KR20140049756A - 고주파 대역의 다량 태그 일괄 인식 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서 제안하는 다량태그 일괄인식 장치의 태그는 아날로그 신호를 통해 리더 장치와 통신하고, 리더와의 자계 결합(Magnetic Coupling)을 통해 에너지를 수신하는 아날로그 회로부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 태그는 상기 아날로그 회로부로부터 전원을 공급 받는 디지털 회로부를 포함할 수 있다. 상기 디지털 회로부는 식별자(ID)를 상기 리더로 전송한 후 저전력 상태로 대기하는 슬립(Sleep) 모드 및 리더와의 랜덤 엑세스를 제어하는 대기(Wait) 모드를 지원 할 수 있다.

Description

고주파 대역의 다량 태그 일괄 인식 시스템{System for simultaneous identification of massive RFID tags for HF band}
본 발명은 고주파 대역, 특히 13.56MHz 대역을 중심으로 하는 수동형 RFID 시스템에 관한 것으로, 고주파 대역 RFID 분야에서 적층된 태그들 및 다량의 태그들을 일괄 인식할 수 있는 시스템 및 장치에 관한 것이다.
고주파 대역, 특히 13.56MHz 대역을 중심으로 하는 수동형 RFID 시스템은 대상 정보를 가지고 있는 태그와 리더로 구성된다.
상기 고주파 대역 수동형 RFID 시스템을 구성하는 태그는 리더로부터 무선 환경에서 자계결합 방식(Magnetic coupling)으로 캐리어 웨이브(Carrier wave)를 수신 받는다.
태그는 상기 수신 받은 캐리어 웨이브(Carrier wave)를 통해 자체전원을 생성하고, 부하변조(Load-modulation) 방식으로 리더와의 통신을 수행한다.
특히, RFID 적용 분야는 팔렛(Pallet) 및 상자 단위 인식으로부터 개별 단위 물품인식으로 그 영역을 점차 확장하고 있는 추세이다. 최근 UHF 대역의 고성능 Gen2 프로토콜 규격을 금속 및 액체 환경에 유리한 고주파 대역으로 적용한 ISO/IEC 18000-3 Mode 3 (이하, HF Gen2 국제 표준 규격으로 정의) 국제 표준 규격이 완료되었다.
기존 ASK 모드의 고주파 대역 국제 표준 규격의 종래 기술은 리더-태그간 1:1 통신을 주로 수행한다. 따라서, 종래기술에 따른 RFID 시스템은 그 응용 분야가 소량 태그 인식에 국한되었다.
또한, 종래기술은 낮은 인식속도 및 포락선 검파 기반 방식으로 태그 인식 성능에 제한이 발생되는 문제점이 있다. 따라서, 상기에 전개한 기술적 문제점들을 극복하기 위하여 본 발명에서는 최신 HF Gen2 국제 표준 규격을 준수하면서, 적층 및 다량의 태그들을 고속으로 일괄인식 할 수 있는 고주파 대역 수동형 RFID 시스템 장치 및 방법을 제안하고자 한다.
본 발명에서 제안한 고주파 대역의 다량 태그 일괄 인식 시스템 장치는 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 캐리어 웨이브(Carrier wave) ON/OFF 제어, 송신출력레벨 제어, 대기(Wait) 모드 및 슬립(Sleep) 모드 동작 제어, 서브캐리어 디지털 복조 장치 구성 등을 적용할 수 있다. 상기 구성들을 통해 고주파 대역에서 적층 및 다량의 태그들을 고속으로 일괄 인식할 수 있는 시스템 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 고주파 대역의 다량태그 일괄인식 장치의 태그는 아날로그 신호를 통해 리더 장치와 통신하고, 리더와의 자계 결합(Magnetic Coupling)을 통해 에너지를 수신하는 아날로그 회로부를 포함할 수 있다.
상기 태그는 상기 아날로그 회로부로부터 전원을 공급 받는 디지털 회로부를 포함할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 식별자(ID)를 상기 리더로 전송한 후 저전력 상태로 대기하는 슬립(Sleep) 모드 및 리더와의 랜덤 엑세스를 제어하는 대기(Wait) 모드를 지원하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 아날로그 회로부는 디지털 회로부로부터 인코딩된 신호를 입력 받아 부하변조(load-modulation) 방식을 이용하여 진폭위상(ASK: amplitude-shift keying) 변조(modulation)하여 리더로 송신하는 송신부를 포함할 수 있다.
상기 아날로그 회로부는 상기 리더로부터 송출된 캐리어 웨이브(Carrier wave)를 수신 받아 자체 전원을 생성하는 정류기 및 전원부를 포함할 수 있다.
상기 아날로그 회로부는 상기 태그의 대기(Wait) 모드에서 태그의 내부 동작을 초기화하는 초기화부를 포함할 수 있다.
상기 아날로그 회로부는 상기 리더로부터 송출된 명령어를 수신 받아 진폭위상(ASK: amplitude-shift keying) 복조(demodulation)를 수행하는 수신부를 포함할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 리더 명령어에 대응하는 응답 메시지를 인코딩하는 인코더를 포함할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 상기 아날로그 회로부의 수신부로부터 리더 명령어를 수신 받아 정보를 추출하는 디코더를 포함할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 상기 아날로그 회로부로부터 리더 명령어를 입력 받아 정보를 추출하는 디코더를 포함할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 인벤토리 및 엑세스 프로토콜을 처리하기 위한 프로토콜 처리부를 포함할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 대기(Wait) 모드와 슬립(Sleep) 모드를 제어하고, 인벤토리 및 엑세스 프로토콜을 수행하기 위한 태그 상태 제어부 포함할 수 있다.
상기 태그 상태 제어부는 상기 대기(Wait) 모드에서의 동작을 제어하는 대기 모드 제어부 및 상기 슬립(Sleep) 모드에서의 동작을 제어하는 슬립 모드 제어부를 포함할 수 있다.
상기 태그 상태 제어부는 상기 HF Gen2 국제 표준규격을 준수하는 인벤토리 (Inventory) 및 엑세스 (Access) 프로토콜을 수행하는 태그 상태 천이부를 포함할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 상기 식별자(ID)를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
상기 슬립(Sleep) 모드 제어부는 승인(Acknowledged) 모드에서 인벤토리 프로토콜에 필요한 리더 명령어를 수신하면 상기 슬립(Sleep) 모드로 천이하도록 제어할 수 있다.
상기 대기(Wait) 모드 제어부는 상기 슬립(Sleep) 모드에 있는 태그가 캐리어 웨이브(Carrier wave)를 이용하여 상기 대기(Wait) 모드로 천이하도록 제어할 수 있다.
상기 슬립(Sleep) 모드 제어부는 슬립(Sleep) 모드에서 정류기, 전원부 및 초기화부를 제외한 모든 블록의 전원 및 클락(clock) 공급을 차단할 수 있다.
상기 대기(Wait) 모드 제어부는 상기 대기(Wait) 모드에서 리셋(Reset) 신호를 이용하여 태그의 모든 동작을 초기화할 수 있다.
상기 대기(Wait) 모드 제어부는 내부 변수 값과 기 설정된 대기시간을 이용하는 제1 랜덤접근 모드와 제2 랜덤접근 모드를 제어할 수 있다.
상기 내부 변수 값 및 기 설정된 대기시간은 예약(Reserved) 리더 명령어를 이용하여 변경 할 수 있다.
상기 대기 모드 제어부는 제1 랜덤접근 모드에서 내부 변수 값에 따라 랜덤 시퀀스를 생성할 수 있다.
상기 대기 모드 제어부는 상기 생성된 랜덤 시퀀스 중 어느 하나의 랜덤 값을 선택하고, 상기 랜덤 값이 0이 될 때까지 디스카운트한 후 준비(Ready) 모드로 천이하도록 제어할 수 있다.
상기 대기 모드 제어부는 제2 랜덤접근 모드에서 내부 변수 값을 1로 고정하여 상기 대기(Wait) 모드 제어부가 0 또는 1중 하나를 랜덤하게 선택할 수 있다.
