하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 물품관리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 RFID태그 리더기는,
    복수개의 빔 형성 안테나를 가지고 복수개의 방향성을 갖는 빔 패턴을 방사하는 빔 형성 안테나부와;
    상기 안테나부를 통해 상기 RFID태그 정보를 송수신하는 RFID 송수신부와;
    상기 복수개의 빔 형성 안테나 중 어느 하나가 상기 RFID 송수신부에 선택적으로 연결되도록 동작하는 안테나 스위칭부와;
    상기 복수개의 빔 형성 안테나를 통해 각기 수신된 RFID태그 정보를 복원하는 리더기 제어부와;
    상기 리더기 제어부의 제어에 따라, 상기 각각의 빔 형성 안테나가 수신한 상기 RFID태그 정보들의 상호 일치 여부를 비교하는 태그정보 점검부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 물품관리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 리더기 제어부는,
    상기 각각의 빔 형성 안테나가 수신한 상기 RFID태그 정보들이 상호 일치하지 아니하는 경우, 재 스캐닝 경보를 출력하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 물품관리 시스템.
  6. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 빔 형성 안테나부는,
    복수개의 안테나를 가지고 각 안테나의 설치 위치에서 전자파를 수신하여 샘플링한 후, 샘플링 신호를 디지털 수신신호로 변환하여 출력하는 배열 안테나와;
    입력 채널에서 수신된 간섭의 양에 따라 원하는 방향에 기초하여 안테나의 빔을 다르게 형성하게 하는 가중치를 산출하는 빔 제어부와;
    상기 빔 제어부의 제어에 따라 상기 배열 안테나로부터 수신된 샘플의 집합과 상기 가중치의 집합의 내부 곱을 알아냄으로써 여러 개의 빔을 구성하는 디지털 빔 형성 처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 물품관리 시스템.
  7. 일정 주기로 빔 패턴의 스캐닝 신호를 송신함으로써 상기 빔 영역에 진입한 RFID신호를 수신하여 RFID정보를 처리하는 단계와;
    상기 RFID정보에 포함된 가격정보를 처리하여 결제금액을 산출하는 단계와;
    상기 결제장치의 결제내역 정보를 수합하여 관리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 물품관리 시스템의 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 일정 주기로 빔 패턴의 스캐닝 신호를 송신함으로써 상기 빔 영역에 진입한 RFID신호를 수신하여 RFID정보를 처리하는 단계는,
    제 1 빔 형성 안테나를 통해 방향성을 갖는 빔 패턴을 방사하는 단계와;
    상기 제 1 빔 형성 안테나를 통해 수신된 신호로부터 제 1 RFID태그 정보를 추출하는 단계와;
    제 2 빔 형성 안테나를 통해 방향성을 갖는 빔 패턴을 방사하는 단계와;
    상기 제 2 빔 형성 안테나부를 통해 수신된 신호로부터 제 2 RFID태그 정보를 추출하는 단계와;
    상기 제 1 RFID태그 정보와 제 2 RFID태그 정보의 일치 여부를 점검하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 물품관리 시스템의 제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 RFID태그 정보와 제 2 RFID태그 정보가 상호 일치하지 아니하는 경우 재 스캐닝 경보를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID를 이용한 물품관리 시스템의 제어방법.
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