EPCglobal Class-1 Gen-2 RFID 시스템의 Q-알고리즘에서는 슬롯-카운트 매개변수인 $Q_{fp}$ 값에 대한 초기 값이 정의되어 있지 않고, 슬롯-카운트의 크기를 증감시키기 위한 매개변수인 가중치 C의 값이 정해져 있지 않다. 따라서 태그의 수가 적은 상태에서 초기 $Q_{fp}$ 값을 크게 하면 빈 슬롯이 많이 발생하고, 태그의 수가 많은 상태에서 초기 $Q_{fp}$값을 적게 하면 충돌이 많이 발생한다. 또한 적절하지 못한 가중치를 선택할 경우 빈 슬롯 또는 충돌 슬롯이 많이 발생할 수 있다. 이로 인하여 질의 라운드 동안 최적의 프레임 크기에 수렴하는 속도가 늦어지므로 성능이 저하되는 문제점이 있다. 본 논문에서는 태그 수를 추정하여 최적의 초기 $Q_{fp}$ 값을 할당하고 현재의 슬롯-카운트 크기에 따라 가중치를 결정하는 기법을 제안하고, 이에 대한 성능을 분석한다.
EPCglobal Class-1 Gen-2 RFID 시스템의 Q-알고리즘에서는 슬롯-카운트 매개변수인 $Q_{fp}$ 값에 대한 초기 값이 정의되어 있지 않고, 슬롯-카운트의 크기를 증감시키기 위한 매개변수인 가중치 C의 값이 정해져 있지 않다. 따라서 태그의 수가 적은 상태에서 초기 $Q_{fp}$ 값을 크게 하면 빈 슬롯이 많이 발생하고, 태그의 수가 많은 상태에서 초기 $Q_{fp}$값을 적게 하면 충돌이 많이 발생한다. 또한 적절하지 못한 가중치를 선택할 경우 빈 슬롯 또는 충돌 슬롯이 많이 발생할 수 있다. 이로 인하여 질의 라운드 동안 최적의 프레임 크기에 수렴하는 속도가 늦어지므로 성능이 저하되는 문제점이 있다. 본 논문에서는 태그 수를 추정하여 최적의 초기 $Q_{fp}$ 값을 할당하고 현재의 슬롯-카운트 크기에 따라 가중치를 결정하는 기법을 제안하고, 이에 대한 성능을 분석한다.
In Q-algorithm of EPCglobal Class-1 Gen-2 RFID system, the initial value of $Q_{fp}$, which is the slot-count parameter, is not defined in the standard. And the values of weight C, which is the parameter for incrementing or decrementing the slot-count size, are not determined. Therefore, ...
In Q-algorithm of EPCglobal Class-1 Gen-2 RFID system, the initial value of $Q_{fp}$, which is the slot-count parameter, is not defined in the standard. And the values of weight C, which is the parameter for incrementing or decrementing the slot-count size, are not determined. Therefore, if the number of tags is small and we let the initial $Q_{fp}$ be large, the number of empty slot will be large. On the other hand, if we let the initial $Q_{fp}$ be small in spite of many tags, almost all the slots will be collided. Also, if the reader selects an inappropriate weight, there are a lot of empty or collided slots. As a result, the performance will be declined because the frame size does not converge to the optimal point quickly during the query round. In this paper, we propose a scheme to allocate the optimal initial $Q_{fp}$ through the tag number estimation and select the weight based on the slot-count size of current query round.
In Q-algorithm of EPCglobal Class-1 Gen-2 RFID system, the initial value of $Q_{fp}$, which is the slot-count parameter, is not defined in the standard. And the values of weight C, which is the parameter for incrementing or decrementing the slot-count size, are not determined. Therefore, if the number of tags is small and we let the initial $Q_{fp}$ be large, the number of empty slot will be large. On the other hand, if we let the initial $Q_{fp}$ be small in spite of many tags, almost all the slots will be collided. Also, if the reader selects an inappropriate weight, there are a lot of empty or collided slots. As a result, the performance will be declined because the frame size does not converge to the optimal point quickly during the query round. In this paper, we propose a scheme to allocate the optimal initial $Q_{fp}$ through the tag number estimation and select the weight based on the slot-count size of current query round.