상기 내부 변수 값을 0으로 선택할 경우 준비(Ready) 모드로 천이하고, 1로 선택하면 기 설정된 대기시간 동안 대기한 후 0 또는 1을 재 선택할 수 있다.
상기 준비(Ready) 모드에 있는 태그는 기 설정된 대기시간 동안 리더 명령어를 수신 받지 못하거나, 또는 몇 번의 라운드(Round) 과정을 거치더라도 리더 명령어를 수신받지 못하면 대기(Wait) 모드로 천이하도록 태그 상태를 제어할 수 있다.
본 발명에서 제안하는 다량태그 일괄인식 장치의 리더는 수신된 태그 신호의 송신출력레벨을 조절하고 리더 명령어를 진폭위상(ASK: amplitude-shift keying) 변조(modulation)하여 아날로그 형태로 송신하는 아날로그 회로부를 포함할 수 있다.
상기 리더는 상기 변조된 태그 신호를 수신 받아 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 포함할 수 있다.
상기 리더는 상기 디지털 신호로 변환된 태그 신호를 입력으로 하는 디지털 회로부를 포함할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 상기 태그 신호를 입력 받아 복조하고, 캐리어 동작을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 리더 명령어를 인코딩하여 상기 아날로그 회로부로 송신하는 인코더를 포함할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 상기 아날로그 디지털 변환기로부터 수신된 태그 신호를 입력 받아 서브캐리어를 제거하는 서브캐리어 디지털 복조기를 포함할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 상기 서브캐리어가 제거된 베이시스(Basis) 신호를 입력 받아 태그 정보를 추출하는 디코더를 포함할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 인벤토리/엑세스 프로토콜 등을 처리하는 프로토콜 처리부를 포함할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 상기 아날로그 회로부 전력증폭기의 송신출력레벨을 2개 이상의 송신 출력레벨로 스위칭할 수 있도록 제어하는 송신출력레벨 제어부를 포함할 수 있다.
상기 디지털 회로부는 아날로그 회로부의 송신부에서 출력하는 캐리어의 동작을 제어하는 캐리어 송출 제어부를 포함할 수 있다.
상기 서브캐리어 디지털 복조기는 상기 수신된 태그 신호를 입력 받아 필터링을 수행하는 데시메이션 필터를 포함할 수 있다.
상기 서브캐리어 디지털 복조기는 상기 필터링된 태그 신호에서 서브캐리어를 제거하는 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조기 및 맨체스터(Manchester) 서브캐리어 디지털 복조기를 포함할 수 있다.
상기 서브캐리어 디지털 복조기는 상기 밀러(Miller) 서브캐리어 복조 장치와 맨체스터(Manchester) 서브캐리어 복조 장치 중 하나를 선택하는 믹서를 포함할 수 있다.
상기 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조 장치는 상기 태그 신호로부터 피크 신호를 생성하는 피크 신호 생성기를 포함할 수 있다.
상기 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조 장치는 상기 피크 신호로부터 피크를 추출하는 피크 추출기를 포함할 수 있다.
상기 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조 장치는 상기 추출된 피크 신호로부터 서브캐리어가 제거된 베이시스(Basis) 신호를 생성하는 베이시스(Basis) 신호 생성기를 포함할 수 있다.
상기 송신출력레벨 제어부는 송신출력레벨을 조정할 수 있도록 리더 아날로그 회로부의 전력증폭기 제어신호를 출력할 수 있다.
상기 송신출력레벨 제어부는 페이즈(Phase)의 매 라운드(Round)마다 최대 송신출력레벨에서 최소 송신출력레벨로, 다시 최대 송신출력레벨로 반복 하여 교대로 스위칭할 수 있다.
고주파 대역 다량 태그 일괄 인식 시스템에서 태그 장치의 동작 방법에 있어서, 리더로부터 캐리어 웨이브(carrier wave)를 수신 받아 준비(Ready) 모드에서 대기하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 태그 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 준비(Ready) 모드에서 라운드(Round) 시작(BeginRound) 명령어를 수신 받으면, 중재(Arbitrate) 모드로 천이하여 리더가 설정한 여러 개의 슬롯 중 하나를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 태그 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 선택한 슬롯을 이용하여 Stored CRC(Cyclic Redundancy Checking) 패킷을 리더로 전달하는 동시에 응답(Reply) 모드로 천이하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 준비(Ready) 모드의 내부 변수 값과 기 설정된 대기 시간은 리더로부터 수신된 리더 명령어를 통해 결정될 수 있다.
고주파 대역 다량 태그 일괄 인식 시스템에서 리더 장치의 동작 방법에 있어서, 수신된 태그 신호의 진폭위상(ASK: amplitude-shift keying)을 복조(demodulation)하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 리더 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 태그 신호의 디지털 복조 단계를 위해 아날로그신호를 디지털로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 리더 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 디지털 신호로 변환된 태그 신호의 서브캐리어를 복조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 리더 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 복조된 태그 신호를 디코딩하여 정보를 추출하는 디코더 단계를 포함할 수 있다.
상기 리더 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 진폭위상을 아날로그 복조하는 단계와 서브캐리어를 디지털 복조하는 단계를 통해 다량태그 인식 성능을 높이는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 변환된 태그 신호의 서브캐리어를 복조하는 단계는 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조 단계를 포함할 수 있다.
상기 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조 단계는 태그 신호로부터 피크 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조 단계는 피크 신호의 위치 정보를 찾는 단계를 포함할 수 있다.
상기 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조 단계는 상기 추출된 피크 신호의 위치 정보를 이용하여 베이시스(Basis) 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
고주파 대역 다량 태그 일괄 인식 시스템에서 리더 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 태그로 리더 명령어를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 리더 명령어는 태그의 랜덤접근모드를 제어하기 위한 내부 변수 값을 설정하는 R값 셋팅 필드를 포함할 수 있다.
상기 내부 변수 값에 따라 준비(Ready) 모드로 천이하기 위한 기 설정된 대기 시간을 설정하는 Twait 셋팅 필드를 포함할 수 있다.
본 발명은 캐리어 (Carrier wave) ON/OFF 제어와 송신출력레벨 제어와 대기(Wait) 모드 및 슬립(Sleep) 모드 동작 제어와 서브캐리어 디지털 복조 장치 구성 등을 통하여, 기존의 ASK 모드 기반 고주파 대역 RFID 시스템에 비해서 적층 및 다량의 태그들을 고속으로 일괄인식 할 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명에서 제안하는 고주파 대역 시스템의 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태그의 구조도를 나타낸다.
도 3은 리더와 통신을 수행하기 위한 태그 상태 제어부에서 동작하는 태그 상태 다이어그램을 나타낸다.
도 4는 대기(Wait) 모드(350)에서 준비(Ready) 모드로 천이하기 위한 제1 랜덤접근 모드를 나타낸다.
도 5는 대기(Wait) 모드에서 준비(Ready) 모드로 천이하기 위한 제2 랜덤접근 모드를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고주파 대역 다량태그 인식을 위한 리더의 구조를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 서브캐리어 디지털 복조기의 구성도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조기의 구조를 나타낸다.
도 9는 피크 신호를 생성기하기 위한 두 가지 형태의 데이터를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 출력된 피크 신호로부터 피크 위치를 추출하기 위한 알고리즘을 나타낸다.
도 11은 캐리어 송출 제어부(635)와 송신출력레벨 제어부(636)가 인벤토리 (Inventory) 프로토콜 절차에 따라 동작하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 WaitSet 리더 명령어의 구성을 나타낸다.
도 13은 태그 신호 강도가 기 설정된 값보다 좋은 경우, 피크 신호 생성기를 이용하여 피크 신호를 생성하는 과정을 설명하기 위한 예시이다.
도 14는 태그 신호 강도가 기 설정된 값보다 좋지 않은 경우, 피크 신호 생성기를 이용하여 피크 신호를 생성하는 과정을 설명하기 위한 예시이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에서 제안하는 고주파 대역 시스템의 구조를 나타낸다.
