[논문]차량 사용자 인증 시스템을 위한 향상된 충돌 방지 알고리즘의 설계 및 구현

김경섭; 이윤섭; 최상방

doi:10.6109/jkiice.2013.17.1.57

차량 사용자 인증 시스템을 위한 향상된 충돌 방지 알고리즘의 설계 및 구현
The Design and Implementation of Improved Anti-Collision Algorithm for Vehicle User Authentication System 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.17 no.1, 2013년, pp.57 - 67

김경섭 (인하대학교 전자공학과) , 이윤섭 (인하대학교 전자공학과) , 최상방 (인하대학교 전자공학과)

초록
AI-Helper

최근 자동차 산업이 눈부시게 발전하면서 운전자의 편의성과 안전성을 위해 차량에는 끊임없이 새로운 시스템이 적용되고 있다. 이러한 시스템은 다수의 FOB 키를 사용하기 때문에 사용자 인증 시 원활한 다중 접속을 위해 충돌방지 알고리즘을 적용시켜 사용하고 있다. 본 논문에서는 다수의 FOB 키를 사용하는 차량용 스마트키 시스템에서 동적으로 사용자 아이디 요청 순서를 최근 사용자 아이디로 변경하여 차후 인증 과정에서의 통신 응답 소요 시간을 획기적으로 감소시키는 향상된 충돌방지 알고리즘을 설계하고 구현하였다. 향상된 충돌방지 알고리즘이 적용된 시스템의 성능 평가를 위해 차량에 실제 장착하여 구현된 알고리즘의 동작을 확인하였고, 다수의 FOB 키에 대한 통신 응답 소요 시간을 측정하였을 때 기존 알고리즘에 비해 약 33% 정도 감소되었음을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Because many of the FOB key, anti-collision algorithm for a seamless multi-access is applied to the smart-key system. In this paper, we have designed and implemented improved anti-collision algorithm that dramatically reduces the communication response time required in the user authentication process immediately after by dynamically changing the order in which the request of the user ID as the user ID on immediately before in the smart key system for vehicles that use many of the FOB key. In order to evaluate the performance of the system the improved anti-collision algorithm is applied, we show the behavior of the algorithm implemented in the state actually mounted on the vehicle and verify that communication response time required for many of the FOB key was reduced by about 33% compared to existing algorithms.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 차량 사용자 인증 시 소요되는 지연 시간을 감소시키기 위해 스마트키 시스템의 충돌방지 알고리즘에서 동적으로 사용자 아이디 요청 순서를 최근 사용자 아이디로 변경 할 수 있도록 차량 사용자 인증 시스템을 위한 향상된 충돌 방지 알고리즘을 설계하였다. 설계된 충돌 방지 알고리즘은 다수의 FOB 키가 다중 접속이 이루어지는 환경에서 차량과 FOB 키 간의 사용자 아이디 인증 지연 시간으로 인해 발생하는 Jam 현상을 효율적으로 해결한다.
본 논문에서는 차량인증 시스템의 인증 과정 중 발생하는 다중접속의 문제점을 효율적으로 해결하고 차량사용자 인증 시 소요되는 지연 시간을 감소시키기 위해 스마트키 시스템의 충돌방지 알고리즘에서 동적으로 사용자 아이디 요청 순서를 최근 사용자 아이디로 변경할 수 있도록 차량사용자인증 시스템을 위한 향상된 충돌 방지 알고리즘을 설계하였다. 즉 최근 사용자 인증된 FOB 키를 첫 번째 전송순서로 전환하고 차후 인증 시 우선적으로 전송할 수 있도록 LF 데이터 패턴의 Request Response 부분을 변경하였다.