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문제 정의
본 논문에서는 EPCglobal Class-1 Gen-2 RFID 시스템의 Q-알고리즘에 태그의 수를 추정하는 과정을 추가하고, 가중치 C의 값을 결정하기 위한 기법을 제안하였다. 제안한 기법에서는 질의 라운드를 시작하기 전에 태그의 수를 추정하여 최대의 성능을 얻을 수 있는 초기 Qfp값을 할당한다.
가설 설정
본 논문에서 제안한 기법의 성능 분석 결과는 Gen-2 알고리즘과 비교하여 나타내었다. Gen-2 알고리즘인 경우, 가중치 C는 0.3으로 가정하였으며, 초기 슬롯-카운트 매개변수의 값은 4.0을 가정하였다.
본 논문에서는 제안하는 가중치 C의 값은 현재 질의 라운드의 슬롯-카운트 크기를 기반으로 하는 관계식으로 표현된다. 가중치 C와 슬롯-카운트의 관계식을 유도하기 위하여 먼저 현재의 질의 라운드에서 충돌이 발생한 슬롯의 수를 Nc개라 가정한다. FSA 알고리즘에서 Nc개 슬롯에 충돌이 발생한 경우, 충돌에 참여한 태그의 수는 2.
본 논문에서는 시뮬레이션을 통하여 제안한 기법의 성능을 분석하였다. 시뮬레이션을 위한 매개변수는 참고문헌 [7]과 동일하게 가정하였다. 본 논문에서 제안한 기법의 성능 분석 결과는 Gen-2 알고리즘과 비교하여 나타내었다.
태그의 수를 추정하기 위하여 태그 수 추정 과정의 프레임은 N개 슬롯으로 구성되어 있는 것으로 가정한다. 태그 수 추정 과정 동안 관측된 빈 슬롯의 수를 Ne라 하고, 하나의 태그만 응답한 슬롯의 수를 Ns라 하고, 충돌이 발생한 슬롯의 수를 Nc라 하면, 충돌이 발생한 태그의 수(nc)는 다음과 같다 [7].
제안 방법
하지만 슬롯-카운트의 크기를 증감시키기 위한 매개변수인 가중치 C의 값을 결정하기 위한 명확한 기준이 제시되지 않고 있다. 단지 표준안에서는 슬롯-카운트의 크기가 큰 경우에는 상대적으로 적은 가중치 C의 값을 사용하고, 슬롯-카운트의 크기가 작은 경우에는 큰 가중치 값을 사용하도록 제안한다. 이 경우, 리더의 식별영역 내에 있는 태그의 수에 따라 적절하지 못한 가중치를 선택할 경우 빈 슬롯이 많이 발생하거나 충돌 슬롯이 많이 발생할 수 있다 [6].
이로 인하여 질의 라운드 동안 최적의 프레임 크기에 수렴하는 속도가 늦어질 수 있으므로 식별 속도 및 효율이 저하되는 문제점이 발생한다. 따라서 본 논문에서는 질의 라운드를 시작하기 전에 태그의 수를 추정하여 이를 바탕으로 최적의 초기 슬롯-카운트 매개변수 값을 할당하고, 현재 질의 라운드의 슬롯-카운트 크기에 따라 가중치 C의 값을 결정하는 기법을 제안하고, 시뮬레이션을 통하여 이에 대한 성능을 분석한다.
또한 Q-알고리즘에서는 슬롯-카운트의 크기를 증가 또는 감소시키기 위한 가중치 C의 값에 대한 최적의 값을 정의를 하지 않았다. 따라서 본절에서는 초기 Qfp값이 Gen-2 충돌방지 알고리즘의 성능에 미치는 영향과 식별영역 내에 있는 태그의 수에 따라 가중치의 값이 Gen-2 충돌방지 알고리즘의 성능에 미치는 영향을 시뮬레이션을 통하여 분석하였다. 시뮬레이션을 위한 매개변수의 값은 참고문헌 [7]과 같으며, 질의 명령은 다음과 같이 가정한다.
본 논문에서는 시뮬레이션을 통하여 제안한 기법의 성능을 분석하였다. 시뮬레이션을 위한 매개변수는 참고문헌 [7]과 동일하게 가정하였다.