본 발명에서 제안하는 고주파 대역의 다량 태그 일괄 인식 시스템은 하나의 리더(110)와 다량의 고주파 대역 태그(140)들로 구성될 수 있다. 상기 리더-태그간 통신 방식은 자계결합 (Magnetic coupling) 방식(120)으로 이루어진다. 상기 리더(110)는 Magnetic coupling 방식(120)으로 인식영역(130) 내에 위치하는 다량의 태그(140)들을 인식하여 적층 및 다량의 태그들을 고속으로 일괄인식 할 수 있다.
상기 태그(140)는 저전력 상태로 대기하는 슬립(Sleep) 모드 및 리더와의 랜덤 엑세스를 제어하는 대기(Wait) 모드를 지원할 수 있다. 즉, 태그(140)의 동작 상태는 슬립 모드 및 대기 모드를 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태그의 구조도를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고주파 대역 태그(140)는 크게 아날로그 회로부(210)와 디지털 회로부(220)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 태그의 아날로그 회로부(210)는 디지털 회로부(220)로부터 인코딩된 신호를 입력 받을 수 있다. 또한, 아날로그 신호를 통해 리더 장치와 통신하고, 리더와의 자계 결합(Magnetic Coupling)을 통해 에너지를 수신할 수 있다.
상기 디지털 회로부(220)는 식별자(ID)를 상기 리더로 전송한 후 저전력 상태로 대기하는 슬립(Sleep) 모드 및 리더와의 랜덤 엑세스를 제어하는 대기(Wait) 모드를 지원할 수 있다.
상기 아날로그 회로부는 송신부(211), 정류기 및 전원부(212), 초기화부(213), 수신부(214)를 포함할 수 있다.
송신부(211)는 입력 받은 신호를 부하변조(load-modulation) 방식을 이용하여 진폭위상(ASK: amplitude-shift keying) 변조(modulation)하고, 리더로 송신할 수 있다.
정류기 및 전원부(212)는 리더로부터 송출된 캐리어 웨이브(Carrier wave)를 수신 받아 자체 전원을 생성할 수 있다.
초기화부(213)는 리셋 (Reset) 신호를 생성하여 태그의 내부 동작을 초기화할 수 있다.
수신부(214)는 리더로부터 송출된 명령어를 수신 받아 진폭위상 변조(ASK: amplitude-shift keying)를 수행할 수 있다.
상기 태그의 디지털 회로부(220)는 아날로그 회로부(210)로부터 전원을 공급 받을 수 있다.
상기 태그의 디지털 회로부(220)는 인코더(221), 디코더(222), 프로토콜 처리부(223), 태그 상태 제어부(224), 메모리(225)를 포함할 수 있다.
인코더(221)는 리더 명령어에 대응하는 응답 메시지를 인코딩하여 아날로그 회로부(210)의 송신부로 전달할 수 있다.
디코더(222)는 상기 아날로그 회로부의 수신부(214)로부터 리더 명령어를 수신 받아 태그 정보를 추출할 수 있다.
프로토콜 처리부(223)는 HF Gen2 국제 표준규격을 준수하는 인벤토리 (Inventory) 및 엑세스 (Access) 프로토콜을 처리할 수 있다. 상기 인벤토리 (Inventory) 프로토콜은 리더가 태그 ID를 획득하기 위한 Select, BeginRound, NextSlot 등으로 구성된 리더 명령어들과 그에 관련된 태그 자신의 ID를 포함한 태그 응답들로 구성된 리더-태그간 통신 프로토콜이다. 한편, 상기 엑세스(Access) 프로토콜은 리더가 태그의 사용자 메모리에 사용자가 원하는 데이터를 읽거나 쓰기 위한 리더-태그간 통신 프로토콜이다.
태그 상태 제어부(224)는 다량인식을 수행하기 위한 대기(Wait) 모드 제어부(224a) 및 슬립(Sleep) 모드 제어부(224b)와 상기 HF Gen2 국제 표준규격을 준수하는 인벤토리 (Inventory) 및 엑세스 (Access) 프로토콜을 수행하는 태그 상태 천이부(224c)로 이루어질 수 있다.
메모리(225)는 태그의 식별자(ID)를 저장할 수 있다.
이하, 도 2의 대기(Wait) 모드 제어부(224a), 슬립(Sleep) 모드 제어부(224b), 및 태그 상태 천이부(224c)로 이루어진 태그 상태 제어부(224)를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 다량인식을 위한 상기 고주파 대역 태그의 구성요소에서의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 리더와 통신을 수행하기 위한 태그 상태 제어부(224)에서 동작하는 태그 상태 다이어그램을 나타낸다.
도 3의 준비(Ready) 모드(310) 및 중재(Arbitrate) 모드(320), 응답(Reply) 모드(330), 승인(Acknowledged) 모드(340)들은 HF Gen2 국제 표준규격을 준수할 수 있다.
상기 모드들은 리더와의 인벤토리 (Inventory) 프로토콜 과정에서 태그의 식별자(ID)를 리더로 전달하기 위하여 태그가 수행해야 할 기본 상태 모드일 수 있다.
즉, 기존의 HF Gen2 국제 표준에 따르면, 태그는 리더로부터 캐리어 웨이브(Carrier wave)를 수신 받아 자체 전원을 생성한 후 준비(Ready) 모드(310)에서 대기할 수 있다. 태그는 준비(Ready) 모드(310)에서 상기에서 기술한 리더와의 인벤토리 (Inventory) 프로토콜을 수행하기 위한 리더 명령어 중 BeginRound를 수신 받으면, 중재(Arbitrate) 모드(320)로 천이할 수 있다.
상기 중재(Arbitrate) 모드(320)에서 태그는 리더가 설정한 여러 개의 슬롯 중 하나를 선택할 수 있다. 태그는 상기 선택한 슬롯을 이용하여 Stored CRC 패킷을 리더로 전달하면서 동시에 응답(Reply) 모드(330)로 천이할 수 있다.
태그는 응답(Reply) 모드(330)에서 전 단계인 중재(Arbitrate) 모드(320)에서 전달한 Stored CRC와 동일한 Stored CRC가 포함된 Acknowledged 리더 명령어를 수신 받으면 태그의 식별자(ID)를 리더로 전달함과 동시에 승인(Acknowledged) 모드(340)로 천이한다. 만약, 상기 응답(Reply) 모드(330)에 있는 태그가 전 단계인 중재(Arbitrate) 모드(320)에서 송신한 StoredCRC와 동일하지 않는 StoredCRC가 포함된 Acknowledged 리더 명령어를 수신 받거나, 또는 Acknowledged 리더 명령어를 받지 못하면 중재(Arbitrate) 모드(320)로 천이하여 다음 라운드(Round)를 기다리게 된다.
한편, 승인(Acknowledged) 모드(340)에 있는 태그는 리더가 다음 슬롯에 있는 다른 태그와 통신하기 위하여 NextSlot 명령어를 보내면, 상기 승인(Acknowledged) 모드(340)에 있는 태그는 다시 준비(Ready) 모드(310)로 천이하여 대기할 수 있다. 이러한 일련의 과정들을 반복하여 리더는 태그들의 식별자(ID)를 획득할 수 있다.
이때, 라운드(Round)는 BeginRound 리더 명령어를 전송하는 시간 구간을 포함할 수 있고, 태그 식별자(ID)의 획득에 필요한 일련의 리더 명령어들과 이에 대한 태그 응답들을 위한 시간 구간으로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 대기(Wait) 모드(350)와 슬립(Sleep) 모드(360)를 통해 고주파 대역에서 태그 다량인식을 달성할 수 있다. 전자파를 방사하는 원 역장 (Far-field) 방식의 UHF 대역 RFID와 달리 자계결합 (Magnetic coupling) 방식으로 통신하는 근 역장 (Near-field) 방식의 고주파 대역에서 인식영역 내에 다량의 태그들이 밀집되어 있을 수 있다.
따라서, 전파환경적으로 태그 상호간 자계결합 간섭으로 인하여 태그신호 강도가 현저히 저하될 수 있다. 뿐만 아니라, 안테나를 통하여 자계에 의해 생성되는 전류가 발생되지 못하도록 방해하여 다른 태그들이 자체전원을 생성하지 못할 수 있다.
