본 논문에서는 빔 형성RFID 리더기모듈을 제안하고 이를 이용한 편리한 쇼핑 시스템을 설계한다. 스위치 빔 형성(Switched Beamforming) RFID 리더기를 이용 쇼핑 매장용 스마트 게이트를 설계함으로써 기존 쇼핑시스템의 문제점인 태그 인식률을 높여주고 적응적 빔 파라미터 설계로 리더기의 자동 태그인식 기능을 개선한다. 제안한 시스템은 쇼핑 카트의 태그 정보를 수신 및 처리하는 스마트 게이트, 태그정보에 포함된 가격자료 확인 및 결제처리를 하는 결제 시스템, 결제 시스템의 결제 정보를 수합하고 이 정보를 활용 소비자 구매도 분석, 재고관리 및 납품관리를 하는 중앙 서버로 구성된다. 제안된 쇼핑 시스템이 기존의 쇼핑 시스템에 비해 성능면에서도 우위일 뿐 아니라 실용성, 고객의 편의성을 개선과 아울러 유지 관리 비용측면에도 이점이 있음을 보여준다.
본 논문에서는 빔 형성 RFID 리더기 모듈을 제안하고 이를 이용한 편리한 쇼핑 시스템을 설계한다. 스위치 빔 형성(Switched Beamforming) RFID 리더기를 이용 쇼핑 매장용 스마트 게이트를 설계함으로써 기존 쇼핑시스템의 문제점인 태그 인식률을 높여주고 적응적 빔 파라미터 설계로 리더기의 자동 태그인식 기능을 개선한다. 제안한 시스템은 쇼핑 카트의 태그 정보를 수신 및 처리하는 스마트 게이트, 태그정보에 포함된 가격자료 확인 및 결제처리를 하는 결제 시스템, 결제 시스템의 결제 정보를 수합하고 이 정보를 활용 소비자 구매도 분석, 재고관리 및 납품관리를 하는 중앙 서버로 구성된다. 제안된 쇼핑 시스템이 기존의 쇼핑 시스템에 비해 성능면에서도 우위일 뿐 아니라 실용성, 고객의 편의성을 개선과 아울러 유지 관리 비용측면에도 이점이 있음을 보여준다.
In this paper, we present a switched beamforming RFID reader and propose a convenient shopping system using it. The smart gate with the switched beamforming RFID reader(s) improves tag detection probability, tag false alarm probability, automatic detection functionality of shopping system compared t...
In this paper, we present a switched beamforming RFID reader and propose a convenient shopping system using it. The smart gate with the switched beamforming RFID reader(s) improves tag detection probability, tag false alarm probability, automatic detection functionality of shopping system compared to existing RFID based systems. The proposed system consists of a smart gate to read and verify the tags within cart, a check-out counter to approve customer purchase, and a central server to manage inventory & delivery and to analyze customer purchase trend. The proposed shopping system is more practical, convenient, and cost-effective to A/S than existing RFID shopping systems.
In this paper, we present a switched beamforming RFID reader and propose a convenient shopping system using it. The smart gate with the switched beamforming RFID reader(s) improves tag detection probability, tag false alarm probability, automatic detection functionality of shopping system compared to existing RFID based systems. The proposed system consists of a smart gate to read and verify the tags within cart, a check-out counter to approve customer purchase, and a central server to manage inventory & delivery and to analyze customer purchase trend. The proposed shopping system is more practical, convenient, and cost-effective to A/S than existing RFID shopping systems.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 기존 RFID 리더기의 문제점을 보완하여 주는 빔 형성 리더기를 새로이 제안하고 이를 스마트 게이트에 설치 이용하는 쇼핑 시스템을 설계한다.
가설 설정
900MHz RFID 리더기에 충돌방지 알고리즘(저가형)으로는 슬롯 알로하 방식[12]을 가정하며 이때 샘플 태그 수에 따른 프레임 당 슬롯 수 N (32~ 256, 2의 배수)는 적정 값을 정한다.