본 논문에서는 제안하는 가중치 C의 값은 현재 질의 라운드의 슬롯-카운트 크기를 기반으로 하는 관계식으로 표현된다. 가중치 C와 슬롯-카운트의 관계식을 유도하기 위하여 먼저 현재의 질의 라운드에서 충돌이 발생한 슬롯의 수를 Nc개라 가정한다.
본 논문에서는 EPCglobal Class-1 Gen-2 RFID 시스템의 Q-알고리즘에 태그의 수를 추정하는 과정을 추가하고, 가중치 C의 값을 결정하기 위한 기법을 제안하였다. 제안한 기법에서는 질의 라운드를 시작하기 전에 태그의 수를 추정하여 최대의 성능을 얻을 수 있는 초기 Qfp값을 할당한다. 또한 슬롯-카운트 증감을 위한 가중치는 현재 질의 라운드의 슬롯-카운트에 대한 관계식으로 표현되며, 리더는 매 응답 슬롯마다 가중치 C값을 결정한다.
데이터처리
시뮬레이션을 위한 매개변수는 참고문헌 [7]과 동일하게 가정하였다. 본 논문에서 제안한 기법의 성능 분석 결과는 Gen-2 알고리즘과 비교하여 나타내었다. Gen-2 알고리즘인 경우, 가중치 C는 0.
이론/모형
본 논문에서는 Gen-2 Q-알고리즘의 초기 슬롯-카운트 매개변수 값을 결정하기 위하여 태그 수 추정 기법을 적용한다. 태그 수는 태그 수 추정 과정 동안 태그들이 응답한 결과와 확률적 계산을 통하여 얻은 결과를 조합하여 추정한다.
성능/효과
또한 고정된 가중치의 값을 사용할 경우 태그의 수가 아주 적으면 식별 속도 및 효율의 변동이 아주 심하게 나타 났다. 그러나 본 논문에서 제안한 방법과 같이 태그 수추정을 통한 Qfp값을 할당할 경우, 매 질의 라운드마다 최적의 프레임 크기를 할당하므로 태그의 수가 적은 경우에도 비교적 안정적인 성능을 얻을수 있었다. 또한 가중치와 슬롯-카운트의 관계를 제안한 관계식으로 할 경우, 가중치 C의 값은 현재 질의 라운드의 슬롯-카운트 크기에 따라 결정되므로 태그의 수가 적은 경우에도 비교적 안정적인 성능을 얻을 수 있었다.
그림 5와 6은 리더의 식별영역 내에 있는 태그의 수에 따른 식별 속도를 나타낸 것이다. 그림 5에서 나타낸 바와 같이 태그의 수가 많은 경우 제안한 기법과 Gen-2 알고리즘은 각각 1초당 평균 377개와 360개의 태그를 식별할 수 있어서 제안한 기법의 식별 속도가 Gen-2 알고리즘에 비하여 약 4.7% 빠름을 알 수 있다. 반면 태그의 수가 적은 경우, 그림 6에서 나타낸 바와 같이 제안한 기법은 Gen-2 알고리즘에 비하여 약 5.
이는 초기 Qfp값이 아주 큰 경우에는 빈 슬롯이 많이 발생하고, 초기 Qfp값이 이주 적은 경우에는 충돌이 많이 발생하기 때문이다. 따라서 질의 라운드를 시작하기 전에 태그의 수를 추정하여 태그의 수에 따라 최적의 초기 Qfp값을 할당하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
그러나 본 논문에서 제안한 방법과 같이 태그 수추정을 통한 Qfp값을 할당할 경우, 매 질의 라운드마다 최적의 프레임 크기를 할당하므로 태그의 수가 적은 경우에도 비교적 안정적인 성능을 얻을수 있었다. 또한 가중치와 슬롯-카운트의 관계를 제안한 관계식으로 할 경우, 가중치 C의 값은 현재 질의 라운드의 슬롯-카운트 크기에 따라 결정되므로 태그의 수가 적은 경우에도 비교적 안정적인 성능을 얻을 수 있었다.