상기 문제점들을 완화시키고, 자계결합 (Magnetic coupling) 방식으로 통신하는 근 역장 (Near-field)에서 다량으로 밀집되어 있는 태그들을 일괄인식하기 위하여 태그는 소프트웨어 상에서 충돌방지 (Anti-collision) 프로토콜을 준수할 수 있다. 또한, 하드웨어 상에서 저전력으로 동작할 수 있고, 전파환경적으로 태그 상호간 자계결합 간섭을 최소화 할 수 있다.
종래기술에 따르면, 태그가 자신의 ID를 리더로 송출한 후 승인(Acknowledged) 리더 명령어 외에 다른 리더 명령어를 수신하면 준비(Ready) 모드(310)로 천이할 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 도 3과 같이 승인(Acknowledged) 모드(340)에서 슬립(Sleep) 모드(360)로 천이될 수 있다.
본 발명에서 태그가 슬립(Sleep) 모드(360)로 천이되면, 도 2의 슬립(Sleep) 모드 제어부(224b)는 도 2의 정류기 및 전원부(212), 초기화부(213)를 제외한 모든 블록의 전원 및 클락(clock) 공급을 차단하기 위한 제어신호들을 생성할 수 있다.
상기 생성된 제어신호들을 이용하여 태그는 태그의 식별자(ID)를 리더로 전송한 후 저전력으로 대기할 수 있다.
한편, 리더는 슬립(Sleep) 모드(360)로 대기하고 있는 태그들과 다시 통신을 수행할 수 있다. 리더가 캐리어 웨이브(Carrier wave)를 OFF한 후 다시 ON 시키면, 태그는 슬립(Sleep) 모드(360)에서 대기(Wait) 모드(350)로 천이할 수 있다. 이때, 대기(Wait) 모드(350)로 천이할 때, 도 2의 초기화부는 리셋(Reset) 신호를 발생하여 태그의 모든 동작을 초기화할 수 있다.
도 2의 대기(Wait) 모드 제어부(224a)는 대기(Wait) 모드(350)에서 저전력으로 동작할 수 있다.
상기 대기(Wait) 모드 제어부(224a)의 역할은 상기에서 기술한 것과 같이 전파환경적으로 태그 상호간 자계결합 간섭을 최소화하기 위하여, 리더와의 인벤토리(Invetory) 참여를 랜덤으로 엑세스하는 것이다. 즉, 대기(Wait) 모드(350)에서 준비(Ready) 모드(310)로 천이하기 위하여 태그는 제1 랜덤접근 모드(400)와 제2 랜덤접근 모드(500)로 동작할 수 있다. 상기 제1 랜덤접근 모드(400)와 제2 랜덤접근 모드(500)는 도 4과 도 5에서 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 것과 같이 태그 상태 제어부(224)는 준비(Ready) 모드(310)에 있는 기 설정된 일정시간(t_ready) 동안 인벤토리(Inventory) 프로토콜에 필요한 Select, BeginRound, NextSlot 등으로 구성된 리더 명령어들을 수신 받지 못하면, 대기(Wait) 모드(350)로 다시 천이할 수 있다. 한편, 상기 리더 명령어들로 구성된 정상적인 라운드(Round)를 수행하기 전 준비(Ready) 모드(310)에서 랜덤접근 방식, 내부 변수 값(R), 및 기 설정된 대기시간(Twait)은 사전에 정의될 수 있다. 상기 사전에 정해진 랜덤접근 방식, 내부 변수 값(R), 및 기 설정된 대기시간(Twait)은 별도의 Reserved 리더 명령어를 이용하여 변경될 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이 태그 상태 제어부(224)는 응답(Reply) 모드(330)에 있는 태그가 몇 번의 라운드(Round) 과정을 거치더라도 유용한 Acknowledged 리더 명령어를 수신 받지 못하면, 대기(Wait) 모드(350)로 천이할 수 있다. 즉, 매 라운드(Round)마다 유용한 Acknowledged 리더 명령어를 수신 받지 못하면 에러 카운트를 하나 증가시켜 저장할 수 있다. 상기 저장된 에러 카운트가 기 설정된 ErrCnt 이상 발생하면 대기(Wait) 모드(350)로 천이하여 태그 상호간 간섭을 최소화하도록 할 수 있다.
도 4는 대기(Wait) 모드(350)에서 준비(Ready) 모드(310)로 천이하기 위한 제1 랜덤접근 모드(400)를 나타낸다.
상기 대기(Wait) 모드에서 내부 변수 값(R)과 기 설정된 대기시간(Twait)은 WaitSet 리더 명령어를 통해 설정될 수 있다.
상기 내부 변수 값(R)을 이용하여 서로 다른 지연 시간에 랜덤으로 준비(Ready) 모드(310)로 천이할 수 있다(410). 즉, 대기(Wait) 모드 제어부(224a)는 상기 내부 변수 값(R)에 따라 0 ~ (2R -1) 범위 내의 랜덤 값 시퀀스를 생성할 수 있다. 상기 대기(Wait) 모드 제어부는 생성된 0 ~ (2R -1) 범위 내의 랜덤 시퀀스 값 중 하나의 랜덤 시퀀스 값(S)을 선택할 수 있다(420).
태그는 상기 선택된 랜덤 시퀀스 값(S)만큼 대기(Wait) 모드에 대기할 수 있다(430). 즉, 대기(Wait) 모드 제어부(224a)는 선택된 랜덤 시퀀스 값(S)을 디스카운트 하여 0이 될 때까지 대기한다. 만약, 처음 시도 시 랜덤 시퀀스 값(S) 중 바로 0를 선택하면 즉시 준비(Ready) 모드(310)로 천이될 수 있다. 대기(Wait) 모드 제어부(224a)는 선택된 랜덤 시퀀스 값(S)이 0이 아닌 경우, 기 설정된 대기시간(Twait) [msec] 동안 대기한 후, 선택된 랜덤 시퀀스 값(S)을 1 만큼 감소시킬 수 있다.
상기 대기(Wait) 모드 제어부(224a)는 이와 같은 과정을 반복하여 선택된 랜덤 시퀀스 값(S)이 0이 되면 대기(Wait) 모드에서 준비(Ready) 모드로 천이할 수 있다. 이때, 랜덤 시퀀스 값(S)이 0이 되어 태그가 준비(Ready) 모드로 천이할 경우, 대기(Wait) 모드 제어부(224a)는 태그 내의 모든 블록에 전원 및 클락(clock)을 공급할 수 있다. 따라서, 대기(Wait) 모드 제어부(224a)는 리더와의 정상적인 인벤토리 통신을 수행할 수 있도록 관련 제어신호들을 출력할 수 있다.
한편, 상기 내부 변수 값(R) 및 기 설정된 대기시간(Twait) 변수는 미리 정의된 초기값으로 동작할 수 있다. 또한, 준비(Ready) 모드에서 리더와 통신 수행 시 HF Gen2 국제 표준규격에 정의되어 있는 Reserved 리더 명령어를 이용하여 상기 내부 변수 값(R) 및 기 설정된 대기시간(Twait)을 변경할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 승인(Acknowledged) 모드(340)에 있는 태그가 준비(Ready) 모드(310)로 천이되지 않고 저전력 상태로 대기하는 슬립(Sleep) 모드(360)로 천이할 수 있다. 또한, 슬립(Sleep) 모드(360)에 있는 태그가 준비(Ready) 모드(310)로 바로 천이되지 않고 대기(Wait) 모드(350)를 거쳐서 랜덤 지연 시간으로 리더와 통신을 수행하기 때문에 전파환경적으로 태그 상호간 자계결합 간섭을 최소화 할 수 있다.
도 5는 대기(Wait) 모드(350)에서 준비(Ready) 모드(310)로 천이하기 위한 제2 랜덤접근 모드(500)를 나타낸다.
상기에서 기술한 제1 랜덤접근 모드(400)는 리더 인식영역 내에 태그 개수가 대량으로 존재할 경우에 유용한 방식이며, 비교적 태그 개수가 상대적으로 적을 경우 제2 랜덤접근 모드(500)를 적용할 수 있다.