커버리지 영역 내 균일 태그 분포를 가정하며 태그 당 인식률은 실제 실험 결과치[12]를 이용한다. 또한 이상적인 스캐닝 경우를 고려 스캐닝 시 에러는 0을 가정한다. 인식률은 인식 성공 회수(여기서 ‘성공‘이란 모든 샘플 태그를 인식한 경우임)를 총 회수(여기선 104회 가정)로 나눈 값으로 나타낸다.
3절)를 설계 제안한다. 빔 형성 RFID 리더기는 고정식 혹은 이동식 (휴대용 단말기 부착형)으로 설계 가능하지만 본 논문에서 스마트 게이트에 설계되는 리더기는 고정식을 가정하여 설명한다.
시뮬레이션을 위한 빔 형성 안테나로 선형배열안테나1를 선정하고, 빔 형성 프로세서 파라미터 값으로 20° (센서 수 M=18개) 혹은 40° (센서 수 M=9개)의 빔 폭, ±90° 의 빔 각도, 커버리지 영역(반경 1m 이내)을 포괄하는 빔 세기(100mW)를 가정한다[11].
우선 기존의 단극 혹은 쌍극 안테나가 아닌 빔 형성 안테나를 부착한 리더기를 이용 커버리지 영역을 1/M로 나누어(센서개수 M을 가정) 줌으로써 다중 태그 인식률을 개선한다 ― 인식성능에 대한 시뮬레이션 검증 결과는 5.2 절을 참조한다.
900MHz RFID 리더기에 충돌방지 알고리즘(저가형)으로는 슬롯 알로하 방식[12]을 가정하며 이때 샘플 태그 수에 따른 프레임 당 슬롯 수 N (32~ 256, 2의 배수)는 적정 값을 정한다. 커버리지 영역 내 균일 태그 분포를 가정하며 태그 당 인식률은 실제 실험 결과치[12]를 이용한다. 또한 이상적인 스캐닝 경우를 고려 스캐닝 시 에러는 0을 가정한다.
제안 방법
단극(혹은 쌍극) 안테나를 부착한 기존 리더기와는 달리 제안한 리더기에는 방향성의 좁은 빔을 발생하는 선형배열 안테나 (안테나 센서 수 M 가정)의 부착으로 커버리지 영역을 1/M로 나누어 주어 충돌방지 알고리즘 제한을 보완 다중 태그 인식률을 개선한다[11].
본 논문에서 제안한 방식은 빔 형성 RFID 리더기와 이를 부착한 스마트 게이트 설계로 위에서 언급한 기존 쇼핑 시스템의 문제점을 개선한다. 우선 기존의 단극 혹은 쌍극 안테나가 아닌 빔 형성 안테나를 부착한 리더기를 이용 커버리지 영역을 1/M로 나누어(센서개수 M을 가정) 줌으로써 다중 태그 인식률을 개선한다 ― 인식성능에 대한 시뮬레이션 검증 결과는 5.
본 논문에서 제안한 스마트 게이트는 카트에 담겨진 모든 태그 정보(태그 집합)를 효과적으로 스캐닝 할 수 있도록 설계된다.
RFID 리더기는 제품의 정보를 저장하고 있는 태그를 무선 주파수를 통해 읽어 들이고 해당 정보를 서버로 보내어 관리자에게 제공한다. 본 논문에서는 매장 안에 카트를 이용 하여 쇼핑할 경우 카트에 담은 모든 상품(수동RFID 태그 부착 가정)을 효과적으로 읽어 들일 수 있는 빔 형성 RFID 리더기(2.2 절)와 스마트 게이트(2.3절)를 설계 제안한다. 빔 형성 RFID 리더기는 고정식 혹은 이동식 (휴대용 단말기 부착형)으로 설계 가능하지만 본 논문에서 스마트 게이트에 설계되는 리더기는 고정식을 가정하여 설명한다.
빔 형성 RFID 리더기 모듈과 스마트 게이트를 이용한 새로운 편리한 쇼핑 시스템을 제안하였다. 제안한 시스템은 기존의 카트 리더기 기반의 쇼핑시스템에 비해 다중 태그 인식률 (detection probability)을 높여 주었고, 적응적 빔 형성 파라미터 조절로 자동인식 기능을 개선 시켰다.
