해운물류에서 컨테이너의 위치와 봉인 여부, 온도 정보 등 상태 정보를 전송하는 기술은 다수 개발되어 왔으나 전 물류환경에서 사용이 불가능 하거나 단순히 컨테이너의 정보만을 수신하여 전달하기 때문에 태그의 상태를 제어하는 등의 양방향 통신이 지원되지 않았다. 특히, 양방향 통신을 글로벌 해운물류 전 구간에서 지원하기 위해서는 태그를 식별할 수 있는 주소값이 관리되어야 한다. 이를 위해 433MHz 기반의 RFID를 개선하기 위한 연구는 "DASH 7"이라는 프로젝트 명으로 진행되었으나 근래에는 표준화나 개발참조문서 등의 진행이 더딘 상태로 더 이상 진행되지 않고 있는 실정이다. 이 논문에서는 RFID 태그에 가상 주소값을 부여하여 IP의 특징인 양방향 통신을 이용해 글로벌 해운물류에서 실시간 통신을 위한 능동형 IP-RFID 시스템 구성을 소개하고 이를 위한 처리과정 및 기능을 제안한다. 이 논문에서 제안하는 IP-RFID 시스템을 적용하면 해운물류 구간에서 실시간 상태 추적과 함께 태그의 제어에도 적용이 가능하다.
해운물류에서 컨테이너의 위치와 봉인 여부, 온도 정보 등 상태 정보를 전송하는 기술은 다수 개발되어 왔으나 전 물류환경에서 사용이 불가능 하거나 단순히 컨테이너의 정보만을 수신하여 전달하기 때문에 태그의 상태를 제어하는 등의 양방향 통신이 지원되지 않았다. 특히, 양방향 통신을 글로벌 해운물류 전 구간에서 지원하기 위해서는 태그를 식별할 수 있는 주소값이 관리되어야 한다. 이를 위해 433MHz 기반의 RFID를 개선하기 위한 연구는 "DASH 7"이라는 프로젝트 명으로 진행되었으나 근래에는 표준화나 개발참조문서 등의 진행이 더딘 상태로 더 이상 진행되지 않고 있는 실정이다. 이 논문에서는 RFID 태그에 가상 주소값을 부여하여 IP의 특징인 양방향 통신을 이용해 글로벌 해운물류에서 실시간 통신을 위한 능동형 IP-RFID 시스템 구성을 소개하고 이를 위한 처리과정 및 기능을 제안한다. 이 논문에서 제안하는 IP-RFID 시스템을 적용하면 해운물류 구간에서 실시간 상태 추적과 함께 태그의 제어에도 적용이 가능하다.
In maritime logistics, the technology for transmitting status information has been greatly developed, but it has not been available in general logistics environment or it is impossible to support two-way communication as it simply receives and transfers a container's information. In particular, to s...
In maritime logistics, the technology for transmitting status information has been greatly developed, but it has not been available in general logistics environment or it is impossible to support two-way communication as it simply receives and transfers a container's information. In particular, to support two-way communication in all sections of the global maritime logistics, the address value, which can identify the tag, should be managed. In this context, to improve the 433 MHz-based RFID, the project called "DASH 7" has been conducted in recent years. However, it has stopped proceeding because of its slow progress, including the standardization and development of references. In this paper, we introduced an active IP-RFID system configuration for real-time communication in global maritime logistics using a two-way communication-which is characteristic of an IP-applying virtual address values in the RFID tag, and proposing its process and function. When you apply the IP-RFID system proposed in this paper, not only real-time status tracking in the maritime logistics area is possible, but it is also applicable for controlling the tag.