상기 대기(Wait) 모드(350)에서는 내부 변수 값(R)과 기 설정된 대기시간(Twait)이 설정될 수 있다. 제2 랜덤접근 모드(500)에서 상기 내부 변수 값(R)은 1로 고정될 수 있다(510). 즉, 상기에서 기술한 내부 변수 값(R)을 1로 고정하여, 상기 대기(Wait) 모드 제어부(224a)는 랜덤 시퀀스 값(S)을 0 또는 1 중 하나로 선택할 수 있다(520).
랜덤 시퀀스 값(S)이 0으로 선택되면 바로 준비(Ready) 모드로 천이될 수 있다(530). 랜덤 시퀀스 값(S)이 1로 선택되면 기 설정된 대기시간(Twait) [msec] 동안 대기한 후 다시 0 또는 1 중 하나를 선택할 수 있다(540).
이와 같은 과정을 반복하여 0를 선택한 태그만 준비(Ready) 모드로 천이하기 때문에, 전파환경적으로 태그 상호간 자계결합 간섭을 최소화 할 수 있다. 이때, 준비(Ready) 모드로 천이된 태그는 기존 HF Gen2 규격에 기술된 것과 같이 Select, BeginRound 등의 리더 명령어를 수신 받아 매 라운드(Round)에 참여하여 리더와의 인벤토리 통신을 수행할 수 있다.
한편, 상기에서 기술한 대기(Wait) 모드에서 준비(Ready) 모드로의 랜덤접근 방식은 미리 정의된 초기 모드로 동작할 수 있다. 상기 준비(Ready) 모드에서 리더와 통신 수행 시 HF Gen2 국제 표준규격에 정의되어 있는 Reserved 리더 명령어를 이용하여 상기에서 기술한 두 가지 랜덤접근 방식 중 하나를 선택 혹은 변경할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고주파 대역 다량태그 인식을 위한 리더(600)의 구조를 나타낸다.
상기 리더(600)는 아날로그 회로부(610)와 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(620) 및 디지털 회로부(630)로 구성될 수 있다.
아날로그 회로부(610)는 태그 신호를 수신하고, 리더 명령어를 진폭위상(ASK: amplitude-shift keying) 변조(modulation)하고 아날로그 형태로 송신할 수 있다.
아날로그 디지털 변환기(620)는 상기 아날로그 형태의 태그 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환할 수 있다.
디지털 회로부(630)는 복수의 송신출력레벨을 조정하여 다량 태그 일괄인식(simultaneous identification of massive RFID tags)을 수행할 수 있다..
상기 리더의 아날로그 회로부(610)는 송신부(611), 수신부(612)로 이루어질 수 있다.
송신부(611)는 송신출력레벨 조절이 가능한 전력증폭기(611a)와 리더 명령어를 진폭위상 (ASK: amplitude-shift keying) 변조(modulation)하기 위한 진폭위상 변조기로 구성될 수 있다.
수신부(612)는 태그 신호를 수신하여 진폭위상 복조기를 통해 상기 태그 신호의 캐리어를 제거하는 진폭위상(ASK: amplitude-shift keying) 복조(demodulation)를 수행할 수 있다.
상기 리더(600)의 아날로그 디지털 변환기(620)는 상기 진폭위상(ASK: amplitude-shift keying) 복조(demodulation)를 통해 캐리어가 제거된 아날로그 태그 신호를 입력 받아 디지털 신호로 변환 후 디지털 회로부(630)로 출력할 수 있다.
상기 리더의 디지털 회로부(630)는 인코더(631), 서브캐리어 디지털 복조기(632), 디코더(633), 프로토콜 처리부(634), 캐리어 송출 제어부(635), 송신출력레벨 제어부(636)로 이루어질 수 있다.
인코더(631)는 리더 명령어를 인코딩하여 아날로그 회로부(610)로 송신할 수 있다.
서브캐리어 디지털 복조기(632)는 리더(600)의 아날로그 디지털 변환기(620)에서 진폭위상(ASK: amplitude-shift keying) 복조(demodulation)를 통해 캐리어가 제거된 태그 신호를 입력 받을 수 있다. 상기 태그 신호는 밀러(Miller) 및 맨체스터(Manchester) 서브캐리어 신호에서 서브캐리어를 제거하여 HF Gen2 규격에 정의된 밀러(Miller) 및 맨체스터(Manchester) 베이시스(Basis) 신호를 생성할 수 있다.
디코더(633)는 서브캐리어가 제거된 베이시스(Basis) 신호를 입력 받아 태그 정보를 추출할 수 있다.
프로토코 처리부(634)는 HF Gen2 표준 규격에 기술된 충돌방지알고리즘 및 인벤토리/엑세스 프로토콜 등을 처리할 수 있다.
캐리어 송출 제어부(635)는 아날로그 회로부의 송신부(611)에서 출력하는 캐리어 웨이브(Carrier wave)의 ON/OFF 동작을 제어할 수 있다.
송신출력레벨 제어부(636)는 아날로그 회로부의 전력증폭기(611a)의 송신출력레벨을 제어할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 다량인식을 위한 고주파 대역 리더(600)의 구성요소에서의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
상기에서 기술한 것과 같이 자계결합 (Magnetic coupling) 방식으로 통신하는 근 역장 (Near-field) 방식의 고주파 대역에서는 인식영역 내에 다량의 태그들이 밀집될 수 있다. 따라서, 전파환경적으로 태그 상호간 자계결합 간섭으로 인하여 원하지 않는 잡음이 추가될 수 있고, 태그신호 강도가 현저히 저하될 수 있다. 뿐만 아니라, 송신기 및 수신기가 함께 존재하는 리더기에서 수신되는 태그 정보를 복조할 경우 DC-offset 잡음 등으로 그 복조 성능이 크게 열화 될 수 있다. 따라서, 다량태그 인식 성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
기존 ASK 모드의 고주파 대역 RFID 리더 기술은 단순한 포락선 검파 방식으로 ASK 복조하여 디코딩을 수행하였다. 하지만, 본 발명에서의 다량태그 인식을 위한 리더 수신 방식은 도 6과 같이 캐리어를 제거하는 진폭위상 복조기(612a)와 아날로그 디지털 변환기(620)를 거쳐 서브캐리어를 제거하는 서브캐리어 디지털 복조기(632), 서브캐리어가 제거된 베이시스(Basis) 신호를 디코딩하여 정보를 추출하고 프로토콜 처리부(634)로 전달하는 디코더(633)로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 서브캐리어 디지털 복조기(632)는 정합 필터를 이용한 피크 신호 (Peak signal)를 생성하여 태그 수신 신호에 포함된 DC-offset 잡음도 동시에 제거할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 서브캐리어 디지털 복조기(632)의 구성도를 나타낸다.
상기 서브캐리어 디지털 복조기(632)는 데시메이션 필터(710), 밀러(Miller) 서브태리어 디지털 복조기(720), 맨체스터(Manchester) 서브캐리어 디지털 복조기(730), 먹스(Mux)(740)으로 이루어질 수 있다.
데시메이션 필터(710)는 아날로그 디지털 변환기(620)로부터 수신되는 태그 신호를 입력 받을 수 있다. 상기 입력된 태크 신호는 424KHz 및 848KHz의 서브캐리어 주파수에 따라 대역을 제한하여 필터링을 수행할 수 있다.
밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조기 및 (Manchester) 서브캐리어 디지털 복조기는 데시메이션 필터(710)로부터 태그 신호를 입력 받을 수 있다. 상기 태그 신호를 입력 받아 서브캐리어를 제거할 수 있다. 따라서, 밀러(Miller) 및 맨체스터(Manchester) 서브캐리어 신호로부터 HF Gen2 규격에 정의된 밀러(Miller) 및 맨체스터(Manchester) 베이시스(Basis) 신호를 생성할 수 있다
먹스(Mux)는 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조기와 (Manchester) 서브캐리어 디지털 복조기 중 하나를 선택할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조기(720)의 구조를 나타낸다.
밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조기(720)는 피크 신호 생성기(810), 피크 추출기(820), 베이시스(Basis) 신호 생성기(830)로 이루어질 수 있다.