반면, 그림 8에서 나타낸 바와 같이 태그의 수가 적은 경우에는 본 논문에서 제안한 기법과 Gen-2 알고리즘의 경우 효율은 각각 36%와 34%를 나타낸다. 또한 태그의 수가 적은 경우, 제안한 기법은 Gen-2 알고리즘에 비하여 비교적 안정적인 식별 효율을 얻는다.
시뮬레이션을 통한 성능 분석의 결과, 초기 Qfp값이 아주 크거나 아주 적게 고정된 경우, 태그의 수가 적으면 식별 속도 및 슬롯 효율의 변동이 매우 심하게 나타났다. 또한 고정된 가중치의 값을 사용할 경우 태그의 수가 아주 적으면 식별 속도 및 효율의 변동이 아주 심하게 나타 났다.
여기서 슬롯 효율은 하나의 슬롯을 통하여 성공적으로 식별되는 태그의 수로 정의된다. 태그의 수가 많으면 제안한 기법과 Gen-2 알고리즘의 경우, 슬롯 효율은 각각 35.2%와 33%로써, 제안한 기법의 효율이 우수하게 나타난다. 반면, 그림 8에서 나타낸 바와 같이 태그의 수가 적은 경우에는 본 논문에서 제안한 기법과 Gen-2 알고리즘의 경우 효율은 각각 36%와 34%를 나타낸다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
식별 속도의 의미는?
3으로 한 경우, 초기 Qfp 값에 따른 식별 속도를 나타낸 것이다. 여기서 식별 속도는 1초당 식별되는 태그의 수를 의미한다. 그림에서 나타낸 바와 같이 태그의 수가 아주 적은 경우, 초기 Qfp값이 아주 크거나 아주 적으면 식별 속도가 저하된다.
적절하지 못한 가중치를 선택할 경우에 발생하는 현상은?
따라서 태그의 수가 적은 상태에서 초기 $Q_{fp}$ 값을 크게 하면 빈 슬롯이 많이 발생하고, 태그의 수가 많은 상태에서 초기 $Q_{fp}$값을 적게 하면 충돌이 많이 발생한다. 또한 적절하지 못한 가중치를 선택할 경우 빈 슬롯 또는 충돌 슬롯이 많이 발생할 수 있다. 이로 인하여 질의 라운드 동안 최적의 프레임 크기에 수렴하는 속도가 늦어지므로 성능이 저하되는 문제점이 있다.
최적의 프레임 크기에 수렴하는 속도가 늦어져 식별 속도 및 효율이 저하되는 경우는?
또한 Gen-2의 Q-알고리즘에서는 질의 라운드 동안 사용할 슬롯-카운트 매개변수인 Q fp에 대한 초기 값이 정의되어 있지 않다. 만일 초기 Q fp 값이 아주 큰 경우에는 초기 질의 라운드 동안 빈 슬롯이 많이 발생할 수 있다. 반면 초기 Q fp 값이 아주 적은 경우에는 충돌이 많이 발생할 수 있다. 이로 인하여 질의 라운드 동안 최적의 프레임 크기에 수렴하는 속도가 늦어질 수 있으므로 식별 속도 및 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.
참고문헌 (8)
W. Chen, and G. Lin, "An Efficient Anti-Collision Method for Tag Identification in a RFID System," IEICE Trans Commun., vol.E89-B, no.12, pp.3386-3392, Dec. 2006.
H. Vogt, "Efficient Object Identification with Passive RFID Tags," First International Conf. on Pervasive Computing, LNCS, vol.2414, pp.99-113, Springer-Verlag, 2002.
EPCglobal, "EPC Radio-Frequency Identity Protocols Class-1 Generation-2 UHF RFID Protocols for Communication at 860 MHz-960MHz, Ver.1.2.0," EPCGlobal Inc., Oct. 2008.
ISO/IEC, "Information Technology-Radio Frequency Identification for Item Management-Part 6: Parameters for Air Interface Communication at 860-960 MHz, 18000-6," ISO/IEC, 2006.
Auto-ID Center, "860MHz-930MHz Class 0 Radio Frequency Identification Tag Protocol Specification Candidate Recommendation, Version 1.0.0," June 2003.
C. Wang, M. Daheshmand, and K. Sohraby, "Optimization of Tag Reading performance in Generation-2 RFID Protocol," Computer Commun., vol.32, Issue 11, pp.1346-1352, July 2009.
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