KR100641380B1

KR100641380B1 - 무선태그 시스템에서 리더기간 충돌 방지방법

Info

Publication number: KR100641380B1
Application number: KR1020060003422A
Authority: KR
Inventors: 신광윤
Original assignee: 주식회사 디앤에스 테크놀로지
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2026-01-12
Also published as: WO2007081119A1; EP1977375B1; EP1977375A1; JP2009523351A; US20090002129A1; US8222997B2; EP1977375A4; CN101390109B; CN101390109A; ATE529830T1

Abstract

본 발명은 무선태그(RFID) 시스템에서 리더기간 충돌을 방지하는 방법을 개시한다.

본 발명의 방법은, 각 무선태그 리더기들이 소정의 채널들을 모니터링하여 송신할 채널을 선택하는 제1 단계; 상기 선택된 송신채널을 통해 송신하는 제2 단계; 상기 선택된 송신채널과 동일 주파수의 채널을 수신하는 제3 단계; 상기 수신채널의 상태를 분석하여 리더기간 충돌 여부를 판단하는 제4 단계; 상기 제4 단계에서 판단결과 리더기간 충돌이 검출되면, 소정의 식에 따라 랜덤시간 지연한 후 상기 제1 단계 내지 상기 제4 단계를 반복하여 재시도하는 제5 단계; 및 상기 제4 단계에서 판단결과 리더기간 충돌이 검출되지 않으면, 해당 무선태그와 통신하는 단계로 구성된다.

따라서 본 발명은 리더기간 충돌을 해결하여 이동형의 리더기의 인식능력을 향상시킬 수 있다.

무선태그, RFID, 충돌방지, LBT, 인식효율, 난수, 지연

Description

무선태그 시스템에서 리더기간 충돌 방지방법{ ANTI-COLLISION METHOD BETWEEN READERS OF RFID SYSTEM }

도 1은 본 발명이 적용되기에 적합한 무선태그 시스템의 전체 구성을 도시한 개략도,

도 2는 도 1에 도시된 무선태그 리더기의 구성 블럭도,

도 3은 도 1에 도시된 무선태그의 구성 블럭도,

도 4는 본 발명에 따른 무선태그 시스템에서 리더기간 충돌 방지 절차를 도시한 순서도,

도 5는 본 발명에 따른 무선태그 시스템에서 리더기간 충돌 방지 절차의 다른 실시예를 도시한 순서도,

도 6은 본 발명에 따른 리더기간 충돌방지 절차를 설명하기 위한 타이밍도,

도 7은 본 발명에 따라 리더기가 충돌을 회피한 예를 설명하기 위한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110: 무선태그 111: 안테나

112: 정류기 113: 태그칩

120,120-1,120-2: 무선태그 리더기

121: 입력부 122: CPU

123: RF부 124: 안테나

125: 네트워크 접속부 126: SRAM

127: 플래시 메모리 128: 표시부

130: 유/무선 네트워크 140: 서버 시스템

142: 미들웨어 144: 응용

본 발명은 무선태그(RFID) 관련 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선태그시스템에서 리더기간 충돌을 방지하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 무선태그(RFID:Radio Frequency Identification) 기술은 RF신호를 사용하여 객체를 식별하는 비접촉식 식별기술의 하나로서, 상품의 제조과정에서부터 유통, 물류, 금융 서비스 등에 이르기까지 사회 전반에 걸쳐 널리 사용될 수 있는 유비쿼터스의 핵심 인프라 기술에 속한다.

이러한 무선태그(RFID) 기술은 디바이스 계층, 센서네트워크 계층, 소프트웨어 플랫폼 계층, 어플리케이션 계층 구조로 구성된다. 디바이스 계층은 일반적으로 태그(Tag)라고 불리우는 고유정보를 저장한 트랜스폰더(Transponder)와, 무선을 통하여 태그의 정보를 판독 및 해독기능을 하는 리더기로 이루어진다.

RFID 기술과 관련하여 해결해야 할 큰 문제중의 하나는 태그 간의 충돌로 인하여 태그 인식효율이 떨어지는 것인데, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 가용 주파수범위를 확대하여 데이터 전송속도를 높이거나 데이터 충돌을 최소화하여 인식율을 높이는 많은 방법들이 제시되어 있다.

한편, 통상적인 리더기들은 신호의 송신을 위하여 LBT(Listen Before Talk)기법을 적용하여 유휴채널(Silence channel)을 확보함으로써 통신의 안전성을 확보한다.