In maritime logistics, the technology for transmitting status information has been greatly developed, but it has not been available in general logistics environment or it is impossible to support two-way communication as it simply receives and transfers a container's information. In particular, to support two-way communication in all sections of the global maritime logistics, the address value, which can identify the tag, should be managed. In this context, to improve the 433 MHz-based RFID, the project called "DASH 7" has been conducted in recent years. However, it has stopped proceeding because of its slow progress, including the standardization and development of references. In this paper, we introduced an active IP-RFID system configuration for real-time communication in global maritime logistics using a two-way communication-which is characteristic of an IP-applying virtual address values in the RFID tag, and proposing its process and function. When you apply the IP-RFID system proposed in this paper, not only real-time status tracking in the maritime logistics area is possible, but it is also applicable for controlling the tag.
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문제 정의
하지만 기존의 RFID 시스템에서는 태그에 저장된 정보의 일방적인 전송만이 가능하며, 특히 거점 기반의 통신이 진행됨에 따라 실시간 모니터링과 태그의 제어를 수행할 수 없는 단점을 가지고 있다. 따라서, 이 논문에서는 터미널, 해상 등 한정된 지역에 컨테이너가 모여 있거나 육상 운송과 같이 넓은 지역을 이동하는 화물의 정보를 끊임없이 전달하고, 특히 태그의 제어 및 서비스 플랫폼간의 양방향통신을 위한 IP-RFID 시스템을 제안 한다.
이 논문에는 능동형 RFID에서 사용하는 433MHz 대역의 주파수를 사용하여 컨테이너 화물 정보의 모니터링 및 제어를 가능하게 하여 해운물류에 적합한 시스템 구성 및 프로토콜을 제안하고자 한다. 그림 4에 이 시스템을 활용한 구성을 나타내었다.
이 논문에서는 해운물류에서 실시간으로 정보를 센서 정보를 수집하여 전달하기 위한 시스템을 제안하였다. 컨테이너에 태그를 장착하고 육상운송을 위한 차량, 해상운송을 위한 선박, 그리고 통관 및 보세 운송 등을 위한 항만에 스마트포인트를 장착하였다.
제안 방법
5개의 태그를 그림 12와 같이 1단에 위치한 컨테이너에 설치하였다. 100개의 태그가 설치된 환경을 가정하여 각 태그마다 20개의 태그 아이디를 랜덤으로 생성하여 76.8kbps 데이터 전송률로 데이터를 전송하도록 하였다. 이렇게 할 경우 스마트포인트가 데이터를 전송받고 Ack를 전송하는 태그의 종류가 100개가 되며, 스마트포인트는 태그 목록을 통해 태그 데이터의 순차적인 송수신을 수행하므로 100개의 태그를 운용하는 환경과 유사한 결과를 얻을 수 있다.
18000-7과 Dash7과 함께 IP-RFID의 통신 성능을 측정하여 비교하였다. 18000-7의 경우 수집시에 전체 태그에 대한 데이터를 무작위로 수집하므로 주기의 진행에 따른 변동폭이 크지 않다.
두 번째 시험는 항만에서의 1:N 성능시험를 진행하였다. 시험 장소는 양산 ICD에 위치한 협성컨테이너 터미널이며 공컨테이너 적치장에서 시험을 수행하였다.
육상운송 시험는 부산에서 경주를 왕복 운송하며 시험를 진행하였다. 또한 Qualnet을 통해 프로토콜의 성능시험을 통해 타 프로토콜과의 데이터 수집 성능 분석 시험를 진행하였다.
여기서 제공하는 기능은 사용자 질의에 기반하여 실시간 정보제공 및 조치 서비 서비스를 제공한다. 또한, 태그가 이동 중인 위치정보에 기반하여 컨테이너 물류거점 이동 추적 서비스를 제공하며, 컨테이너 화물 상태의 모니터링 서비스를 제공한다.
이 논문에서 제안하는 시스템의 성능을 확인하기 위해 육상운송에서의 1:1 통신 및 M2M통신기능, 항만에서의 1:N 통신 성능 시험를 수행하였다. 육상운송 시험는 부산에서 경주를 왕복 운송하며 시험를 진행하였다.
