[논문]RFID 센서를 이용한 놀이기구 관리 자동화 시스템 구축에 대한 연구

이양원

문제 정의

이것은 하드웨어를 각 놀이기구 마다 배치하는 것이 아니고 1개의 RFID 리더를 이용하여 여러 개의 놀이기구를 선택하는 형식으로 디자인하였기 때문이다. 그러나 만일 각 놀이기구마다 RFID 리더를 설치하고서 정보를 입력 받으면 동일 고객이 여러 장소를 옮겨 가기 때문에 각 테이블의 관계를 종합적으로 받아서 처리하는 관계 테이블이 필요하게 되나 본 연구에서는 체계개발을 위한 전단계인 기능 확인을 위한 단계이므로 생략하였다.[5]
본 논문에서는 유비쿼터스 센서 네트워크의 핵심인 RFID에 대한 응용기술을 개발하기 위하여 대상을 놀이공원(theme park)으로 잡고, 공원에 출입하는 입장객들이 각 놀이기구에 입장한 시간과 나가는 시간을 자동으로 입력받아서 데이터베이스에 저장한 후에 전체적인 놀이공원 인 원 배치에 관한 합리적인 지시, 명령을 도출하도록 하는 프로그램을 개발하고 관련 시스템 구축을 통하여 문제점을 해결하는 것이 목적이다. 이를 위하여 본 논문에서는 13.
본 논문에서는 유비쿼터스 센서 네트워크의 핵심인 RFID에 대한 응용기술을 개발하기 위하여 대상을 놀이공원으로 잡고, 공원에 출입하는 입장객들이 각 놀이기구에 입장한 시간과 나가는 시간을 자동으로 입력받아서 데이터베이스에 저장한 후에 전체적인 놀이공원 인 원 배치에 관한 합리적인 지시, 명령을 도출하도록 하는 프로그램을 개발하는 시스템을 개발하였다. 이를 위하여 본 논문에서는13.

제안 방법

C++ 언어를 이용하여 개발한 호스트와 리더간 정보 교환프로그램의 모양은 그림 5와 같으며, 작동을 위해서는 ant—collision과 loop 기능을 선택한 상태로 동작을 시키도록 설계하였다. 이것은 RFTD 태그를 한 번에 오직 하나의 정보만 읽어오기 위한 것이다.
RF-ID의 태그 정보를 읽어서 데이터베이스에 저장하기 위한 장치로서 본 연구에서는 마이크로소프트사의 MSSQL-2000을 사용하였으며, 데이터베이스 구축을 위한 테이블들의 한 개의 레코드는 code와 time 두 개의 필드로 구성하였다. code 필드는 RFID의 태그로부터 들어오는 정보를 저장하는 곳으로서 길이를 50바이트로 설정하였으며, time 필 드는 태그 입력이 들어오는 순간의 시간을 기록하기 위해서 시스템에서 자동으로 삽입되는 것으로서 데이터형식은 datetime 포맷을 갖도록 하였다.
RFID 리더와 개발된 안테나를 조립한 형태는 그림 9와 같이 제작하였으며, 이동성을 고려하여 전원을 배터리 형태로 제공하도록 하였으며, 전원에 대한 민감한 특성을 고려하여 별도의 전원 안정화 장치와 표시기 램프를 추가하였다.[3]
RF-ID의 태그 정보를 읽어서 데이터베이스에 저장하기 위한 장치로서 본 연구에서는 마이크로소프트사의 MSSQL-2000을 사용하였으며, 데이터베이스 구축을 위한 테이블들의 한 개의 레코드는 code와 time 두 개의 필드로 구성하였다. code 필드는 RFID의 태그로부터 들어오는 정보를 저장하는 곳으로서 길이를 50바이트로 설정하였으며, time 필 드는 태그 입력이 들어오는 순간의 시간을 기록하기 위해서 시스템에서 자동으로 삽입되는 것으로서 데이터형식은 datetime 포맷을 갖도록 하였다. 각각의 테이블은 독립적인 관계를 갖도록 설계하였다.
code 필드는 RFID의 태그로부터 들어오는 정보를 저장하는 곳으로서 길이를 50바이트로 설정하였으며, time 필 드는 태그 입력이 들어오는 순간의 시간을 기록하기 위해서 시스템에서 자동으로 삽입되는 것으로서 데이터형식은 datetime 포맷을 갖도록 하였다. 각각의 테이블은 독립적인 관계를 갖도록 설계하였다. 이것은 하드웨어를 각 놀이기구 마다 배치하는 것이 아니고 1개의 RFID 리더를 이용하여 여러 개의 놀이기구를 선택하는 형식으로 디자인하였기 때문이다.
개발된 소프트웨어를 탑재한 호스트와 리더간의 연결은 RS-232를 사용하였고, 기존 리더가 가지고 있는 내장안테나의 경우 탬지거리가 5cm 이내여서, 태그 탐지 범위 확장을 위하여 외장 안테나의 설계 및 제작을 수행하였다.
내장형 안테나와 새로 제작한 외장형 안테나를 비교하여 실험을 실시하였다. 내장형을 사용할 때는 두 가지 태그 모두 5cm 이하로 거의 밀착된 상태에서 태그가 인식되었으나, 외장형 안테나를 사용하면 두 태그 모두 3^~40cm 범위 내에서 인식이 가능하였다.
데이터베이스에 저장된 방문객들의 통계를 제공하기 위하여 당일, 1주일, 2주일, 한 달 등에 대한 날짜를 기준으로한 검색 기능을 개발하였다. 이를 위하여 사용자가 기준 날짜를 입력하면 그 날짜를 기준으로 원하는 기간에 입장하는 방문객의 정보를 제공하도록 프로그램하였다.
이것은 RFTD 태그를 한 번에 오직 하나의 정보만 읽어오기 위한 것이다. 만일 태그가 안테나를 통하여 읽어 올 때 센싱하고 있는 기간 동안 계속 반복해서 읽어오면 문제가 발생하기 때문에 이 기능을 추가하였다. loop 기능은 anti-collision 기능과 상대적인 관계에 있는 것으로서 센싱이 안되면 계속해서 센싱을 시도하도록 하는 기능을 주가하였다.
3.1 태그 정보 입력 성능 시험