제안 방법

FOB 키는 LF 데이터 수신부, 데이터 처리부, UHF 데이터 송신부로 구성한다. LF 데이터 수신부의 LF 안테나는 X축, Y축, Z축 세 방향으로 들어오는 LF 신호를 수신할 수 있도록 3개의 안테나를 하나로 통합하여 사용한다. 또한 LF 수신 칩은 LF 안테나에서 수신된 신호중 수신강도가 강한 축의 신호를 받아들여 수신된 데이터를 분석한다.
LF 데이터 수신부의 LF 안테나는 X축, Y축, Z축 세 방향으로 들어오는 LF 신호를 수신할 수 있도록 3개의 안테나를 하나로 통합하여 사용한다. 또한 LF 수신 칩은 LF 안테나에서 수신된 신호중 수신강도가 강한 축의 신호를 받아들여 수신된 데이터를 분석한다. 이때 LF 수신 칩은 슬립 모드로 대기하고 있다가 웨이크업 패턴과 일치하는 경우 LF 칩은 웨이크업하고 이후에 수신되는 데이터를 데이터 처리부로 전달한다.
사용자 인증 시 전송 순서에 따라 변화되는 컨트롤 유닛의 LF데이터 요청 신호를 측정하며, LF 송신 모듈에서 송신하는 LF 데이터의 변화를 측정한다. 또한 각각의 키별로 인증을 반복하여 기존 스마트키 시스템과 향상된 충돌방지 알고리즘이 적용된 시스템과의 성능을 비교한다.
본 장에서는 컨트롤유닛, LF 송신 모듈, FOB 키를 하드웨어 보드로 설계하고 향상된 충돌방지 알고리즘을 적용하여 시스템을 구현한다. 또한 기존 스마트키 시스템 인증 시 소요되는 시간과 제안한 알고리즘을 적용한 시스템 인증 시 소요되는 시간을 측정하여 비교 평가한다. 본 시스템은 크게 사용자 인증 요청 시 인증 데이터를 요구하는 동작과 수신된 데이터를 비교 분석하고 제어하는 차량 측 하드웨어인 컨트롤 유닛 및 LF 송신 모듈과 인증 데이터를 전송해주는 사용자측 하드웨어인 FOB 키로 구성한다.
LF 데이터에서 웨이크업 및 데이터 패턴은 고정되어 있고 Request Response 패턴은 전송 순서에 따라 가변적으로 변하기 때문에 Request Response 인증 소요시간을 측정하는 것이 성능 평가의 지표가 된다. 또한 초기 Request Response 패턴 전송 순서는 첫 번째 FOB 키에서 네 번째 FOB 키의 순으로 하고 데이터 전송 실패로 인해 재전송이 이루어지는 경우를 가정하여 Request Reponse 인증 소요 시간 측정 횟수를 증가시키면서 비교한다.
본 논문에서는 스마트키 시스템의 전체 컨트롤을 위한 컨트롤 유닛, LF 데이터를 송신하는 LF 송신모듈, LF 데이터를 수신하여 FOB 키 인식 정보와 일치하면 UHF 데이터를 송신하는 FOB 키, UHF 데이터를 수신하여 컨트롤 유닛으로 사용자 아이디를 전송하는 RF 수신모듈을 설계하였다.
본 논문에서는 향상된 충돌방지 알고리즘의 성능평가를 위해 한 개의 컨트롤 유닛과 한 개의 LF 송신모듈, 네 개의 FOB 키로 시스템을 구현한다. 사용자 인증 시 전송 순서에 따라 변화되는 컨트롤 유닛의 LF데이터 요청 신호를 측정하며, LF 송신 모듈에서 송신하는 LF 데이터의 변화를 측정한다.