피크 신호 생성기(810)는 아날로그 디지털 변환기(620)로부터 출력된 태그 신호(1310)로부터 피크 신호(1320)를 생성할 수 있다. 상기 피크 신호 생성기(810)를 이용하여 피크 신호를 생성하는 과정은 도 13과 도 14를 예를 들어 설명한다.
상기 피크 신호 생성기(810)는 도 9에 도시된 데이터(Data), Data-0와 Data-1에 대응되는 정합필터들을 이용하여 피크 신호(1320)를 생성할 수 있다. 상기 피크 신호 생성기(810)는 도 9에 도시된 두 가지 형태 910과 920 중 하나를 선택할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 출력된 피크 신호(1320)가 태그 신호 내의 위상이 반전되는 위치(1330)에 생기는 것을 특징으로 한다.
피크 추출기(820)는 상기 피크 신호 생성기(810)로부터 생성된 피크 신호(1320)에서 피크의 위치(1340)를 추출할 수 있다. 상기 피크 추출기의 동작 알고리즘은 도 10에서 상세히 설명한다.
베이시스(Basis) 신호 생성기(830)는 상기 피크 추출기로부터 추출된 피크 정보를 이용하여 서브캐리어가 제거된 베이시스(Basis) 신호(1350)를 생성할 수 있다. 본 발명에서 제안한 리더 구조에 따르면, 베이시스(Basis) 신호 생성기는 정합 필터를 이용한 피크 신호를 생성하여 DC-offset 잡음(1410)을 제거할 수 있다. 뿐만 아니라, 리더는 전파환경적으로 태그 상호간 자계결합 간섭으로 인하여 신호강도 품질이 현저히 떨어진 태그신호를 성공적으로 복조 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 출력된 피크 신호(1320)로부터 피크 위치(1340)를 추출하기 위한 알고리즘을 나타낸다.
피크 위치(1340)의 추출은 피크 추출기(820)에 의해 수행될 수 있다. 본 발명에서 제안하는 피크 위치 추출 방식은 피크 신호(1320)의 기울기가 양에서 음으로 변화되는 지점을 찾는 방식이며, 다른 방식 또한 적용 가능할 수 있다.
상기 피크 위치(1340)를 추출하는 알고리즘은 수신되는 피크 신호(1320)의 x(n) 위치에서 피크 위치(1340)를 찾을 수 있다. 피크 신호(1320)의 현재 값과 그 이전 값을 비교하여 첨두점을 찾을 수 있다. 한편, 상기 피크 위치를 찾기 위한 알고리즘은 dx_high와 dx_low 값을 이용하여 첨두점이 발생하는 조건 (기울기가 양에서 음으로 바뀌는 부분)을 만족하면 해당 피크 위치인 n 값을 추출할 수 있다. dx_high = x(n+dn) - x(n) (1010)이고, dx_low = x(n) - x(n-dn) (1020)으로 정의할 수 있다.
이때, dn = 1,2,3,...으로 dn = 1 이면 바로 이전 샘플 값을 의미하며, dn = 2이면 현재 샘플보다 2 샘플 이전의 샘플 값을 의미할 수 있다. 조건 dx_high <= 0을 만족하고, 조건 dx_low > 0을 만족하면(1030), 피크 위치를 추출할 수 있다(1040). 만약 상기 두 조건을 만족하지 못할 경우, 현재 값과 그 이전 값을 비교하는 과정을 반복할 수 있다.
한편, 상기 피크 신호에 로컬 피크 잡음 신호가 존재하더라도 dn값을 1보다 큰 샘플수로 설정하여 로컬 피크 잡음을 피할 수 있다.
도 11은 캐리어 송출 제어부(635)와 송신출력레벨 제어부(636)가 인벤토리 (Inventory) 프로토콜 절차에 따라 동작하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
태그와 리더간 인벤토리 (Inventory) 통신 과정에서 리더가 상기에서 기술한 대기(Wait) 모드와 슬립(Sleep) 모드가 추가된 다량의 태그들을 인식하기 위하여 캐리어 송출 제어부(635)와 송신출력레벨 제어부(636)가 인벤토리 (Inventory) 프로토콜 절차에 따라 동작할 수 있다.
리더가 태그 식별자(ID)를 획득하기 위한 태그-리더간 인벤토리 (Inventory) 프로토콜 절차는 도 11에 기술된 예시와 같이 페이즈(Phase) 1(1110) 및 페이즈(Phase) 2(1120) 등 여러 개의 페이즈들로 구성될 수 있다. 상기 각 페이즈는 라운드(Round) 1 및 라운드(Round) 2, 라운드(Round) 3 등 여러 개의 라운드(Round)로 구성될 수 있다.
상기 각 라운드(Round)는 HF Gen2 표준규격에 기술된 것과 같이 태그 식별자(ID)를 획득하기 위하여 Select 혹은 BeginRound 명령어를 전송하는 시간 구간을 포함하고, NextSlot 등 일련의 리더 명령어 및 태그 응답들을 전송하기 위한 시간구간으로 구성될 수 있다.
본 발명에서 제안한 태그들은 초기 라운드(Round) 참여 시 랜덤 지연시간으로 참여할 수 있다. 상기 라운드(Round) 내에서 리더와의 일련의 명령어 및 응답을 주고 받으며 자신의 식별자(ID)를 리더로 전달한 후 상기에서 기술한 슬립(Sleep) 모드로 천이할 수 있다. 따라서, 동일 혹은 다른 라운드(Round)에서 동작하는 나머지 태그들에게 영향을 미칠 수 있는 간섭을 최소화할 수 있다. 또한, 매 라운드마다 출력되는 송신출력레벨을 조정하는 제어신호를 이용하여 최소 2개 이상의 송신출력레벨을 조정할 수 있도록 아날로그 회로부(610)의 전력증폭기(611a)에 관련 제어신호를 전달할 수 있다.
한편, 리더는 도 11과 같이 여러 라운드(Round)를 수행한 후 더 이상 태그 응답이 없을 경우, ON 동작으로 수행되고 있는 캐리어 웨이브(Carrier wave)를 OFF한 후 다시 ON 시킬 수 있다. 상기 캐리어 웨이브(Carrier wave)가 ON되면, 상기에서 기술한 도 3의 태그 상태 천이도에 따라 슬립(Sleep) 모드에 있는 모든 태그들을 깨운 다음 대기(Wait) 모드로 천이할 수 있다. 이후, 랜덤지연 시간으로 새로운 페이즈(Phase)에서 다시 태그들과 통신을 수행할 수 있다.
한편, 도 6의 리더를 구성하는 송신출력레벨 제어부(636)는 최소 2개 이상의 송신출력레벨을 조정하는 제어신호를 아날로그 회로부(610)의 전력증폭기(611a)로 출력할 수 있다.
따라서, 전력증폭기(611a)는 상기 제어신호에 따라 2개 이상의 송신출력레벨로 조정할 수 있다.
도 11은 2개의 송신출력레벨인 Min. PW(1160)와 Max. PW(1170) 두 레벨로 스위칭 한 예시를 보여준다. 여기서, Min. PW(1160)은 리더가 출력할 수 있는 송신출력레벨 범위 내에서 최소값을, Max. PW(1170)는 최대값을 각각 의미할 수 있다. 즉, 상기 송신출력레벨 제어부는 도 11에 도시되어 있는 바와 같이 매 라운드(Round) 마다 최대 송신출력레벨에서 최소 송신출력레벨로, 다시 최대 송신출력레벨로 반복 교대로 스위칭하며 운용할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 도 11의 출력레벨 동작은 비록 최소, 최대의 2개 송신출력레벨로 스위칭되고 있으나, 환경 및 사용 목적에 따라 2개 이상의 다중 송신출력레벨들을 설정하여 스위칭 운용할 수 있다.
