<353320C1A4C1BEC7F52D B8D6C6BCC7C1B7CEC5E4C4DD20B0CBBBE720BDC3BDBAC5DB20B1B8C7F62E687770>

Size: px

Start display at page:

Download "<353320C1A4C1BEC7F52D B8D6C6BCC7C1B7CEC5E4C4DD20B0CBBBE720BDC3BDBAC5DB20B1B8C7F62E687770>"

하랑 섭
6 years ago
Views:

1 한국산학기술학회논문지 Vol. 10, No. 11, pp , 2009 RFID 멀티프로토콜검사시스템구현 정종혁 1* 1 경운대학교정보통신공학과 Implementation of the RFID Multi Protocol Test System Jong-Hyeog Jeong 1* 1 Dept. of Information & Communications, Kyungwoon University 요약 RFID 시스템은리더기가물체에부착된태그의정보를무선으로파악하는장거리인식용으로사용되고있다. 그렇지만, 각기구현하는방식에조금의차이가있어각제품들간의호환이나, 태그와리더기사이의호환이원만히이루어지지않고있는것이문제점이다. 따라서, 본연구에서는몇가지서로다른프로토콜을탑재하여다양한종류의태그와리더기를검사하고, 고주파특성과프로토콜을동시에검증할수있는시스템을설계및구현하였다. Abstract RFID system, which tries to identify a information of the tag using the wireless transmission, has been used to recognize long distance. However, each RFID system uses different way for individual needs. So, it is might not be compatible with the each system using a little different way. Also there is a trouble to freely use the protocols between the one tag and the other reader. So we tested a various RFID tags and readers to use the designed system with several protocols. Therefore, this paper shows that we designed and realized of the testing system for RF characteristics test as well as protocol analysis. Key Words : RFID, Reader, Tag, Protocol analysis, RF characteristics test 1. 서론 RFID(Radio Frequency Identification) 는발전초기에적용된분야를넘어서유통, 물류, 국방, 금융시장등에서의활용가능성이매우커지고있으며, 특히현재의바코드시장을대체할강력한후보로부각되고있으며, 산업전체모든분야에있어서핵심적인역할을할것으로기대된다 [1]. RFID시스템을적용할분야중가장활발한곳이유통물류분야로그주된이유는물류효율성제고와고객만족도대응이다. 유통업체입장에서는갈수록증가하는소비자의만족도를수용하기에는역부족인바코드를 RFID로대체함으로써경쟁력을확보할수있다는점과생산지에서소비자까지의유통구조개선을통한비용절감을위해전환을모색하고있다 [2]. RFID시스템은인식과정이비교적단순하기때문에 하나의리더로다수의태그를빠르게읽을수있다는장점과다른리더및태그와의간섭발생확률이높다는단점을동시에가진다 [3]. RFID시스템에서의간섭은리더간간섭인주파수간섭과태그간의간섭인충돌이있다. 태그간충돌방지를위해 FS(Frame Slotted) ALOHA와 Tree search 방식등다양한방법들이제시되어국제표준안으로발표되었다 [4,5]. 리더간간섭을완화하기위해서최근에는 EPCglobal 에서제안한 Class1 Generation2 규격이 ISO/IEC에상정되어 ISO/IEC Type C 표준으로통합되어표준으로채택되었다 [6]. 지금까지는 Type B 프로토콜이주류를이루고있었지만, 추후 Type C 프로토콜이 UHF대역의 RFID 시장을이끌어나갈것으로기대된다. 실제현장에서한개의리더기에서사용되는태그는 본논문은정보통신부지원 정보통신우수기술지원사업 연구과제로수행되었음. * 교신저자 : 정종혁 (jhjeong@ikw.ac.kr) 접수일 09 년 08 월 18 일수정일 (1 차 09 년 10 월 22 일, 2 차 09 년 11 월 11 일 ) 게재확정일 09 년 11 월 12 일 3399

한국산학기술학회논문지제 10 권제 11 호, 2009 다른회사의여러가지제품일수가있으며, 이때발생되는문제가리더기의문제인지태그자체의문제인지는정확한프로토콜의분석이나 RF특성의분석없이는알수가없는현실이다. 이것은제조, 판매및유지보수담당회사모두에게손실을안겨주게될것이다.