또한 기존 스마트키 시스템 인증 시 소요되는 시간과 제안한 알고리즘을 적용한 시스템 인증 시 소요되는 시간을 측정하여 비교 평가한다. 본 시스템은 크게 사용자 인증 요청 시 인증 데이터를 요구하는 동작과 수신된 데이터를 비교 분석하고 제어하는 차량 측 하드웨어인 컨트롤 유닛 및 LF 송신 모듈과 인증 데이터를 전송해주는 사용자측 하드웨어인 FOB 키로 구성한다.
본 장에서는 컨트롤유닛, LF 송신 모듈, FOB 키를 하드웨어 보드로 설계하고 향상된 충돌방지 알고리즘을 적용하여 시스템을 구현한다. 또한 기존 스마트키 시스템 인증 시 소요되는 시간과 제안한 알고리즘을 적용한 시스템 인증 시 소요되는 시간을 측정하여 비교 평가한다.
본 논문에서는 향상된 충돌방지 알고리즘의 성능평가를 위해 한 개의 컨트롤 유닛과 한 개의 LF 송신모듈, 네 개의 FOB 키로 시스템을 구현한다. 사용자 인증 시 전송 순서에 따라 변화되는 컨트롤 유닛의 LF데이터 요청 신호를 측정하며, LF 송신 모듈에서 송신하는 LF 데이터의 변화를 측정한다. 또한 각각의 키별로 인증을 반복하여 기존 스마트키 시스템과 향상된 충돌방지 알고리즘이 적용된 시스템과의 성능을 비교한다.
먼저 LF 데이터의 전송 순서를 초기화하고 외부 스위치 입력 신호가 인가되면 LF 송신 모듈로 초기화 된 LF 데이터를 일정한 시간 간격 순서대로 전송한다. 이후 모든 LF 데이터를 전송한 후에도 UHF 데이터가 수신되지 않는 경우 다시 스위치 입력을 위해 대기하고, UHF 데이터가 수신되는 경우에는 메모리에 미리 저장되어 있는 데이터와 비교한다. 이때 전송한 LF 데이터에 해당하는 UHF 데이터 맵핑 정보와 수신된 UHF 데이터 정보가 일치하면 LF 데이터의 전송 순서의 변경없이 사용자 인증을 완료하고, 그렇지 않으면 수신된 UHF 데이터 맵핑 정보에 해당하는 LF 데이터를 첫 번째 전송 순서로 변경한 후 사용자 인증을 완료한다.
본 논문에서는 차량인증 시스템의 인증 과정 중 발생하는 다중접속의 문제점을 효율적으로 해결하고 차량사용자 인증 시 소요되는 지연 시간을 감소시키기 위해 스마트키 시스템의 충돌방지 알고리즘에서 동적으로 사용자 아이디 요청 순서를 최근 사용자 아이디로 변경할 수 있도록 차량사용자인증 시스템을 위한 향상된 충돌 방지 알고리즘을 설계하였다. 즉 최근 사용자 인증된 FOB 키를 첫 번째 전송순서로 전환하고 차후 인증 시 우선적으로 전송할 수 있도록 LF 데이터 패턴의 Request Response 부분을 변경하였다. 설계된 충돌방지 알고리즘은 Request Response 인증 소요 시간을 3회 연속으로 측정한 경우 기존 알고리즘에 비해 약 33% 정도의 성능향상을 보였다.
컨트롤 유닛의 구성은 크게 전원부, 릴레이부, 컨트롤부로 설계한다. 차량에서는 대부분 DC 12V를 전원으로 사용하기 때문에 마이크로컨트롤러 및 주변회로에 맞게 DC 5V로 변환 할 수 있는 전원부가 필요하다.

