[논문]컴프레시브 수신기가 내장된 RFID 리더의 채널 충돌 회피 성능 분석

조원상; 박동철

doi:10.5515/kjkiees.2010.21.5.501

문제 정의

본 논문에서는 마IF 대역 RFID 리더의 리더간 채널 충돌 문제를 해결하기 위해 컴프레시브 수신기가내장된 RFID 리더의 운용 알고리즘을 제시하였고, 실제 환경과 유사한 조건에서 RFID 리더의 인식률시험을 통해 제안된 리더의 우수성을 입증하였다. 시험 결과, 제안된 RFID 리더는 기존 리더에 비해동일한 조건에서 2.
국내에서 주파수호핑 방식을 이용하는 RFID 시스템에 할당된 채널수와 동일한 6개의 리더가 근접한 거리에서 동시에운영되는 환경을 구성하였고, 시험을 통해 기존 RFID 리더와 컴프레시브 수신기가 적용된 리더의인식률을 비교 측정하였다. 이를 통해 제안된 시스템이 실제 밀집 환경에서 적합하게 운용될 수 있음을 보이고자 한다. 이를 위해 본 논문의 2장에서는리더간 간섭 정의와 기존에 제시되었던 리더간 간섭모델을 제시하고, EPC Global Classi, Gen2에서 정의한 밀집 리더 모드 운영 환경에서 근사화된 채널 충돌 회피 확률을 제시하였다.
이에 본 연구팀은 참고문헌 [5]와 [6]에서 소개한컴프레시브 수신기를 RFID 리더에 적용하여 리더간간섭 문제를 해결하고자 하였다. 국내에서 주파수호핑 방식을 이용하는 RFID 시스템에 할당된 채널수와 동일한 6개의 리더가 근접한 거리에서 동시에운영되는 환경을 구성하였고, 시험을 통해 기존 RFID 리더와 컴프레시브 수신기가 적용된 리더의인식률을 비교 측정하였다.

가설 설정

수 있으므로 식 (5)와 같다. 다만, 리더의 주파수 호핑 시간 사이에 존재하는 휴지 시간에 다른 리더가 동작하는 경우는 고려하지 않고, 리더간의 거리가 매우 가까워 채널 충돌시 리더의 인식률은 '0' 으로 가정한다.
5 m 이내로 제한하기 위해 설정된 값이다. 태그의 반사 효율은 태그마다 다르지만 본 논문에서는 -14 dB로 가정하였다. 이러한 조건에서 리더가 수신하는 태그의 역산란 신호 세기는 약 -38.

제안 방법

문제를 해결하고자 하였다. 국내에서 주파수호핑 방식을 이용하는 RFID 시스템에 할당된 채널수와 동일한 6개의 리더가 근접한 거리에서 동시에운영되는 환경을 구성하였고, 시험을 통해 기존 RFID 리더와 컴프레시브 수신기가 적용된 리더의인식률을 비교 측정하였다. 이를 통해 제안된 시스템이 실제 밀집 환경에서 적합하게 운용될 수 있음을 보이고자 한다.
시험 환경은 표 3과 같고 그림 9에 리더간 간섭 시험을 위한 각 리더와 태그의 구성을 나타내었다. 다만 제작된 리더의 주파수 범위가 개정 전 국내무선설비 기준고시를 기준으로 제작되었기 때문에시험 주파수를 910.5 MHz부터 913.5 MHz까지 600 kHz 간격으로 설정하였다.
그림 9의 reader 3의 위치에 설치하였고, 기존 리더는 reader 1, 2, 4, 5, 6에 설치하였다. 또한 시 분할 효과를 고려하기 위해 각 리더는 100 ms 동작하고, 300 ms의 휴지시간을 갖도록 하였다. 시험 결과, 기존 리더의 인식률은 30 % 수준에 머문 반면 컴프레시브 수신기를내장한 리더의 인식률은 81 %로 밀집 환경에서 기존 리더에 비해 2.
리더가 태그와 통신을 수행하기 전에 컴프레시브수신기는 리더 안테나로 입력된 RF 신호를 주파수에 따라 시간 영역에서 압축 펄스로 변환하고, 압축된 펄스의 시간 정보는 다시 주파수 정보로 연산되어 리더 주변의 채널 환경을 분석한다”. 컴프레시브수신기에 의해 점유되지 않은 채널이 확인된 후 RFID 리더는 태그와 통신을 수행하며, 태그와 통신을 끝낸 리더는 송신을 중단하고 다시 컴프레시브 수신기가 수신 모드로 변환하여 위 과정을 반복한다.
본 장에서는 3장에서 제안된 구조의 리더가 타당한지 검증하기 위해 실제 환경과 유사한 리더 운영환경을 구성하여 시험하였다. 특히 국내 무선설비기준고시에서 지정한 UHF 대역 RFID 채널수와 동일한 6개의 리더가 동시에 운영되는 환경을 설정하였다.
에너지를 동력원으로 사용해야 한다. 이를 위해 리더는 태그에 전원을 공급하고 정보를 얻기 위해 CW(Continuous Wave) 신호를 통신이 종료할 때까지 주기적으로 송신해야 하고, 태그의 역산란(back scattering) 신호를 수신한다. 따라서 리더간 간섭을회피하기 위해서는 리더-태그간 통신이 완료될 때까지 다른 리더가 해당 채널을 침범하지 않도록 해야한다 .
이를 통해 제안된 시스템이 실제 밀집 환경에서 적합하게 운용될 수 있음을 보이고자 한다. 이를 위해 본 논문의 2장에서는리더간 간섭 정의와 기존에 제시되었던 리더간 간섭모델을 제시하고, EPC Global Classi, Gen2에서 정의한 밀집 리더 모드 운영 환경에서 근사화된 채널 충돌 회피 확률을 제시하였다. 3장에서는 RFID 리더의 채널 충돌을 회피하기 위한 방법으로 컴프레시브 수신가 적용된 시스템의 구성과 동작 알고리즘을 기술하였다.
일반 사무실에 시험 환경을 구축함으로써 발생될수 있는 환경적 오차와 각 리더의 절대적인 성능 차이에 의한 인식률 차이를 없애기 위해, 하나의 리더만 단독으로 동작할 때 100회 read cycle시 각 리더에서 태그를 인식한 회수를 기준 값 T로 하여 상대적결과를 분석하였다.