다음으로 4장에서는리더기와태그를검사하여프로토콜과 RF특성을분석한결과에대해설명하고, 마지막으로 5장에서결론을맺는다. 2. 시스템의구성 [ 그림 2] RF 분석처리부의구성도변환된 IF는 SAW 필터를거쳐신호의크기에따라해당되는전압을발생시켜데이터처리부로보낸다.

[ 그림 1] 시스템의구성도시스템은하드웨어적인부분과소프트웨어적인부분으로나누어지는데, 하드웨어적인부분은 RF 분석처리부, 리더기부, 데이터처리부로크게세부분으로구분할수있다. 소프트웨어적인부분은 RF 분석소프트웨어와프로토콜분석소프트웨어로구분할수있다. 2.

2 한국산학기술학회논문지제 10 권제 11 호, 2009 다른회사의여러가지제품일수가있으며, 이때발생되는문제가리더기의문제인지태그자체의문제인지는정확한프로토콜의분석이나 RF특성의분석없이는알수가없는현실이다. 이것은제조, 판매및유지보수담당회사모두에게손실을안겨주게될것이다. 현재다양한프로토콜을동시에지원해줄수있는 RFID 검사시스템의개발이시급한실정이고, 그래서본연구를통하여제조과정이나관리과정에서발생할수있는문제점들을해소할수있는장비를개발하고자한다. 본논문의구성은다음과같다. 먼저 2장에서는시스템의구성에대해간략히설명하고, 3장에서는제안된시스템을사용하여리더기와태그를검사하는방법에대해설명한다. 다음으로 4장에서는리더기와태그를검사하여프로토콜과 RF특성을분석한결과에대해설명하고, 마지막으로 5장에서결론을맺는다. 2. 시스템의구성 [ 그림 2] RF 분석처리부의구성도변환된 IF는 SAW 필터를거쳐신호의크기에따라해당되는전압을발생시켜데이터처리부로보낸다. 데이터처리부에서는이를디지털데이터로변환하여컴퓨터로보내고, 컴퓨터에서는분석소프트웨어를이용하여스펙트럼분석결과를표시한다. 이때정확한스펙트럼분석을위해분배기의손실을보상하는신호증폭부와프로그램가능감쇠기를추가하였다. 리더기와태그간에서이루어지는통신상의문제점을파악하기위하여두기기의통신상에주고받는신호를데이터처리부로보내컴퓨터를통하여신호를분석하게되며, 분석하는항목은다음과같다. [ 그림 1] 시스템의구성도시스템은하드웨어적인부분과소프트웨어적인부분으로나누어지는데, 하드웨어적인부분은 RF 분석처리부, 리더기부, 데이터처리부로크게세부분으로구분할수있다. 소프트웨어적인부분은 RF 분석소프트웨어와프로토콜분석소프트웨어로구분할수있다. 2.1 RF 분석처리부 RF 분석처리부는리더기와태그에관련된제반적인무선특성을수집하여데이터수집보드로보내주는역할을담당한다. 장치로입력되는 RF 신호를분기하여한신호는리더기부로보내고다른하나는스펙트럼분석을위해데이터처리부로입력되도록한다. 다운컨버터는안테나로입력된신호와데이터처리부 (A/D 보드 ) 로부터발생한톱날파형을국부발진부의조정전압으로사용하여발생된신호를믹서회로에입력하여 85.38MHz의 IF로변환한다. - 태그로부터들어오는신호의수신감도 - 리더기의송신출력측정 - 호핑파형출력 - S/N 비 - 리더기출력파형 - 태그로부터의입력파형 2.2 리더기부 UHF 대역의 RFID 장치를구현하는부분으로현재생산되어판매되고있는 RFID 프로토콜 (ISO B, EPC Gen2, EM 4222) 을탑재하여리더기의특성을검증할수있도록구성하였다. [ 그림 3] 리더기구성도 3400

RFID 멀티프로토콜검사시스템구현 그림 4는제작된리더기보드사진이다. 리더부는크게 MCU인 C8051과디지털변복조파형을생성하는 EPM 칩, 그리고 I/Q Mod/Dmod 칩, PLL 칩으로이루어져있다. 2.4 분석소프트웨어리더기와태그사이에주고받는각종프로토콜들을분석하거나 RF 신호를분석하는역할을한다.