대상 데이터

이때 Request Response 펄스의 폭은 최소 128us이고 전송순서에 따라 정수배인 1배, 2배, 3배, 4배로 정한다. 본 논문에서 구성하는 시스템의 LF 수신 칩 특성 상 하나의 데이터로 인식할 수 있는 125 Khz 주파수의 주기는 16 Period 이다. 또한 125Khz의 1주기는 8us이므로 16 Period에 해당하는 펄스폭은 128us가 된다.

데이터처리

사용자 인증 시 소요되는 시간의 성능을 평가하기 위해 FOB 키의 인증 횟수를 증가시키면서 기존 스마트키시스템 인증 시 소요되는 시간과 제안한 알고리즘을 적용한 시스템 인증 시 소요되는 시간을 측정하여 비교 평가한다.

성능/효과

이때 각 전송 순서별 Request Response 펄스폭은 LF 수신 칩 특성상 128us의 배수로 하고, UHF 데이터를 수신하는 경우를 가정하여 식 (2)의 T_max를 적용한 인증 소요 시간을 측정한다. 네 번째 FOB 키를 사용한 경우 최초 인증 이후에 전송 순서가 변경되기 때문에 인증횟수가증가하더라도 최초 인증 소요 시간에서 크게 벗어나지 않고 인증 소요 시간이 다소 증가됨을 알 수 있다.
따라서 제안한 알고리즘은 Request Response 인증 소요 시간을 3회 연속으로 측정한 경우 기존 알고리즘에 비해 약 33% 정도 빠른 인증 소요 시간을 보인다. 이는 LF 데이터에서 데이터 패턴에 포함된 Request Response 인증 소요 시간만을 측정한 결과이다.
본 논문에서는 차량 사용자 인증 시 소요되는 지연 시간을 감소시키기 위해 스마트키 시스템의 충돌방지 알고리즘에서 동적으로 사용자 아이디 요청 순서를 최근 사용자 아이디로 변경 할 수 있도록 차량 사용자 인증 시스템을 위한 향상된 충돌 방지 알고리즘을 설계하였다. 설계된 충돌 방지 알고리즘은 다수의 FOB 키가 다중 접속이 이루어지는 환경에서 차량과 FOB 키 간의 사용자 아이디 인증 지연 시간으로 인해 발생하는 Jam 현상을 효율적으로 해결한다. 통신 응답 시간에 대한 성능 평가를 위해 차량에 실제 장착하여 구현된 알고리즘을 테스트하였고, 설계된 결과는 동적으로 사용자 아이디 요청 순서를 최근 사용한 아이디로 변경하여 차후 인증 과정에서의 통신 응답 소요 시간을 획기적으로 감소시켰다.
즉 최근 사용자 인증된 FOB 키를 첫 번째 전송순서로 전환하고 차후 인증 시 우선적으로 전송할 수 있도록 LF 데이터 패턴의 Request Response 부분을 변경하였다. 설계된 충돌방지 알고리즘은 Request Response 인증 소요 시간을 3회 연속으로 측정한 경우 기존 알고리즘에 비해 약 33% 정도의 성능향상을 보였다.
도어락을 시작으로 차량의 보안 장치는 발전하였으며 이에 따라 새로운 형식의 차량 사용자 인증 시스템이 개발되었다. 차량의 보안을 목적으로 개발되어진 차량 사용자 인증 시스템은 기술의 발전에 따라 보안성이 높은 형식의 시스템으로 개발되었고 사용자의 편의성을 높이는 시스템과 접목되어 도난 방지 및 편의성을 모두 겸비한 시스템으로 발전하였다.[1]
설계된 충돌 방지 알고리즘은 다수의 FOB 키가 다중 접속이 이루어지는 환경에서 차량과 FOB 키 간의 사용자 아이디 인증 지연 시간으로 인해 발생하는 Jam 현상을 효율적으로 해결한다. 통신 응답 시간에 대한 성능 평가를 위해 차량에 실제 장착하여 구현된 알고리즘을 테스트하였고, 설계된 결과는 동적으로 사용자 아이디 요청 순서를 최근 사용한 아이디로 변경하여 차후 인증 과정에서의 통신 응답 소요 시간을 획기적으로 감소시켰다.