이 논문에서는 해운물류에서 실시간으로 정보를 센서 정보를 수집하여 전달하기 위한 시스템을 제안하였다. 컨테이너에 태그를 장착하고 육상운송을 위한 차량, 해상운송을 위한 선박, 그리고 통관 및 보세 운송 등을 위한 항만에 스마트포인트를 장착하였다. 서비스 플랫폼은 스마트포인트로부터 정보를 수집하는 미들웨어의 역할을 통해 사용자는 태그에 IP가 부여된 것과 같이 태그에 접근할 수 있고 양방향 통신의 지원이 가능하다.
태그로부터 수신된 센서 정보는 스마트포인트의 WCDMA 모듈을 통해 서비스 플랫폼으로 전달된다. 태그와 스마트포인트의 통신 주기는 5초로 하고 스마트포인트는 태그의 센서정보에 GPS 정보를 추가하여 서비스 플랫폼으로 전달하도록 설정하였다.
대상 데이터
두 번째 시험는 항만에서의 1:N 성능시험를 진행하였다. 시험 장소는 양산 ICD에 위치한 협성컨테이너 터미널이며 공컨테이너 적치장에서 시험을 수행하였다.
실제 시험 환경은 그림 15와 같이 구성되며 Wakeup과 수면반복되는 10번의 사이클 동안 시험를 진행하였다.
이 논문에서 제안하는 시스템의 성능을 확인하기 위해 육상운송에서의 1:1 통신 및 M2M통신기능, 항만에서의 1:N 통신 성능 시험를 수행하였다. 육상운송 시험는 부산에서 경주를 왕복 운송하며 시험를 진행하였다. 또한 Qualnet을 통해 프로토콜의 성능시험을 통해 타 프로토콜과의 데이터 수집 성능 분석 시험를 진행하였다.
데이터처리
초기 수행시에는 18000-7과 같이 경쟁기반의 통신을 수행하므로 유사한 성능이 나오나 제안한 알고리즘의 경우 스마트포인트에서 태그 목록을 생성하여 순차적인 데이터 수집을 진행하므로 횟수가 거듭될수록 일정한 성능을나타냈다. 프로토콜의 성능을 측정하기 위해 Qualnet을 이용하여 프로토콜에 따른 데이터 통신 성능을 시험하였다. Qualnet은 가상의 태그 및 수신기를 생성하여 입력된 프로토콜 성능을 시뮬레이션하기 위한 소프트웨어 도구이다.
성능/효과
DASH7의 기본 알고리즘은 기존 ISO/IEC 18000-7국제 표준과 유사하며, 차이점으로는 수신 과정에서 slotted aloha 알고리즘이 아닌 CSMA/CA 방식을 사용하고 있으며, 기존 각성신호 대신 개선된 각성frame의 사용, 효율적인 MAC/PHY 통신 기술의 적용, 저전력 구현, 다수의 채널 사용, 보안 기술 등을 개선하였다. DASH 7 mode 2 프로토콜은 그림3 과 같은 과정을 거친다.
특히, 운송 중에는 컨테이너에 크고 작은 진동이 많이 발생하기 때문에 태그의 파손이나 컨테이너 장착의 안정성에 대한 고려가 필요하다. 이 시험에서는 이를 위하여 장착을 위해 철재 브라켓 사용하여 파손에 대한 문제점을 해결하였고, 컨테이너 문이 닫히게 되면 철재 브라켓이 경첩과 문 사이에 고정이 되기 때문에 장착에 대한 안정성 문제도 해결할 수 있다.
DASH7은 CSMA-CA 기반의 통신을 사용하며 경쟁기반의 정보수집을 하게 되며 이에 따라 100ms 이내에서 변동폭이 발생하였다. 제안한 IP-RFID의 경우 첫 번째 주기에서는 18000-7과 같은 무작위 데이터 수집을 진행하나 두 번째 주기부터는 태그 목록에 따른 순차적인 데이터 수집을 진행하므로 18000-7보다 평균 52%, DASH7보다 45%의 적은 수집시간을 소모하였다.