그러나 이 LBT 방식은 실제 신호의 송신 시점에서 발생할 수 있는 외부 신호 간섭에 대하여 아무런 인식 방법이 없다는 문제점이 있다. 즉, 리더기 A와 리더기 B 2개의 리더기가 LBT 방식으로 확보한 채널이 우연히 일치할 경우, 두 리더기로 거의 동시에 태그(Tag)에 신호를 송신할 수 있고, 이 경우 태그(Tag)는 정확한 신호를 수신할 수 없게 된다. 따라서 잡음만을 수신한 태그(Tag)는 어떠한 응답도 할 수 없는 상태에 놓여지므로, 해당 리더기는 실제 태그가 존재함에도 불구하고 태그의 무응답 상태에 의해 태그가 존재하지 않는 것으로 간주하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 리더기간에 충돌이 발생될 경우 재시도 시점의 확보를 위하여 난수로 시간대를 조정하여 재충돌을 회피할 수 있는 무선태그 시스템에서 리더기간 충돌 방지방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, LBT(Listen Before Talk) 방식이 주파수 도메인에서의 안정적인 채널을 확보하는 것에 중점을 두는 것에 대하여 본 발명은 리더기간 충돌 발생시 재시도 시점의 확보를 위하여 난수로 시간대를 조종하는 것을 말하여, 이를 LDT(Listen During Talk)라고 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 각 무선태그 리더기들이 소정의 채널들을 모니터링하여 송신할 채널을 선택하는 제1 단계; 상기 선택된 송신채널을 통해 송신하는 제2 단계; 상기 선택된 송신채널과 동일 주파수의 채널을 수신하는 제3 단계; 상기 송신하는 채널을 통하여 수신되는 신호의 상태를 분석하여 리더기간 충돌 여부를 판단하는 제4 단계; 상기 제4 단계에서 판단결과 리더기간 충돌이 검출되면, 소정의 식에 따라 랜덤시간 지연한 후 상기 제1 단계 내지 상기 제4 단계를 반복하여 재시도하는 제5 단계; 및 상기 제4 단계에서 판단결과 리더기간 충돌이 검출되지 않으면, 해당 무선태그와 통신하는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제 4단계는 상기 수신채널의 상태가 잡음뿐 일 경우 리더기간 충돌로 판단하거나 상기 제2 단계에서는 데이터를 송신하고, 상기 제3 단계에서는 데이터를 수신하며, 상기 제4 단계에서는 송신 데이터와 수신 데이터를 비교하여 일치하지 않으면 충돌로 판단할 수 있다.

또한 상기 제5 단계의 지연시간은 난수(n)에 태그응답시간(t_response)을 곱한 시간(T = n × t _response)이고, 상기 제1 단계는 엘비티(LBT:Listen Before Talk) 알고리즘에 따라 채널을 선택한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명이 적용되기에 적합한 무선태그 시스템의 전체 구성을 도시한 개략도이다.

도 1을 참조하면, RFID 시스템은 고유정보를 저장하고 있는 다수의 무선태그(110)와, 무선태그(110)와 무선신호를 송수신하여 무선태그에 실린 정보를 판독 및 해석하여 네트워크를 통해 서버측으로 전달하기 위한 다수의 리더기(120-1,120-2), 네트워크(130)를 통해 다수의 리더기(120-1,120-2)로부터 데이터를 전달받아 다양한 서비스를 제공하는 서버 시스템(140)으로 구성되고, 서버 시스템(140)은 미들웨어(142)와 응용 계층(144)을 구비한다.

무선태그(110)는 태그가 부착되는 사물의 ID 코드 및 사물의 정보를 리더기(120-1,120-2)에 보내기 위해 리더기(120-1,120-2)와 통신하며 수동형과 능동형으로 구분된다. 리더기(120-1,120-2)는 네트워크(130)를 통하거나 직접 미들웨어(142)와 통신하면서 미들웨어(142)의 제어를 받아 무선태그(110)로부터 태그 ID 및 관련 정보를 읽어 미들웨어(142)에 제공한다. 미들웨어(142)는 리더기(120-1,120- 2)에서 계속적으로 발생하는 ID 코드 및 데이터를 수집, 제어, 관리하는 기능을 한다. 이러한 미들웨어(142)는 모든 구성요소와 연결되어 계층적으로 조직화되고 분산된 구조의 미들웨어 네트워크를 구성할 수 있고, 상위의 응용(144)과 통신하여 다양한 서비스를 제공할 수 있게 한다. 그리고 미들웨어(142)는 다양한 형태의 리더기 인터페이스, 다양한 코드 및 망 연동, 여러가지 응용 플랫폼에 대해서도 상호 운용성을 보장할 수 있어야 한다.

