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문제 정의
- 본 논문에서는 기존의 리더와 미들웨어 또는 호스트 시스템 사이의 인터페이스 역할을 수행하는 리더 프로토콜들이 수동형 RFID 시스템에 초점을 맞추고 표준화가 진행되는 것을 지적하였다. 그리고 기존 수동형 RFID 시스템에 초점을 맞춘 EPCglobal Low Level Reader Protocol 1.
제안 방법
- 10개, 2) 20개, 3) 30개의 태그로 각각 가정하고 5.2절에서 수행한 smoothing 반복 횟수를 3회 시행한 실험방법과 동일한 방법으로 태그를 수집하여 관심 있는 태그 manufacturelD를 filtering하는 실험을 각각 200번 반복 수행하였다. 수집된 각각 200 개의 실험결과에서 호스트 시스템과 리더 간 데이터 전송량을 측정하였다.
- 구현된 능동형 RFID 시스템에서 리더의 태그 수집 능력을 평가하기 위해 45개의 태그를 10부터 45 개 까지 5개 단위로 변경하면서 각각 200번의 Collection 명령을 반복 수행하였다. 수집된 200개의 실험결과에서 리더에서의 태그 인식률과 평균 태그 수집시간을 계산하였다.
- collection 명령으로는 ISO/IEC 18000-7에서 정의하는 태그 수집명령어를 바탕으로 하였으며, [11] 충돌 회피 기법으로 Slotted ALOHA 기법을 사용하였다. 그리고 RFID 리더가 태그의 응답을 기다리는 윈도우 크기는 ISO/IEC 18000-7의 기본 값인 57.3ms를 고정하여 사용하였으며, 태그는 반응할 slot 크기로 4ms를 사용하여 윈도우 크기 안에서 랜덤하게 한번 응답하도록 하여 한번의 collection 명령으로 최대 11개의 태그가 응답할 수 있도록 하였다.
- 그리고 기존 수동형 RFID 시스템에 초점을 맞춘 EPCglobal Low Level Reader Protocol 1.0.1 을 바탕으로 EPCglobal Reader Protocol 1.0의 일부 기능을 통합하여 능동형 RHD 시스템을 위한 효율적인 리더 프로토콜을 구현하였다. 이를 통해 ISO/IEC 15961, 15962 표준을 따를 때 발생하던 태그 데이터 read/ write 시 발생하던 오버헤드를 줄일 수 있었고, 리더의 RF transceiver와 리더와 태그간의 Air protocol 의 파라미터들을 직접 설정하고 관리함하였다.
- 4GHz RFID 리더의 리더 프로토콜로 사용했던 ISO/IEC 15961, 15962와 본 논문에서 구현한 리더 프로토콜을 이용 태그에 데이터를 저장하는데 있어서의 성능 차이를 비교해보고 두 번째로 RHD의 가장 중요한 기능 중 하나인 태그 collection 실험을 구현한 리더 프로토콜의 smoothing/filtering 기능을 적용하기 전에 수행 태그 수집률을 측정해보고 논문에서 구현한 리더 프로토콜의 smoothing 기능을 적용하여 태그의 수집률을 측정 적용하기 전 수집률과 비교해본다. 그리고 마지막으로 논문에서 구현한 리더 프로토콜의 filtering 기능을 적용하였을 경우와 적용하기 전의 리더와 호스트 간의 데이터 전송량을 분석 해본다.
- 호스트 시스템으로는 windowsXP O/S가 설치된 데스크톱을 이용하였으며, 리더는 UART 인터페이스를 통해서 모니터링 하고 호스트 시스템과 리더는 TCP/IP의 소켓 통신을 통해서 호스트 시스템으로부터 명령을 전달받고 결과를 반환하였다. 논문에서 구현한 리더 프로토콜의 성능 평가를 위해 실험은 크게 세 가지로 나누어 진행하였다. 먼저 첫 번째로 기존의 2.
- 두 번째 실험으로 앞서 설명한 실험환경에서 collection 명령을 사용하여 기본적인 태그 수집 성능을 측정하였다. collection 명령으로는 ISO/IEC 18000-7에서 정의하는 태그 수집명령어를 바탕으로 하였으며, [11] 충돌 회피 기법으로 Slotted ALOHA 기법을 사용하였다.