본 논문에서 제안한 빔 형성 RFID 리더기란 방향성을 갖는 빔 형성 안테나를 기존의 저가형 리더기에 부착한 형태라고 볼 수 있다. 빔 형성 리더기는 사용자가 원하는 방향으로 적절한 빔 폭과 빔 각도의 빔을 형성하고 형성된 빔 내의 태그정보를 인식케 함으로써 제한된 태그 수란 기존 리더기 문제점을 개선한다. 이러한 빔 형성으로 획득된 공간 다이버시티 이득은 리더기의 전송 전력 효율 및 주파수 재사용률을 또한 개선한다.
안테나 2개 이상이 부착된 빔 형성 리더기 (혹은 빔 형성 리더기 모듈 2개이상)를 이용한 상호 태그 셑 점검 절차로 인식 오류를 또한 줄여준다. 시뮬레이션을 통해 제안 시스템의 기존 시스템에 비한 인식성능 개선을 검증한다.
성능/효과
동일조건을 가정할 때 20° 빔 폭의 경우 태그 수 150개까지 99%의 인식률을 만족하며 40°의 경우 태그 수 60개까지 99%의 인식률을 만족함을 알 수 있다.
본 논문에서 제안한 빔 형성 RFID 리더기란 방향성을 갖는 빔 형성 안테나를 기존의 저가형 리더기에 부착한 형태라고 볼 수 있다. 빔 형성 리더기는 사용자가 원하는 방향으로 적절한 빔 폭과 빔 각도의 빔을 형성하고 형성된 빔 내의 태그정보를 인식케 함으로써 제한된 태그 수란 기존 리더기 문제점을 개선한다.
시뮬레이션을 통해 기존 시스템에 비해 제안 시스템의 다중 태그 인식률 개선을 검증하였고 그 결과 99% 인식률 기준으로 빔 폭 20°인 경우 15배 이상, 40°인 경우 6배 이상 태그 수를 늘려줌을 보여주었다.
빔 형성 RFID 리더기 모듈과 스마트 게이트를 이용한 새로운 편리한 쇼핑 시스템을 제안하였다. 제안한 시스템은 기존의 카트 리더기 기반의 쇼핑시스템에 비해 다중 태그 인식률 (detection probability)을 높여 주었고, 적응적 빔 형성 파라미터 조절로 자동인식 기능을 개선 시켰다. 시뮬레이션을 통해 기존 시스템에 비해 제안 시스템의 다중 태그 인식률 개선을 검증하였고 그 결과 99% 인식률 기준으로 빔 폭 20°인 경우 15배 이상, 40°인 경우 6배 이상 태그 수를 늘려줌을 보여주었다.
기존 RFID 카트 리더기 (고정식 혹은 이동식)를 이용한 종래 쇼핑 시스템의 경우 시스템 성능, 실용성 및 고객 편의성면 등에 있어 다음과 같은 문제점을 갖고 있다. 첫째 기존 RFID 리더기는 충돌방지기술의 기술적 한계로 초당 태그 수 (10개~20개 이내)가 제한되고 이는 곧 카트 내 다수의 상품 태그 (수십~수백개 이상 가능)에 대한 인식률 (detection probability) 저하를 낳는다. 더불 어 기존 리더기의 경우 고정식 파라미터 설계로 카트 내 다양한 형태 및 크기의 상품에 대한 인식이 어려우며 다른 한편으론 RF 전파특성상 카트를 매장 내 이동시 진열대의 상품(태그)이나 다른 카트의 상품을 잘못 오인하는 인식오류 또한 발생할 수 있다.
기존의 고정식 (혹은 이동식) RFID 리더기에 기반한 쇼핑 시스템[1-5]의 경우 리더기의 기술적 제한과 시스템 운용상의 다음 몇 가지 문제로 인해 실용화가 제한되고 있다. 첫째, ISO/IEC 18000-3기반 기존 리더기(저가형)를 사용할 경우 충돌방지 (anti-collision) 알고리즘의 한계로 동시 리딩 태그 수가 900MHz 리더기의 경우 최대 10~20개 이하 (13.56MHz 리더기의 경우는 최대 8~10개 이하)로 제한된다. 다수(수십 ~ 수백 개 이상)의 물품을 담게 되는 쇼핑 카트를 고려할 때 이러한 기존 리더기의 태그 인식률 (detection probability) 저하는 쇼핑 시스템 상용화를 어렵게 한다.