도 2는 도 1에 도시된 무선태그 리더기의 구성 예이고, 도 3은 도 1에 도시된 무선태그의 구성 예이다.

무선태그(110)는 전원공급방식에 따라 배터리가 없고 상대적으로 인식거리가 짧은 수동형과, 배터리가 부착되어 있고 인식거리가 긴 능동형으로 구분된다. 통상 433MHz 대역은 능동형으로 사용하고, 900MHz 대역을 수동형으로 사용한다. 수동형 무선 태그는 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나(111)와 정류기(112), 태그칩(113)으로 구성되며, 다양한 모양과 크기를 가질 수 있다. 태그칩(113)은 내부에 메모리를 구비하여 식별코드를 저장하고 있고, 정류기(112)는 리더기로부터 안테나(111)를 통해 전달된 에너지를 이용하여 태그칩(113)에서 필요로 하는 전원을 제공한다.

무선태그 리더기(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 조작을 위한 입력부(121), CPU(122), RF부(123), 안테나(124), 네트워크 접속부(125), SRAM(126), 플래시 메모리(127), 표시부(128)로 구성된다.

입력부(121)는 사용자가 조작을 위한 키로 이루어지고, 플래시 메모리(127)에는 리더기를 동작시키기 위한 소프트웨어와 데이터가 저장되어 있으며, 표시부 (128)는 LED나 LCD 등으로 이루어져 동작상태를 표시한다.

RF부(123)는 송신부와 수신부로 구분되어 있고, CPU(122)의 제어에 따라 송신 데이터를 고주파 무선신호로 변조하여 안테나(124)를 통해 송신하고, 안테나(124)를 통해 수신된 신호를 복호하여 수신 데이터를 CPU(122)로 제공한다. 안테나(124)는 하나의 안테나를 송수신으로 사용하거나 송신 안테나와 수신 안테나를 별개로 사용할 수도 있다.

네트워크 접속부(125)는 리더기를 미들웨어측으로 연결하기 위한 부분으로서 유선 네트워크 접속의 경우에는 RS-232C 등과 같은 직렬 인터터페이스나 이더넷 등으로 구현되고, 무선 네트워크 접속일 경우에는 무선랜칩, CDMA칩, 무선모뎀 등으로 구현될 수 있다.

CPU(122)는 플래시 메모리(127)에 저장된 소프트웨어를 SRAM(126)에 로딩한 후, 소프트웨어에 따라 리더기 전체 동작을 제어한다. 즉, 네트워크 접속부(125)를 통해 미들웨어(142)와 통신하고, RF부(123)를 통해 무선태그(110)측으로 데이터를 송신하고, 무선태그(110)로부터 수신된 데이터를 디코딩하여 미들웨어(142)로 전송한다. 또한 CPU(122)는 다중태그 인식을 위한 충돌방지 알고리즘과, 보안, 개인정보보호를 위한 암호화 알고리즘, 에러정정 알고리즘 등과 통신 프로토콜, 본 발명에 따른 리더기간 충돌 방지 절차 등을 수행한다.

이어서, 위와 같이 구성되는 무선태그 시스템에서 본 발명에 따라 리더기간 충돌을 방지하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 무선태그 시스템에서 리더기간 충돌 방지 절차를 도시한 순서도이다.

통상적인 전이중 방식(Full Duplex)의 무선통신(Air-communication) 시스템은 송신 시점에서 수신 안테나를 통하여 대기공간(Air)상의 신호를 수신할 수 있다. 본 발명에 따른 LDT의 가장 핵심 개념은 바로 이와 같은 매커니즘을 근거로 하여 송신중에 송신채널과 동일주파수의 채널을 수신한 후 수신상태를 판별하여 해당 채널에서 리더기간 충돌이 발생되었는지를 판단한다. 이때 리더기간 충돌발생 여부는 다양한 방식으로 판단할 수 있으나 본 발명의 도 4에 도시된 실시예에서는 잡음여부로 판단하고, 도 5에 도시된 다른 실시예에서는 송신 데이터와 수신 데이터를 비교하여 판단한다.