- 따라서 본 논문에서는 EPCglobal에서 제안한 LLRP 1.0.1 을 바탕으로 RP 1.1의 일부 데이터 가공 기능들을 추가하여 호스트 시스템이 리더의 RF transceiver와 리더 태그간의 통신에 사용되는 Air Protocol의 명령어 파라미터를 직접 설정하고 리더에서 수집한 다량의 데이터 중 호스트 시스템이 관심을 가지는 정보를 리더에서 가공함으로 RHD 미들웨어의 오버헤드를 줄일 수 있는 능동형 RHD 리더를 위한 효율적인 리더 프로토콜을 구현하고, 한 대의 리더와 흐스트 그리고 다중 태그로 구성된 능동형 RFID 시스템에 적용하여 성능을 평가한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
- 전체 동작을 제어 하는 역할을 한다. 리더 프로토콜 모듈로부터 명령을 받아 Tag Driver 모듈을 통해 태그와의 통신 작업을 수행하고 그 결과를 리더 프로토콜 모듈로 반환하는 기능을 수행한다. Command Decode는 리더 프로토콜 모듈로부터 받은 8bit 바이너리 스트림 형태의 파라미터들을 세부 값 2로 파싱하며 이 과정에서 8bit 바이너리 스트림이 구현한 리더 프로토콜의 파라미터들과 부합하는지 체크하여 Error 처리를 한다.
- 논문에서 구현한 리더 프로토콜의 성능 평가를 위해 실험은 크게 세 가지로 나누어 진행하였다. 먼저 첫 번째로 기존의 2.4GHz RFID 리더의 리더 프로토콜로 사용했던 ISO/IEC 15961, 15962와 본 논문에서 구현한 리더 프로토콜을 이용 태그에 데이터를 저장하는데 있어서의 성능 차이를 비교해보고 두 번째로 RHD의 가장 중요한 기능 중 하나인 태그 collection 실험을 구현한 리더 프로토콜의 smoothing/filtering 기능을 적용하기 전에 수행 태그 수집률을 측정해보고 논문에서 구현한 리더 프로토콜의 smoothing 기능을 적용하여 태그의 수집률을 측정 적용하기 전 수집률과 비교해본다. 그리고 마지막으로 논문에서 구현한 리더 프로토콜의 filtering 기능을 적용하였을 경우와 적용하기 전의 리더와 호스트 간의 데이터 전송량을 분석 해본다.
- 지원하는 기능들이 서로 다르다. 본 논문에서 구현한 리더 프로토콜은 8bit 형태의 스트림을 기본으로 하는 바이너리 인코딩을 수행한 바이너리 스트림 방식의 message를 리더와 호스트 사이의 데이터 전송에 사용하며 리더의 기능을 조회하고 리더의 RF transceiver 및 리더와 태그 사이의 Air Protocol을 직접 설정할 수 있는 기능을 지원 하는 EPCglobal LLRP 1.0.1 을 기본으로 하여, 추가로 EPCglobal RP 1.0의 smoothing 기능을 능동형 RFID 리더의 태그 수집명령(Collection command)에 적용하여 태그의 인식률을 높이고 filtering 기능을 통해 리더에서 중복 응답흐卜는 태그나 호스트에서 관심을 가지는 태그들을 리더 상에서 filtering흐}여 호스트로 전송함으로 리더와 호스트간의 데이터 전송량을 줄이고 호스트의 오버헤드를 감소시키는 이점을 제공한다.
- 본 논문에서는 리더의 태그 수집 성능 향상을 위해 능동형 RHD 시스템을 위한 효율적인 리더 프로토콜을 LLRP 1.0.1 을 기본으로 RP L0의 일부 기능을 수정하여 구현하였斗 이 절에서는 기본 태그 수집 결과와 구현한 리더 프로토콜의 smoothing 기능의 반복 횟수를 2회 3회로 늘려서 태그 수집률을 측정하고 성능을 비교 분석하였다
- 실험은 ISO/IEC 15961 명령어인 'Add Sin이e Object' 명령과 구현한 리더 프로토콜의 'Write Tag Memory, 명령어를 이용 하나의 태그에 6개의 동일한 데이터 객체를 순차적으로 저장하면서 사용자가 커맨드를 입력하고 리더로부터 응답을 받을 때까지의 응답시간과 데이터 객체를 저장하기 위해 리더와 태그 Air protocol 명령어가 몇번 수행하였는가를 측정하였다. 그림 4(a)(b)는 이 실험결과를 보여준다.