이때 기준 인식률은 99%로 하였고, 프레임 당 슬롯 수 N에 대한 리드 사이클 타임은[12]의 [표 1]을 참조하였다. 태그 수에 따라 인식시간이 선형적으로 증가함을 알 수 있으며 동일 샘플 수 기준으로 두 방식사이의 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 논문에서 RFID 기반 쇼핑 시스템은 어디에 응용이 가능할 것이라 예상하는가?
RFID 기술은 대형매장 내 모든 상품에 태그를 부착하고 리더기를 이용 일정거리 (약 1m 이내) 에서도 손쉽게 상품 태그를 읽어 들이게 하여 쇼핑, 결재, 입출고, 재고 관리, 창고관리 등의 쇼핑 프로세스를 용이하게 한다. RFID 기반 쇼핑 시스템은 대형 할인 매장, 대형 마트, 재고 창고 등 다양한 응용이 예상되며 기존의 바코드 시스템의 대체용으로 연구 개발 되고 있다[1].
기존의 고정식 (혹은 이동식) RFID 리더기에 기반한 쇼핑 시스템의 실용화가 제한되고 있는 이유는 무엇인가?
기존의 고정식 (혹은 이동식) RFID 리더기에 기반한 쇼핑 시스템[1-5]의 경우 리더기의 기술적 제한과 시스템 운용상의 다음 몇 가지 문제로 인해 실용화가 제한되고 있다. 첫째, ISO/IEC 18000-3기반 기존 리더기(저가형)를 사용할 경우 충돌방지 (anti-collision) 알고리즘의 한계로 동시 리딩 태그 수가 900MHz 리더기의 경우 최대 10~20개 이하 (13.56MHz 리더기의 경우는 최대 8~10개 이하)로 제한된다. 다수(수십 ~ 수백 개 이상)의 물품을 담게 되는 쇼핑 카트를 고려할 때 이러한 기존 리더기의 태그 인식률 (detection probability) 저하는 쇼핑 시스템 상용화를 어렵게 한다. 기존 시스템 태그 인식률 문제 개선을 위해 카트외에 계산대에도 리더기의 추가 설치로 오류발생시 태그정보 재점검 방식[4][5]을 채택하고 있지만 근원적인 해결책이라 보기 어렵고, 더욱이 이러한 이중 점검은 쇼핑절차를 복잡하게하고 쇼핑 시간 지연 등 고객 편의성을 오히려 저해시킨다. 둘째, 기존의 쇼핑 시스템[2-5]의 자동인식 성능은 고정식 파라미터로 설계 되어상품 형태 및 크기, 태그 분포, 운용환경에 따라 많은 영향을 받는다[6-8][12]. 예를 들면 카트보다 긴 크기의 상품을 담을 때 자동인식이 어려우며, 매장 내 카트 이동시 진열대에 진열 상품이나 다른 카트 상품을 잘못 읽어 들이는 오류 인식(false alarm) 또한 유발시킬 수 있다. 그 외에 고가의 전용 카트 제작비용, 카트 손망실, 정기적인 배터리 교체 등의 유지관리 비용 문제도 간과 할 수 없다.
RFID란 무엇인가?
RFID는 마이크로 칩을 내장한 태그 (수동 혹은 능동), 레이블, 카드 등에 저장된 정보를 무선 주파수를 이용하여 RFID 리더기로 자동으로 인식하는 기술이다.
참고문헌 (12)
조건화, 양진호, 안병태, 강현석, "고객의 효율적인 쇼핑을 위한 RFID/USN 기반 이동형리더기를 이용한 u-마트 네트워크", 한국콘텐츠학회논문지, 제8권, 제5호, pp.104-112, 2008.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.