[논문]ISO/IEC 18000-6 Type C 규격에 적합한 리더 펌웨어 개발

양정규; 오하령; 성영락; 박준석; 송의석; 정명섭; 곽호길; 안시영

ISO/IEC 18000-6 Type C 규격에 적합한 리더 펌웨어 개발
An Implementation of a RFID Reader Firmware for ISO/IEC 18000-6 Type C Specification 원문보기

양정규 (국민대학교 전자공학과) , 오하령 (국민대학교 전자공학과) , 성영락 (국민대학교 전자공학과) , 박준석 (국민대학교 전자공학과) , 송의석 ((주)유컴테크놀러지) , 정명섭 ((주)유컴테크놀러지) , 곽호길 ((주)유컴테크놀러지) , 안시영 (국민대학교 전자공학과)

As RFID systems are applied to various fields and applications such as supply chain management, asset management, location based applications etc. the requirements becomes diverse. For example, Much higher performance, TCP/IP protocol stack are required in some applications. However, low end processors based systems such as 8051 processor can not meet such requirements due to their low processing capacity and limited size of memory. In this paper a UHF band RFID system which meets the ISO 18000-6 TYPE C specification with ARM920T-based processor is implemented and tested.

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문제 정의

그러나 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하고자 ARM을 이용하여 프로세서의 처리속도 향상시켰고기준전압을 단계별로 적용하는 오버헤드(overhead) 를 줄이기 위해서 하드웨어를 수정하였다. 기존의 인터럽트 방식의 알고리즘을 주기적으로 RX 포트를폴링(Polling)하는 알고리즘으로 수정하여 총 4개 채널(총 8path)을 동시에 처리할 수가 있다.
본 논문에서는 Type C 규격에 적합한 리더 시스템을 설계하고 구현하였다. 그리고 uCOS-II를 이식하여 다양한 이벤트 처리에 유연하게 대처하도록 하였으며 LWIP라는 TCP/IP 스택을 이식하고 시리얼 인터페이스뿐만 아니라 이더넷 인터페이스도 지원하였다.
본 논문에서는 다양한 요구 조건들을 충족시키기 위해서 현재 내장형 시스템에서 많이 사용되고 있는 ARM920T 기반의 프로세서를 이용하여 ISO 18000-6 TYPE C 규격을 만족하는 UHF 대역의 RFID 시스템을 구현하였다.