- 실험은 smoothing 기능을 적용하여 collection 명령을 수행할 때 최초 한번 태그를 슬립상태에서 wake-up시키고 반복해서 collection 명령을 수행 하여 태그의 개수는 10개부터 5개 단위로 45개까지 변경하면서 200번 반복 수행하였다. 수집된 200개의 실험결과에서 리더에서 태그의 인식률과 평균 태그 수집시간과 태그들의 중복 응답률을 계산하였다.
- 이 절에서는 기존의 리더 프로토콜과 구현한 리더 프로토콜의 filtering 기법을 이용하여 호스트 시스템과 리더 사이에서의 데이터 전송량 감소 정도를 측정해본다.
- 첫 번째 실험으로 기존의 2.4Qh 능동형 RFID 시스템에서 사용하고 있는 ISO/IEC 15961, 15962 표준과 본 논문에서 구현한 리더 프로토콜을 대상으로 능동형 RFID 시스템의 기본 기능 중에 하나인 태그 데이터 저장 기능의 성능 차이를 비교하였다. ISO/IEC 15961, 15962 표준은 수동형 RFID 에 초점을 맞추고 있기 때문에 태그에서는 아무런 데이터 프로세싱을 하지 못하는 것으로 간주하고 데이터를 추가하고자 할 때에는 태그의 데이터 메모리맵을 리더로 먼저 읽어와 리더에서 저장하고자 하는 데이터를 추가한 후 다시 태그에 메모리 맵을 저장하는 흐름으로 명령어가 수행된다.
- 4GHz 능동형 RFID 태그가 사용되었으며, 실험 환경에서 45개의 태그는 리더와 일정 거리를 두고 lm X 1m의 공간에 분산적으로 배치하였다. 호스트 시스템으로는 windowsXP O/S가 설치된 데스크톱을 이용하였으며, 리더는 UART 인터페이스를 통해서 모니터링 하고 호스트 시스템과 리더는 TCP/IP의 소켓 통신을 통해서 호스트 시스템으로부터 명령을 전달받고 결과를 반환하였다. 논문에서 구현한 리더 프로토콜의 성능 평가를 위해 실험은 크게 세 가지로 나누어 진행하였다.
대상 데이터
- RFID 리더의 메인 프로세서로 ARM920T 코어 기반의 32비트 RISC 마이크로프로세서, RF 프로세서로 ARM7TDMI 코어 기반의 32비트 RISC 마이크로프로세서, 2.4甌 RF 트랜시버, 각종 메모리 등을 탑재하였다
- 본 논문에서 리더 프로토콜을 구현 하고 성능을 평가하기 위해서 부산대학교 임베디드 네트워크 시스템연구실에서 개발한 2.40b 능동형 RFID 리더를 사용하였다. 그림 2는 구현에 이용한 능동형 RFID 리더의 구조를 나타내고 있다.
- 임베디드 O/S를 탑재하여 다양한 사용자 응용프로그램 지원이 가능하며, 리더의 전체 동작을 제어하면서 데이터 처리 및 TCP/IP 통신을 이용 호스트 시스템과 연동을 지원하기 위한 메인 프로세서와 RF transceiver의 제어 및 통신 프로토콜 처리를 위한 전용 프로세서인 RF 프로세서로 이루어진 두 개의 프로세서 기반 시스템 구조를 가진다. 본 논문에서 제시하는 Reader Protocole 메인 프로세서 위에서 구현되어 리더와 호스트 사이에서 TCP/IP를 통한 인터페이스를 이용 데이터를 주고 받는다.
- 본 논문의 실험에는 하나의 2.4아h 능동형 RFID 리더와 총 45개의 2.4GHz 능동형 RFID 태그가 사용되었으며, 실험 환경에서 45개의 태그는 리더와 일정 거리를 두고 lm X 1m의 공간에 분산적으로 배치하였다. 호스트 시스템으로는 windowsXP O/S가 설치된 데스크톱을 이용하였으며, 리더는 UART 인터페이스를 통해서 모니터링 하고 호스트 시스템과 리더는 TCP/IP의 소켓 통신을 통해서 호스트 시스템으로부터 명령을 전달받고 결과를 반환하였다.
- 2절에서 수행한 smoothing 반복 횟수를 3회 시행한 실험방법과 동일한 방법으로 태그를 수집하여 관심 있는 태그 manufacturelD를 filtering하는 실험을 각각 200번 반복 수행하였다. 수집된 각각 200 개의 실험결과에서 호스트 시스템과 리더 간 데이터 전송량을 측정하였다. 이 실험 결과 태그의 수집 시간과 태그 수집률은 5.