도 4를 참조하면, 무선태그 리더기들(120-1,120-2)은 무선태그(110)를 식별하기 위하여 송신할 채널을 선택한다(S11). 즉, 무선태그(110)와 무선태그 리더기 (120-1,120-2) 사이는 미리 할당된 주파수 대역의 통신채널이 정의되어 있는데, 미들웨어(142)의 명령이나 이벤트가 발생되어 송신할 필요가 있을 경우 할당된 다수의 채널들 중에서 사용하지 않는 빈 채널(유휴채널)을 선택한다. 이때 유휴채널을 선택하는 알고리즘으로는 LBT(Listen Before Talk) 알고리즘을 사용할 수 있다.

이어 무선태그 리더기(120-1,120-2)는 선택된 채널을 통해 무선신호를 송신함과 아울러 송신채널과 동일주파수의 수신채널을 통해 무선신호를 수신한 후 해당 수신채널의 상태를 분석하여 충돌여부를 판단한다(S12,S13). 즉, 무선태그 리더기(120-1,120-2)의 RF부의 무선신호를 송신 안테나를 통해 공중으로 전파한 후 수신 안테나와 RF부를 통해 동일주파수의 채널을 수신하여 잡음뿐이면 충돌로 판단한다.

이어 판단 결과 리더기간 충돌이 검출되면, 다음 수학식1에 따라 랜덤시간 지연한 후 상기 과정을 반복하여 재시도하고, 리더기간 충돌이 검출되지 않으면, 해당 무선태그(110)와 통신한다(S14,S15).

즉, LBT의 결과로 선택한 채널이 본 발명의 LDT에 의해 잡음을 감지한다면 이 경우는 또 다른 리더기가 근접해 있는 것으로 간주한다. 이때, 리더기 A(120-1)와 다른 리더기 B(120-2)는 실패한 송신에 대하여 재시도를 하여야 하는데, 만일 두 개의 리더기(120-1,120-2)가 동시에 재시도를 한다면 이와 같은 시도는 무한정 반복될 수 밖에 없을 것이다. 이와 같은 충돌을 방지하기 위하여 본 발명에 따라 각 리더기(120-1,120-2)는 난수를 발생하여 송신 재시도 시점을 결정하는데, 발생된 난수는 다음의 수학식1과 같이 송신 재시도 시점을 결정한다.

상기 수학식1에서 'T'는 재시도를 위하여 리더기가 지연해야 하는 시간을 의미하고, 'n'은 난수, t_response로 통상적인 태그의 응답 시간을 나타낸다.

이와 같은 본 발명의 절차를 통해 리더기간에 주파수 도메인과 시간 도메인에서 통신의 안정적인 공간을 확보할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 무선태그 시스템에서 리더기간 충돌 방지 절차의 다른 실시예를 도시한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 무선태그 리더기들(120-1,120-2)은 무선태그(110)를 식별하기 위하여 송신할 채널을 선택한다(S21). 즉, 무선태그(110)와 무선태그 리더기 (120-1,120-2) 사이는 미리 할당된 주파수 대역의 통신채널이 정의되어 있는데, 미들웨어(142)의 명령이나 이벤트가 발생되어 송신할 필요가 있을 경우 할당된 다수의 채널들 중에서 사용하지 않는 유휴채널을 선택한다. 이때 유휴채널을 선택하는 알고리즘으로는 LBT(Listen Before Talk) 알고리즘을 사용할 수 있다.

이어 무선태그 리더기(120-1,120-2)는 선택된 채널을 통해 미리 정의된 송신 데이터를 RF부(123)에서 무선신호로 변조하여 송신함과 아울러 송신채널과 동일주파수의 수신채널을 통해 무선신호를 수신한 후 복조하여 수신데이터를 추출한다(S22~S24).

그리고 송신 데이터와 수신 데이터를 비교하여 일치하지 않으면 해당 채널에서 리더기간 충돌이 발생된 것으로 판단하여 앞서의 수학식1과 같이 랜덤시간 지연 후 송신을 재시도하고, 일치하면 충돌이 발생되지 않은 것으로 판단하여 해당 무선태그(110)와 통신한다(S25~S28).