자계결합 방식의 근 역장 (Near-field) 통신에서 다량의 태그가 밀집/적층되어 있을 경우, 리더 안테나와 상대적으로 근접한 태그와의 오버 커플링(over-coupling)이 발생될 수 있다. 매 라운드(Round) 마다 2개 이상의 송신출력레벨로 스위칭하여 운영함으로써 상대적으로 낮은 출력레벨로 스위칭하면서 출력파워를 조절할 수 있다. 따라서, 안테나와 상대적으로 근접한 태그와의 오버 커플링(over-coupling) 문제점을 쉽게 극복할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.
리더-태그간 통신 시 캐리어 송출 제어부(635)는 캐리어 웨이브(Carrier wave)를 매 페이즈(Phase) 마다 ON 및 OFF 로 스위칭할 수 있다. 반면에, 송신출력레벨 제어부(636)는 페이즈(Phase) 내에 속해있는 매 라운드(Round) 마다 2개 이상의 송신출력레벨로 스위칭 하는데 그 차이점이 있다.
도 12는 WaitSet 리더 명령어의 구성을 나타낸다.
매 페이즈(Phase)의 초기 라운드(Round)에서 (도 11에서는 라운드(Round) 1로 표기) 준비(Ready) 모드에 있는 태그가 도 12의 WaitSet 리더 명령어를 수신할 수 있다. 태그는 상기 WaitSet 리더 명령어를 수신하면, 상기에서 기술한 대기(Wait) 모드에서 준비(Ready) 모드로 천이하는 2가지 랜덤접근 모드 중 하나를 선택할 수 있다. 상기 선택된 모드에 관련된 대기(Wait) 모드 제어부(224a)의 내부 변수 값(R) 및 기 설정된 대기시간(Twait)을 변경할 수 있다. 이때, 제2 랜덤접근 모드를 선택하고자 할 경우, 제2 랜덤접근 모드는 랜덤 시퀀스 값(S)를 0과 1중 하나를 선택하는 방식이기 때문에 R=1로 고정시킬 수 있다.
도 12의 WaitSet 리더 명령어는 HF Gen2 표준 규격에 정의되어 있는 Reserved command format을 준수하여 프리앰블(1210) 및 명령어 코드(1220)를 포함할 수 있다. 또한, WaitSet 리더 명령어는 랜덤접근모드 선택 필드(1230), 내부 변수 값(R) 셋팅 필드(1240), 기 설정된 대기시간(Twait) 셋팅 필드(1250) 등으로 구성될 수 있다.
상기 프리앰블(1210)은 HF Gen2 표준 규격에 정의되어 있는 frame-sync 혹은 프리앰블 형태로 구성될 수 있다.
상기 명령어 코드(1220)는 HF Gen2 표준 규격에 정의되어 있는 Reserved command code 중 하나를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 12의 WaitSet 리더 명령어 구성도에서 CRC 필드가 포함되지 않았으나 HF Gen2 표준 규격에 정의되어 있는 CRC 필드가 추가 반영될 수 있다.
리더는 내부 변수 값(R) 셋팅 필드(1240)와 기 설정된 대기시간(Twait) 셋팅 필드(1250)를 통해 내부 변수 값(R)과 기 설정된 대기시간(Twait)을 설정할 수 있다. 태그는 상기 내부 변수 값(R)과 기 설정된 대기시간(Twait)에 따라 랜덤 시퀀스 값(S)를 선택하고, 랜덤접근 모드를 결정할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 11, 도 12 등을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 다량인식을 위하여 랜던접근 모드 선택과 태그 내부 변수인 값(R) 및 기 설정된 대기시간(Twait) 값을 변경하기 위한 상세한 동작은 다음과 같다.
리더가 캐리어 웨이브(Carrier wave)를 ON 하면 태그들은 준비(Ready) 모드에서 t_ready 시간 동안 대기할 수 있다. 태그는 상기 대기시간 동안 라운드(Round)의 시작을 알리는 BeginRound 리더 명령어 혹은 인벤토리 (Inventory)와 관련된 다른 리더 명령어들을 기다릴 수 있다. 또한, 태그는 상기 랜덤접근모드 선택 및 관련 내부 변수인 값(R) 및 기 설정된 대기시간(Twait) 값을 변경하기 위한 WaitSet 리더 명령어를 기다릴 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이 태그는 t_ready 시간 동안 라운드(Round) 과정에 필요한 상기 리더 명령어들을 수신 받지 못할 경우, 다시 대기(Wait) 모드로 천이될 수 있다. 한편, 준비(Ready) 모드에 있는 상기 태그가 t_ready 시간 내에 WaitSet 리더 명령어를 수신하면 도 2의 대기(Wait) 모드 제어부(224a)는 랜덤접근모드 및 내부 변수인 값(R) 및 기 설정된 대기시간(Twait) 값을 WaitSet 리더 명령어에 설정되어 있는 값으로 변경할 수 있다.
반면에 t_ready 시간 동안 라운드(Round) 과정에 필요한 리더 명령어들을 수신 받지 못할 경우, 다시 대기(Wait) 모드로 천이할 수 있다. 이때, 대기(Wait) 모드로 천이된 태그는 새로운 랜덤접근모드 및 관련 내부 변수인 값(R) 및 기 설정된 대기시간(Twait) 값을 이용하여 다시 랜덤 지연 시간 이후 준비(Ready) 모드로 천이할 수 있다.
따라서, 리더가 초기 라운드(Round)에서 태그와 통신을 수행하기 전 t_ready 시간보다 긴 시간 동안 캐리어 웨이브(Carrier wave)를 공급하고 WaitSet 리더 명령어를 반복적으로 전송할 수 있다. 그러면, 태그들은 내부에 미리 정의된 초기값으로 대응하여 도 3에 기술된 상태도에 따라 리더와의 인벤토리 (inventory)를 수행하지 않고, 대기(Wait) 모드와 준비(Ready) 모드를 교대로 천이할 수 있다.
또한, 태그는 리더와의 인벤토리 (Inventory) 통신 전 사용자가 원하는 새로운 내부 변수인 값(R) 및 기 설정된 대기시간(Twait) 값으로 변경한 후, 리더와의 인벤토리 (Inventory) 통신이 가능할 수 있다. 이후, 리더는 라운드(Round) 과정에 필요한 리더 명령어들을 태그로 전송함으로써, 태그 식별자(ID)들을 획득할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시 예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시 예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시 예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 아날로그 신호를 통해 리더 장치와 통신하고, 리더와의 자계 결합(Magnetic Coupling)을 통해 에너지를 수신하는 아날로그 회로부; 및
    상기 아날로그 회로부로부터 전원을 공급 받는 디지털 회로부를 포함하고,
    상기 디지털 회로부는 식별자(ID)를 상기 리더로 전송한 후 저전력 상태로 대기하는 슬립(Sleep) 모드 및 리더와의 랜덤 엑세스를 제어하는 대기(Wait) 모드를 지원하는 것을 특징으로 하는
    고주파 대역 태그 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 회로부는
    디지털 회로부로부터 인코딩된 신호를 입력받아 부하변조(load-modulation) 방식을 이용하여 진폭위상(ASK: amplitude-shift keying) 변조(modulation)하여 리더로 송신하는 송신부;
    상기 리더로부터 송출된 캐리어 웨이브(Carrier wave)를 수신 받아 자체 전원을 생성하는 정류기 및 전원부;
    상기 리더의 대기(Wait) 모드에서 태그의 내부 동작을 초기화하는 초기화부; 및,
    상기 리더로부터 송출된 명령어를 수신 받아 진폭위상(ASK: amplitude-shift keying) 복조(demodulation)를 수행하는 수신부
    를 포함하는 고주파 대역 태그 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 회로부는
    리더 명령어에 대응하는 응답 메시지를 인코딩하는 인코더;
    상기 아날로그 회로부의 수신부로부터 리더 명령어를 수신 받아 정보를 추출하는 디코더;
    상기 아날로그 회로부로부터 리더 명령어를 입력 받아 정보를 추출하는 디코더;
    인벤토리 및 엑세스 프로토콜을 처리하기 위한 프로토콜 처리부;
    대기(Wait) 모드 제어부, 슬립(Sleep) 모드 제어부, 및 태그 상태 천이부를 포함하는 태그 상태 제어부; 및
    상기 식별자(ID)를 저장하는 메모리
    를 포함하는 고주파 대역 태그 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬립(Sleep) 모드 제어부는 승인(Acknowledged) 모드에서 인벤토리 프로토콜에 필요한 리더 명령어를 수신하면 상기 슬립(Sleep) 모드로 천이하도록 제어하고,
    대기(Wait) 모드 제어부는 상기 슬립(Sleep) 모드에 있는 태그가 캐리어 웨이브(Carrier wave)를 이용하여 상기 대기(Wait) 모드로 천이하도록 제어하는
    고주파 대역 태그 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬립(Sleep) 모드 제어부는
    슬립(Sleep) 모드에서 정류기, 전원부 및 초기화부를 제외한 모든 블록의 전원 및 클락(clock) 공급을 차단하는
    고주파 대역 태그 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    대기(Wait) 모드 제어부는
    상기 대기(Wait) 모드에서 리셋(Reset) 신호를 이용하여 태그의 모든 동작을 초기화하는
    고주파 대역 태그 장치.