데이터처리
- 200번 반복 수행하였다. 수집된 200개의 실험결과에서 리더에서 태그의 인식률과 평균 태그 수집시간과 태그들의 중복 응답률을 계산하였다. 그림 6(a)(b)와 표 2는 이 실험결과를 보여준다.
- 명령을 반복 수행하였다. 수집된 200개의 실험결과에서 리더에서의 태그 인식률과 평균 태그 수집시간을 계산하였다. 그림 5(a)(b)는 이 실험의 결과를 보여준다.
이론/모형
- 측정하였다. collection 명령으로는 ISO/IEC 18000-7에서 정의하는 태그 수집명령어를 바탕으로 하였으며, [11] 충돌 회피 기법으로 Slotted ALOHA 기법을 사용하였다. 그리고 RFID 리더가 태그의 응답을 기다리는 윈도우 크기는 ISO/IEC 18000-7의 기본 값인 57.
성능/효과
- 그림 6(a)(b)와 표 2는 이 실험결과를 보여준다. 그림 6(a) 에서 보는 바와 같이 smoothing 기능을 사용하더라도 기본 태그 수집 결과와 평균 태그 수집 시간과 크게 차이를 보이지 않고 태그의 개수가 늘어남에 있어 선형적으로 증가하는 것을 볼 수 있다. 이는 본 논문에서 구현한 smoothing 기능이 기본 태그 수집과 비교해서 큰 오버헤드를 갖지 않는다고 할 수 있다.
- 그리고 표 2에서 보는 바와 같이 collection 명령을 수행함에 있어 태그들의 개수가 많아짐에 따라 태그들의 중복 응답률이 증가함을 실험적으로 알 수 있다. 이는 태그들이 많아짐에 따라 발생하는 전파의 간섭으로 리더의 collection 명령에 응답한 태그들이 리더가 보낸 sleep 명령을 제대로 수신하지 못하고 다음 collection 라운드에 다시 리더로 자신의 TagID를 전송하였기 때문이다.
- 이를 통해 ISO/IEC 15961, 15962 표준을 따를 때 발생하던 태그 데이터 read/ write 시 발생하던 오버헤드를 줄일 수 있었고, 리더의 RF transceiver와 리더와 태그간의 Air protocol 의 파라미터들을 직접 설정하고 관리함하였다. 동시에 smoothing/filtering 기능을 통해 리더의 태그 인식률을 높이고 리더에서 중복 응답한 태그들의 데이터 중 흐스트 시스템에서 관심을 가지는 태그들을 미리 리더에 설정하여 리더에서 호스트 시스템이 관심을 가지지 않는 태그들의 데이터를 사전 句tering함으로써 호스트와 리더 간의 전송 데이터의 양을 줄여 주는 이득을 보여 주었다.
- 수집된 각각 200 개의 실험결과에서 호스트 시스템과 리더 간 데이터 전송량을 측정하였다. 이 실험 결과 태그의 수집 시간과 태그 수집률은 5.2절의 그림 5어서 smoothing 반복 횟수 3회를 시행한 결과와 같은 인식률과 평균 태그 수집 시간이 소요되었고 표 3은 기존 리더 프로토콜과 본 논문에서 구현한 리더 프로토콜의 호스트와 리더 간 데이터 전송량의 감소 정도를 측정한 것이다. 이는 기존의 리더 프로토콜과 달리 호스트가 관심을 가지는 태그들만을 리더에서 filtering 하여 호스트에게 전송함으로 그만큼 호스트 시스템의 오버헤드를 줄일 수 있고 호스트와 리더 간의 데이터 전송량도 줄일 수 있다.
- 0의 일부 기능을 통합하여 능동형 RHD 시스템을 위한 효율적인 리더 프로토콜을 구현하였다. 이를 통해 ISO/IEC 15961, 15962 표준을 따를 때 발생하던 태그 데이터 read/ write 시 발생하던 오버헤드를 줄일 수 있었고, 리더의 RF transceiver와 리더와 태그간의 Air protocol 의 파라미터들을 직접 설정하고 관리함하였다. 동시에 smoothing/filtering 기능을 통해 리더의 태그 인식률을 높이고 리더에서 중복 응답한 태그들의 데이터 중 흐스트 시스템에서 관심을 가지는 태그들을 미리 리더에 설정하여 리더에서 호스트 시스템이 관심을 가지지 않는 태그들의 데이터를 사전 句tering함으로써 호스트와 리더 간의 전송 데이터의 양을 줄여 주는 이득을 보여 주었다.
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