이와 같이 본 발명 다른 실시예에서는 리더기(120-1,120-2)가 송신 시점에서 수신된 정보가 송신한 정보와 일치하는 지를 비교하여 리더기(120-1,120-2)간에 주파수 도메인과 시간 도메인에서 통신의 안정적인 공간을 확보할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 리더기간 충돌방지 절차를 설명하기 위한 타이밍도이고, 도 7은 본 발명에 따라 충돌이 회피된 채널 사용을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 리더기 A(120-1)와 리더기 B(120-2)가 근접해 위 치한 경우 LBT에 따라 동일채널을 동시에 사용하게 되면 리더기 A(120-1)의 셀영역(cell 1)과 리더기 B(120-2)의 셀 영역(cell 2)이 중첩된 지역에 위치한 무선태그(110)는 리더기간 충돌에 의해 잡음신호를 수신하게 된다. 따라서 잡음만을 수신한 무선태그(110)는 어떠한 응답도 할 수 없는 상태에 놓여지므로, 해당 리더기는 실제 태그가 존재함에도 불구하고 태그의 무응답 상태에 의해 태그가 존재하지 않는 것으로 간주하게 된다.

도 6을 참조하면, 본 발명에서는 리더기 A(120-1)와 리더기 B(120-2)가 충돌하게 되는 경우에 앞서 설명한 수학식에 따라 리더기 A(120-1)는 t1 랜덤시간 지연 후 재송신을 시도하게 되고, 리더기 B(120-2)는 t2 랜덤시간 지연 후 재송신을 시도하게 된다. 여기서, t1=n1×t_respose시간으로 정해지고, t2=n2×t_respose시간으로 정해지는데, n1과 n2는 난수이므로 서로 달라 다른 시간에 재시도가 이루어지게 되어 충돌이 회피된다.

이와 같이 본 발명에 따른 충돌회피 알고리즘에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 다음의 송신 시도에 있어 리더기A(120-1)는 2tr에 ch6를 사용하고, 리더기 B(120-2)는 7tr에 ch2를 사용함으로써 상호간의 충돌을 방지할 수 있다. 도 7에서 종축은 리더기와 태그간에 할당된 채널(Ch1~Ch6)을 나타내고, 횡축은 재시도 시간대(tr~8tr)를 나타내는데, 채널의 선택은 LBT(Listen Before Talk)에 의해 정해지고, 재송신 시도시의 시간은 LDT(Listen During Talk)에 의해 정해지는 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 리더기간에 충돌이 발생될 경우에 랜덤시간 지연 후 송신을 재시도하도록 함으로써 리더기간 충돌을 회피하여 무선태그가 존재함에도 불구하고 인식하지 못하게 되는 문제점을 해결할 수 있다. 특히, 최근에는 리더기가 이동형으로 구현되어 리더기간 충돌이 자주 발생될 수 있는데, 본 발명은 리더기간 충돌을 해결하여 이동형의 리더기의 인식능력을 향상시킬 수 있다.

Claims

각 무선태그 리더기들이 소정의 채널들을 모니터링하여 송신할 채널을 선택하는 제1 단계;

상기 선택된 송신채널을 통해 송신하는 제2 단계;

상기 선택된 송신채널과 동일 주파수의 채널을 수신하는 제3 단계;

상기 송신하는 채널을 통하여 수신되는 신호의 상태를 분석하여 리더기간 충돌 여부를 판단하는 제4 단계;

상기 제4 단계에서 판단결과 리더기간 충돌이 검출되면, 소정의 식에 따라 랜덤시간 지연한 후 상기 제1 단계 내지 상기 제4 단계를 반복하여 재시도하는 제5 단계; 및

상기 제4 단계에서 판단결과 리더기간 충돌이 검출되지 않으면, 해당 무선태그와 통신하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 무선태그 시스템에서 리더기간 충돌 방지방법.
제1항에 있어서, 상기 제 4단계는

상기 수신채널의 상태가 잡음뿐일 경우 리더기간 충돌로 판단하는 것을 특징으로 하는 무선태그 시스템에서 리더기간 충돌 방지방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 단계에서는 데이터를 송신하고, 상기 제3 단계에서는 데이터를 수신하며, 상기 제4 단계에서는 송신 데이터와 수신 데이터를 비교 하여 일치하지 않으면 충돌로 판별하는 것을 특징으로 하는 무선태그 시스템에서 리더기간 충돌 방지방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제5 단계의 지연시간은

난수(n)에 태그응답시간(t_response)을 곱한 시간(T = n × t_response)인 것을 특징으로 하는 무선태그 시스템에서 리더기간 충돌 방지방법.
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