대상 데이터

따라서 밀집 리더의 점유대역폭은 Tari 값에 의해 결정되며, 국내 기술 기준에의해 200 kHz를 초과하지 않도록 설계되어야 한다. 본 논문에서는 Tari가 25 “s인 밀집 리더를 기준으로 시험하였으며, 태그는 62.5 kbps의 데이터율을 갖는 miller-4 코딩 방식으로 응답하는 경우를 고려하였다.
보였다. 정확한 분석을 위해 제안된 리더 6대를이용하여 시험하여야 하나, 제작된 리더가 2대인 관계로 각각 2대의 경우에 대해서 시험하였다. 리더의위치는 그림 9의 reader 1과 reader 3으로 하였다.
구성하여 시험하였다. 특히 국내 무선설비기준고시에서 지정한 UHF 대역 RFID 채널수와 동일한 6개의 리더가 동시에 운영되는 환경을 설정하였다. 시험 환경은 표 3과 같고 그림 9에 리더간 간섭 시험을 위한 각 리더와 태그의 구성을 나타내었다.

성능/효과

본 연구결과를 활용하면 그동안 RFID 시스템 확산에 주요한 걸림돌이었던 리더간 채널 충돌 문제를해결하고, 특히 별도의 동기화 모듈이나 알고리즘이없어도 리더간 동기화를 구현할 수 있다. 따라서 일정 범위 내에서 동시에 운영되는 리더의 수를 획기적으로 증가시킬 수 있어 RFID 활용 분야를 더욱 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.
리더의위치는 그림 9의 reader 1과 reader 3으로 하였다. 시험 결과, 기존 리더의 경우 약 10 % 정도의 인식률저하가 나타났으나, 제안된 리더의 인식률 저하는거의 없었다. 그림 10의 계산 결과는 k = 6, 耸=2인
또한 시 분할 효과를 고려하기 위해 각 리더는 100 ms 동작하고, 300 ms의 휴지시간을 갖도록 하였다. 시험 결과, 기존 리더의 인식률은 30 % 수준에 머문 반면 컴프레시브 수신기를내장한 리더의 인식률은 81 %로 밀집 환경에서 기존 리더에 비해 2.7배 정도 향상되었다. 다만 제안된리더는 다른 리더의 채널을 간섭할 우려가 없으나, 제안된 리더가 동작한 순간에 다른 기존 리더로 인한 간섭이 발생하여 인식률이 80 % 수준에 그친 것으로 판단된다.
입증하였다. 시험 결과, 제안된 RFID 리더는 기존 리더에 비해동일한 조건에서 2.7배 정도 우수한 인식률을 보였으며, 제안된 리더만으로 구성된 환경에서는 리더간채널 충돌에 의한 인식률 저하가 거의 일어나지 않았다. 다만 좀 더 명확한 시험결과를 위해 시험에 사용된 제안된 리더의 수를 최소 6대 이상으로 하여분석해 볼 필요가 있다.

후속연구

어려운 문제이다. 그러나 리더가 송신 전에 RFID 채널 전체를 탐지한 후 능동적으로 채널과 동작 시간을 할당할 수 있다면 리더의 채널 충돌 확률은 획기적으로 개선될 수 있을 것이다.
7배 정도 우수한 인식률을 보였으며, 제안된 리더만으로 구성된 환경에서는 리더간채널 충돌에 의한 인식률 저하가 거의 일어나지 않았다. 다만 좀 더 명확한 시험결과를 위해 시험에 사용된 제안된 리더의 수를 최소 6대 이상으로 하여분석해 볼 필요가 있다.
리더간 동기화를 구현할 수 있다. 따라서 일정 범위 내에서 동시에 운영되는 리더의 수를 획기적으로 증가시킬 수 있어 RFID 활용 분야를 더욱 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.

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