시스템을 그림 10과 같이 구성한 후에 두 가지 종류의 태그를 이용하여 태그 인식 성능 시험을 실시하였다. 인식이 되면 "안녕하세요”라는 메시지와 함께 클라이언트 프로그램에 태그 ID를 보이게 된다.
안테나는 PCB 동판을 에칭하여 제작하였으며, 설계 및 제작된 안테나의 모양과 치수는 그림 8과 같으며, 코일의 회전수는 1회전이므로 L1은 1이 되고, X=170mm, Y=30mm, W=10mm이고, Cl=47pF , C2=800pF의 값을 갖도록 설계하였다. 가변 캐패시터 C1, C3는 A,B 지점을 오실로스코프로 보면서 대그를 가까이 했을 때 신호가 발생되는 가를 보면서 튜닝을 수행하여 결정한다.
웹사이트를 통하여 전채적인 공원 입장객과 각 놀이기구에서 현재 입장되어 있는 입장개을 인터넷을 통하여 조정하고 모니터링하는 웹사이트를 ASP_NET을 이용하여 그림 6과 같은 웹사이트를 구축 하였다. 여기서 ASP.
본 논문에서는 유비쿼터스 센서 네트워크의 핵심인 RFID에 대한 응용기술을 개발하기 위하여 대상을 놀이공원(theme park)으로 잡고, 공원에 출입하는 입장객들이 각 놀이기구에 입장한 시간과 나가는 시간을 자동으로 입력받아서 데이터베이스에 저장한 후에 전체적인 놀이공원 인 원 배치에 관한 합리적인 지시, 명령을 도출하도록 하는 프로그램을 개발하고 관련 시스템 구축을 통하여 문제점을 해결하는 것이 목적이다. 이를 위하여 본 논문에서는 13.25Mhz 대의 RFID 센서와 MSSQL 데이터베이스와 US 웹서버를 기반으로 하는 ASP.NET 기반의 웹프로그램의 개발과 Skyet다사의 RFID 리더를 사용한 시스템을 구축 하였다.
본 논문에서는 유비쿼터스 센서 네트워크의 핵심인 RFID에 대한 응용기술을 개발하기 위하여 대상을 놀이공원으로 잡고, 공원에 출입하는 입장객들이 각 놀이기구에 입장한 시간과 나가는 시간을 자동으로 입력받아서 데이터베이스에 저장한 후에 전체적인 놀이공원 인 원 배치에 관한 합리적인 지시, 명령을 도출하도록 하는 프로그램을 개발하는 시스템을 개발하였다. 이를 위하여 본 논문에서는13.25Mhz 대의 RFID 센서와 마이크로소프트사의 MSSQL 데이터베이스와 US 웹서버를 기반으로 하는 시스템을 구축하였으며 주요 수행한 결과는 다음과 같다.
데이터베이스에 저장된 방문객들의 통계를 제공하기 위하여 당일, 1주일, 2주일, 한 달 등에 대한 날짜를 기준으로한 검색 기능을 개발하였다. 이를 위하여 사용자가 기준 날짜를 입력하면 그 날짜를 기준으로 원하는 기간에 입장하는 방문객의 정보를 제공하도록 프로그램하였다. 검색을 위한 기능 구현을 위한 소스는 크게 데이터베이스 연결과 탐색 날짜를 기준으로 한 프로그램 구현을 필요로 한다.
loop 기능은 anti-collision 기능과 상대적인 관계에 있는 것으로서 센싱이 안되면 계속해서 센싱을 시도하도록 하는 기능을 주가하였다. 한편 하드웨어 구성에서 오직 한 개의 리더를 이용하여 다양한 놀이기구의 데이터베이스에 입력을 주기 위해서 드롭다운 메뉴를 제공하여 놀이기구를 선택하도록 하는 옵션을 만들어 두었다.