후속연구

향후 연구과제로는 사용되는 FOB 키의 개수가 증가하더라도 빠른 인증 소요시간을 보장할 수 있는 효율적인 Request Response 설계방안 및 스마트키를 많이 사용하는 일반 출입통제 시스템과 같은 다중 접속 환경에서의 사용자 인증 시스템에 대한 연구가 함께 이루어져야할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 가장 널리 사용되는 자동인식시스템은 무엇인가?	유비쿼터스 컴퓨팅 기술의 기본 프레임워크인 자동인식(Auto-ID)은서비스, 재고관리, 제조사 및 자재유통 등 다양한분야에서 보편화되어 있으며 사람, 동물, 운송중에 있는 제품에 관한 정보를 제공하기 위해 존재하고 있다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 자동인식시스템은 바코드(bar-code)로써, 아이템에 직접 또는 아이템에 붙여질 스티커 위에 인쇄되어 리더(reader)가 읽을 수 있도록 만든 기호 체제이다. 하지만 바코드는 비용이 저렴한 반면 저장능력이 낮고 재프로그래밍 할 수 없으며 접촉식으로써 기계화된 데이터 수집만 가능하다는 단점으로 인해 실용적이지 못한 경우가 있다.
	바코드의 단점은 무엇인가?	현재 가장 널리 사용되고 있는 자동인식시스템은 바코드(bar-code)로써, 아이템에 직접 또는 아이템에 붙여질 스티커 위에 인쇄되어 리더(reader)가 읽을 수 있도록 만든 기호 체제이다. 하지만 바코드는 비용이 저렴한 반면 저장능력이 낮고 재프로그래밍 할 수 없으며 접촉식으로써 기계화된 데이터 수집만 가능하다는 단점으로 인해 실용적이지 못한 경우가 있다. 이를 보완하기 위해 보조의 컴퓨팅 용량을 가질수 있는 전자적 저장장치인 트랜스폰더(transponder)와 판독 및 해독 장치인 리더(reader) 간의 데이터 전송 방법인 RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템이 실용성 및 보안성과 같은 근본적인문제점을 대체할 수 있는 자동인식시스템으로 각광을 받고 있다.
	바코드의 단점을 보완하기 위한 방법에는 무엇이 있는가?	하지만 바코드는 비용이 저렴한 반면 저장능력이 낮고 재프로그래밍 할 수 없으며 접촉식으로써 기계화된 데이터 수집만 가능하다는 단점으로 인해 실용적이지 못한 경우가 있다. 이를 보완하기 위해 보조의 컴퓨팅 용량을 가질수 있는 전자적 저장장치인 트랜스폰더(transponder)와 판독 및 해독 장치인 리더(reader) 간의 데이터 전송 방법인 RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템이 실용성 및 보안성과 같은 근본적인문제점을 대체할 수 있는 자동인식시스템으로 각광을 받고 있다. 일반적인 RFID 시스템에서 리더가 트랜스폰더를 인식하는 과정을 살펴보면, 리더는 모든 트랜스폰더에게 요청메시지를 브로드캐스트(broadcast)하고 요청 메시지를 받은 트랜스폰더들은 리더에게 데이터를 전송하게 되는데, 이 경우 하나의 리더에 많은 트랜스폰더들이 데이터를 전송하는 다중접속(multi-access)이 이루어진다.

참고문헌 (7)

이태현, "자동차 도난방지 기술분야에 관한 특허 출원동향,"특허정보보고서, 2001.
K. Finkenzeller, RFID Handbook, 3rd Edition. John Wiley & Sons, 2010.
Z. Tang and Y. He, "Reserach of multi-access and anti-collision protocols in RFID systems," in IEEE International Workshop on Anti counterfeiting, Security, Identification, (Xiamen, China), pp. 377-380, 2007.
Dheeraj K. Klair, Kwan-Wu Chin, and Raad Raad, "A survey jand tutorial of RFID anti-collision protocols," IEEE Communications Surveys & Tutorials, VOL. 12, No. 3, pp. 400-421, Third Quarter 2010.

상세보기
이윤섭외3명, "교통카드와 같은 범용RFID를 활용한 자동차용 스마트키 시스템 설계 및 구현," 대한전자공학회논문지 제 46권 CI편 제 4호, pp. 447-448, 2009.
콘티넨탈 오토모티브 시스템 주식회사, "스마트키 시스템 및 스마트키 시스템의 동작방법," 대한민국 특허청공개특허10-2010-0049885, 2010.
Texas Instruments Incorporated, "TRIS Automotive Devices Analog Front End IC TMS37112," Reference Guide 11-09-21-046, 2001.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증