  7. 재4항에 있어서,
    대기(Wait) 모드 제어부는 내부 변수 값과 기 설정된 대기시간을 이용하는 제1 랜덤접근 모드와 제2 랜덤접근 모드를 제어하고,
    상기 내부 변수 값 및 기 설정된 대기시간은 예약(Reserved) 리더 명령어를 이용하여 변경 할 수 있는
    고주파 대역 태그 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 대기 모드 제어부는 제1 랜덤접근 모드에서
    내부 변수 값에 따라 랜덤 시퀀스를 생성하고,
    생성된 랜덤 시퀀스 중 어느 하나의 랜덤 값을 선택하고,
    상기 랜덤 값이 0이 될 때까지 디스카운트한 후 준비(Ready) 모드로 천이하도록 제어하는
    고주파 대역 태그 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 대기 모드 제어부는 제2 랜덤접근 모드에서
    내부 변수 값을 1로 고정하여 상기 대기(Wait) 모드 제어부가 0 또는 1중 하나를 랜덤하게 선택하고,
    0을 선택할 경우 준비(Ready) 모드로 천이하고,
    1을 선택하면 기 설정된 대기시간 동안 대기한 후 0 또는 1을 재 선택하는
    고주파 대역 태그 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 준비(Ready) 모드에 있는 태그는
    기 설정된 대기시간 동안 리더 명령어를 수신 받지 못하고, 또는
    몇 번의 라운드 과정을 거치더라도 유용한 리더 명령어를 수신받지 못하면 에러 카운트를 하나 증가 시키고,
    상기 에러 카운트가 기 설정된 값 이상 발생하면 대기(Wait) 모드로 천이하도록 태그 상태를 제어하는
    고주파 대역 태그 장치.
  11. 태그 신호를 수신하고, 리더 명령어를 진폭위상(ASK: amplitude-shift keying) 변조(modulation)하고 아날로그 형태로 송신하는 아날로그 회로부;
    상기 변조된 태그 신호를 수신 받아 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기; 및
    상기 디지털 신호로 변환된 태그 신호를 수신하고 상기 리더 명령어를 생성하는 디지털 회로부를 포함하고,
    상기 디지털 회로부는 복수의 송신출력레벨을 조정하여 다량 태그 일괄인식(simultaneous identification of massive RFID tags)을 수행하는 것을 특징으로 하는
    고주파 대역 리더 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 디지털 회로부는
    리더 명령어를 인코딩하여 상기 아날로그 회로부로 송신하는 인코더;
    상기 아날로그 디지털 변환기로부터 수신된 태그 신호를 입력 받아 서브캐리어를 제거하는 서브캐리어 디지털 복조기;
    상기 서브캐리어가 제거된 베이시스(Basis) 신호를 입력 받아 태그 정보를 추출하는 디코더;
    인벤토리/엑세스 프로토콜 등을 처리하는 프로토콜 처리부;
    상기 아날로그 회로부 전력증폭기의 송신출력레벨을 2개 이상의 송신 출력레벨로 스위칭할 수 있도록 제어하는 송신출력레벨 제어부;
    아날로그 회로부의 송신부에서 출력하는 캐리어의 동작을 제어하는 캐리어 송출 제어부
    를 포함하는 고주파 대역 리더 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 서브캐리어 디지털 복조기는
    상기 수신된 태그 신호를 입력 받아 필터링을 수행하는 데시메이션 필터;
    상기 필터링된 태그 신호에서 서브캐리어를 제거하는 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조기 및 맨체스터(Manchester) 서브캐리어 디지털 복조기; 및
    상기 밀러(Miller) 서브캐리어 복조 장치와 맨체스터(Manchester) 서브캐리어 복조 장치 중 하나를 선택하는 믹서
    를 포함하는 고주파 대역 리더 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조 장치는
    상기 태그 신호로부터 피크 신호를 생성하는 피크 신호 생성기;
    상기 피크 신호로부터 피크를 추출하는 피크 추출기; 및
    상기 추출된 피크 신호로부터 서브캐리어가 제거된 베이시스(Basis) 신호를 생성하는 베이시스(Basis) 신호 생성기
    를 포함하는 고주파 대역 리더 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 송신출력레벨 제어부는
    송신출력레벨을 조정할 수 있도록 리더 아날로그 회로부의 전력증폭기 제어신호를 출력하고,
    최소 2개 이상의 송신출력레벨들을 설정하여 페이즈(Phase)의 매 라운드(Round)마다 상기 각 레벨들간 교대로 반복하여 스위칭하는
    고주파 대역 리더 장치.
  16. 고주파 대역 다량 태그 일괄 인식 시스템에서 태그 장치의 동작 방법에 있어서,
    리더로부터 캐리어 웨이브(carrier wave)를 수신 받아 준비(Ready) 모드에서 대기하는 단계;
    상기 준비(Ready) 모드에서 라운드(Round) 시작(BeginRound) 명령어를 수신 받으면, 중재(Arbitrate) 모드로 천이하여 리더가 설정한 여러 개의 슬롯 중 하나를 선택하는 단계; 및
    상기 선택한 슬롯을 이용하여 Stored CRC(Cyclic Redundancy Checking) 패킷을 리더로 전달하는 동시에 응답(Reply) 모드로 천이하는 단계
    를 포함하는 태그 장치의 동작 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 준비(Ready) 모드의 내부 변수 값과 기 설정된 대기 시간은 리더로부터 수신된 리더 명령어를 통해 결정되는,
    태그 장치의 동작 방법.
  18. 고주파 대역 다량 태그 일괄 인식 시스템에서 리더 장치의 동작 방법에 있어서,
    수신된 태그 신호의 진폭위상(ASK: amplitude-shift keying)을 복조(demodulation)하는 단계;
    상기 태그 신호의 디지털 복조 단계를 위해 아날로그신호를 디지털로 변환하는 단계;
    상기 디지털 신호로 변환된 태그 신호의 서브캐리어를 복조하는 단계; 및
    상기 복조된 태그 신호를 디코딩하여 정보를 추출하는 디코더 단계를 포함하고,
    상기 진폭위상을 아날로그 복조하는 단계와 서브캐리어를 디지털 복조하는 단계를 통해 다량태그 인식 성능을 높이는 것을 특징으로 하는
    리더 장치의 동작 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 변환된 태그 신호의 서브캐리어를 복조하는 단계는
    밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조 단계를 포함하고,
    상기 밀러(Miller) 서브캐리어 디지털 복조 단계는
    태그 신호로부터 피크 신호를 생성하는 단계;
    피크 신호의 위치 정보를 추출하는 단계;
    상기 피크 신호의 위치 정보를 이용하여 베이시스(Basis) 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 리더 장치의 동작 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 태그로 리더 명령어를 전송하는 단계를 더 포함하고,
    상기 리더 명령어는
    태그의 랜덤접근모드를 제어하기 위한 내부 변수 값을 설정하는 R값 셋팅 필드; 및
    상기 내부 변수 값에 따라 준비(Ready) 모드로 천이하기 위한 기 설정된 대기 시간을 설정하는 Twait 셋팅 필드를 포함하는
    리더 장치의 동작 방법.
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