대상 데이터

데이터베이스는 마이크로소프트사의 MSSQL 엔터프라이즈 2000 서버를 이용하였다. RFID 리더는 SkyeTek 사의 Sky Read Ml 를 사용하였다. 태그는 ISO 15693 표준 사양을 만족하는 카드형 태그와 손목밴드형 태그를 겸용을 사용하였다.
RFID를 이용한 Theme Park 자동화를 위한 전체 시스템 구성도는 그림 10과 같으며, 호스트 컴퓨터는 펜티업급 이상의 컴퓨터에 마이크로소프트사의 윈도우즈 XP운영체제를 탑재한 것으로 구성하였다. 데이터베이스는 마이크로소프트사의 MSSQL 엔터프라이즈 2000 서버를 이용하였다. RFID 리더는 SkyeTek 사의 Sky Read Ml 를 사용하였다.
56 MHz 주파수대에 사용하는 RFID 기술에서는 ISO 15693을 국제표준으로 채택하여 사용하고 있다. 본 연구에서 실험을 위한 제작용으로 채택한 태그는 Texas Instruments사의 태그와 호환이 되는 Tag-It HF-I ISO15693 사양을 적용한 태그를 사용하였다. Tag-It HF-I ISO15693 태그의 메모리 구조는 그림 3과 같이 256 bytes를 가지면서 총 64개의 블록으로 나누어져 있다.
RFID 리더는 SkyeTek 사의 Sky Read Ml 를 사용하였다. 태그는 ISO 15693 표준 사양을 만족하는 카드형 태그와 손목밴드형 태그를 겸용을 사용하였다.

성능/효과

본 논문은 RFID 리더에서부터 시작하여 외장형 안테나 제작 및 시스템 구축 등의 하드웨어 작업과 C++ 연동 프로그램 개발, ASP.NET 웹사이트 구축, 데이터베이스 설계 등의 소프트웨어적인 작업을 수행하는 등 다양한 분야의 기술을 섭렵하면서 작업을 수행하였으며, 그 결과도 상당히 양호하여 실제 시스템에 적용이 가능한 수준으로 볼 수 있다. 그러나 실제 시스템에 적용하기 위해서는 리더의 주파수를 900MHz대로 높여서 5^~10 M 수준의 인식거리를 확보하는 것이 필요하고, 한 개의 리더가 아닌 다중의 리더를 설치하여 종합적인 야전 시험이 추가로 필요할 것이다.
인식이 되면 "안녕하세요”라는 메시지와 함께 클라이언트 프로그램에 태그 ID를 보이게 된다. 카드형 태그와 손목 밴드형 태그를 실험한 결과 40cm 이내에서 양호한 동작을 확인하였다. 한편 같은 태그를 다시 한번 리더 가까이에 가면 이제는 가세요”라는 메시지와 함께 클라이언트 프로그램에 태그 ID를 한번더 등록하게 된다.

후속연구

NET 웹사이트 구축, 데이터베이스 설계 등의 소프트웨어적인 작업을 수행하는 등 다양한 분야의 기술을 섭렵하면서 작업을 수행하였으며, 그 결과도 상당히 양호하여 실제 시스템에 적용이 가능한 수준으로 볼 수 있다. 그러나 실제 시스템에 적용하기 위해서는 리더의 주파수를 900MHz대로 높여서 5^~10 M 수준의 인식거리를 확보하는 것이 필요하고, 한 개의 리더가 아닌 다중의 리더를 설치하여 종합적인 야전 시험이 추가로 필요할 것이다.

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