실험결과는 그림 16과 같이 나타났다. 초기 수행시에는 18000-7과 같이 경쟁기반의 통신을 수행하므로 유사한 성능이 나오나 제안한 알고리즘의 경우 스마트포인트에서 태그 목록을 생성하여 순차적인 데이터 수집을 진행하므로 횟수가 거듭될수록 일정한 성능을나타냈다. 프로토콜의 성능을 측정하기 위해 Qualnet을 이용하여 프로토콜에 따른 데이터 통신 성능을 시험하였다.
이를 통해 사용자는 태그가 어디로 이동하더라도 동작을 제어할 수 있고, 센서 정보를 통한 상태 추적이 가능하다. 컨테이너 트럭을 이용한 육상운송 시험을 통해 트럭이 이동 중에도 실시간으로 태그가 수집한 센서 정보를 확인할 수 있었다. 향후 연구과제로는 항만에서의 안정적인 적용을 위해 433MHz 무선통신의 인식범위를 넓히기 위한 연구를 진행하고 선박 운송환경의 시험를 위한 설치 방안 및 위성 통신에 대한 추가적인 연구를 진행할 예정이다.
후속연구
컨테이너 트럭을 이용한 육상운송 시험을 통해 트럭이 이동 중에도 실시간으로 태그가 수집한 센서 정보를 확인할 수 있었다. 향후 연구과제로는 항만에서의 안정적인 적용을 위해 433MHz 무선통신의 인식범위를 넓히기 위한 연구를 진행하고 선박 운송환경의 시험를 위한 설치 방안 및 위성 통신에 대한 추가적인 연구를 진행할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
RFID 시스템은 어떻게 구성되는가?
RFID 시스템은 기본적으로 센서 정보 수집 및 정보를 전달하는 태그와 이를 수신하여 서비스 플랫폼으로 전달하는 수신기로 나누어진다. 태그가 부착된 화물이 수신기의 인식 범위 안에 들어가게 되면 수신기는 태그에 요청을 보내고 태그는 내부에 저장된 데이터를 전송하여 수신기의 요청에 응답한다.
능동형 RFID은 무엇이 가능한가?
능동형 RFID는 수동형 RFID와는 달리 축전지와 송신 장치가 내장하여 동적으로 정보의 송수신이 가능하다. 능동형 RFID는 통신 거리가 상대적으로 길고, 전력소모도 크지 않아 유통관리나 자산 추적 관리 등에 사용되고 있다.
IP-RFID 태그은 무엇으로 구성되는가?
그림 5와 같이 저전력 32Bit MCU인 STM32L 기반으로 433MHz 무선통신모듈과 온도, 습도, 충격 등 다수의 센서와 마이크로 SD등 저장장치 등으로 구성된다. 센서를 통해 컨테이너 내부의 온도와 습도 및 충격, 컨테이너 문의 봉인 상태 정보를 지속적으로 센서 정보 수집하게 되며, 이 정보를 433MHz 무선통신을 통해 스마트포인트로 전송한다.
참고문헌 (6)
"ISO/IEC 18000-6:2010," Retrieved Feb. 26, 2015, from http://www.iso.org/
"ISO/IEC 18000-7:2009," Retrieved Mar. 4, 2015, from http://www.iso.org/
S. W. Park, Change in the global logistics paradigm, Logistics Trends and Prospects(2014), Retrieved Aug 2014. from www.bdi.re.kr
J. T. Kim "Implementation of improved frame slotted ALOHA algorithm for fast tag collection in an active RFID system" J. Commun. Networks (JCN), vol. 39, no. 9, pp. 598-608, Sept. 2014.
W. J. Youn, "Improvement of an identified slot scan-based active RFID tag collection algorithm" J. Commun. Networks (JCN), vol. 38, no. 3, pp. 199-206, Mar. 2013.
H. R. Choi, "API design for maritime logistics IP-RFID service platform," in Proc. KICS Conf.2013(KICS ICC 2013) pp. 1053-1054, Jeju Island, Korea, Jun. 2013.
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