제안 방법

본 시스템에 "LWIP (Light-Weight implementation of the TCP/IP protocol)"라는 TCP/IP 스택을 이식하여 Ethernet 인터페이스를 제공하였다. 그리고 “u/COS-II "를 이식함으써 다양한 실시간 이벤트 처리가 가능하다.
기본적으로 전체적인 하드웨어 구조가 다르므로 정확한 비교 실험이 어렵지만 태그가 잘 인식되는 곳을 선택하여 TX 10번 당 태그 인식의 성공률을 측정하여 비교 하였다. (그림 5)와 같이 태그가 정상적으로 Query 명령에 대한 응답을 하였지만 리더에서 분석을 못하여 리더의 ACK 명령이 태그로 전송이 안 된 경우를 실패한 경우로 보아서 두 시스템 간의 인식률을 비교 측정하였다. (표 3)에서 나타난 인식률을 분석해보면 8051 프로세서를 이용한 시스템의 77%의 인식실패율에 비해 ARM 프로세서를 이용한 시스템은 4%의 인식 실패율을 보였다.
8051 기반 시스템과 ARM 기반 시스템의 비교실험을 통해서 인식률을 측정해 보았다. 기본적으로 전체적인 하드웨어 구조가 다르므로 정확한 비교 실험이 어렵지만 태그가 잘 인식되는 곳을 선택하여 TX 10번 당 태그 인식의 성공률을 측정하여 비교 하였다.
통해서 인식률을 측정해 보았다. 기본적으로 전체적인 하드웨어 구조가 다르므로 정확한 비교 실험이 어렵지만 태그가 잘 인식되는 곳을 선택하여 TX 10번 당 태그 인식의 성공률을 측정하여 비교 하였다. (그림 5)와 같이 태그가 정상적으로 Query 명령에 대한 응답을 하였지만 리더에서 분석을 못하여 리더의 ACK 명령이 태그로 전송이 안 된 경우를 실패한 경우로 보아서 두 시스템 간의 인식률을 비교 측정하였다.
기존의 인터럽트 방식의 알고리즘을 주기적으로 RX 포트를폴링(Polling)하는 알고리즘으로 수정하여 총 4개 채널(총 8path)을 동시에 처리할 수가 있다. 또한 기준전압이 각 채널별로 할당이 되어서 기존의 8051 시스템에서 문제되었던 부분들을 해결하였다.
단일 태그 시에 Q값을 0으로 하게 될 경우 태그 내부의 슬롯 개수가 1개이기 때문에 태그는 항상 반응하게 된다. 반면 다중 태그일 경우에는 상황에 따라 Q값을 조정하여 충돌 중재를 하는데 본 논문에서는 기본 Q 값을 4로 하여 테스트하였다.
그리고 uCOS-II를 이식하여 다양한 이벤트 처리에 유연하게 대처하도록 하였으며 LWIP라는 TCP/IP 스택을 이식하고 시리얼 인터페이스뿐만 아니라 이더넷 인터페이스도 지원하였다. 호스트 또는 미들웨어와의 연동을 위해 호스트 프로그램과 통신 프로토콜도 구현하였다. 또한 ARM 920T 기반의 프로세서를 이용하여 기존의 8051 기반의 시스템에서 문제되었던 부분들을 해결함으로써 약 1/20배정도 인식실패율이 감소되었다.

이론/모형

그리고 Type。에서는 ISO 18000-6 Type A 프로토콜에서 사용됐던 "ALOHA" 방식을 더 개선시킨 Slotted ALOHA 방식을 사용한다. Slotted ALOHA 방식은 난수를 이용하여 응답 순서를 정해서 태그를 인식한다는 것이 주된 내용이다.

성능/효과

(그림 5)와 같이 태그가 정상적으로 Query 명령에 대한 응답을 하였지만 리더에서 분석을 못하여 리더의 ACK 명령이 태그로 전송이 안 된 경우를 실패한 경우로 보아서 두 시스템 간의 인식률을 비교 측정하였다. (표 3)에서 나타난 인식률을 분석해보면 8051 프로세서를 이용한 시스템의 77%의 인식실패율에 비해 ARM 프로세서를 이용한 시스템은 4%의 인식 실패율을 보였다. 결국 인식실패율이 약 1/20배 정도로 감소되었음을 확인할 수 있었다.
호스트 또는 미들웨어와의 연동을 위해 호스트 프로그램과 통신 프로토콜도 구현하였다. 또한 ARM 920T 기반의 프로세서를 이용하여 기존의 8051 기반의 시스템에서 문제되었던 부분들을 해결함으로써 약 1/20배정도 인식실패율이 감소되었다. 현재 다양한 응용분야에서 충돌 중재 성능이 중요하게 대두되고 있다.

후속연구

현재 다양한 응용분야에서 충돌 중재 성능이 중요하게 대두되고 있다. 다양한 환경에서 충돌 중재 알고리즘을 검증 및 개선을 하여 리더의 성능을 개선할 것이다. 뿐만 아니라 다중 리더 환경의 리더들 간의 충돌 문제를 해결할 수 있는 알고리즘을 연구하여 해결 방안을 모색할 것이다.
다양한 환경에서 충돌 중재 알고리즘을 검증 및 개선을 하여 리더의 성능을 개선할 것이다. 뿐만 아니라 다중 리더 환경의 리더들 간의 충돌 문제를 해결할 수 있는 알고리즘을 연구하여 해결 방안을 모색할 것이다.

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