리더기및태그검사 [ 그림 4] 제작한리더기보드사진리더기부에서는태그로부터전달되는태그의 ID 정도만을넘겨주는것이아니라태그에서발생하는모든데이터를데이터처리부로넘겨현재리더기와태그가통신하고있는프로토콜전체에대한내용을분석할수있도록구성하였다. 3.1 리더기검사개발된장치를이용하여양산하는리더기의검사스펙은다음과같다.

3 데이터처리부 RF 분석처리부와리더기부에서들어오는신호를 A/D변환과정을거쳐컴퓨터에데이터를보내주는역할을한다. 이부분은리더기와태그간의통신신호나신호의세기등과같이직접적으로처리가불가능한신호를데이터형태로처리하는부분으로써여러개의 8bit A/D 칩과 DSP 칩으로구성되어있다. 3.1.

3 RFID 멀티프로토콜검사시스템구현 그림 4는제작된리더기보드사진이다. 리더부는크게 MCU인 C8051과디지털변복조파형을생성하는 EPM 칩, 그리고 I/Q Mod/Dmod 칩, PLL 칩으로이루어져있다. 2.4 분석소프트웨어리더기와태그사이에주고받는각종프로토콜들을분석하거나 RF 신호를분석하는역할을한다. 프로토콜분석은태그의 ID 뿐만아니라각프로토콜의세세한필드들을모두분석하여각필드에해당되는각값들의크기나데이터들을직접확인할수있도록구성하였으며, 또한현재리더기와태그사이에통신되고있는프로토콜을자동으로인식하는기능을가지도록하였다. 3. 리더기및태그검사 [ 그림 4] 제작한리더기보드사진리더기부에서는태그로부터전달되는태그의 ID 정도만을넘겨주는것이아니라태그에서발생하는모든데이터를데이터처리부로넘겨현재리더기와태그가통신하고있는프로토콜전체에대한내용을분석할수있도록구성하였다. 3.1 리더기검사개발된장치를이용하여양산하는리더기의검사스펙은다음과같다. - Test시간 : 호핑채널수 호핑time(400/200/100/50ms ) - RF 입력범위 : +35~-60dBm - 주파수측정오차범위 : ±5kHz (908.5~914MHz) - 레벨측정오차범위 : ±0.3dB - Test 규격 : ISO B, GEN 2, EM 데이터처리부 RF 분석처리부와리더기부에서들어오는신호를 A/D변환과정을거쳐컴퓨터에데이터를보내주는역할을한다. 이부분은리더기와태그간의통신신호나신호의세기등과같이직접적으로처리가불가능한신호를데이터형태로처리하는부분으로써여러개의 8bit A/D 칩과 DSP 칩으로구성되어있다 Reader Board 검사방법 [ 그림 6] 리더기테스트구성도 [ 그림 5] 데이터처리부구성도데이터처리부로들어오는신호는앞단의 RF 분석처리부를통하여신호의레벨만을측정하여전달되므로데이터처리부에서는이전압레벨을읽어서디지털데이터로변환하여컴퓨터로보내주면컴퓨터의분석소프트웨어에서파형을재생하는역할을한다. Board 상태의리더기를별도제작된 JIG위에장착한다. JIG로부터 Board에전원이공급된다. 컴퓨터에설치된프로그램으로부터 UART Port를통해전달된실행명령은 JIG의 Test Pin을통해 Board에전송된다. 실행명령을전달받은 Board는 RF신호를송출하고 JIG는 RF 출력신호를 Through Out시켜기준리더기의 RF 입력단으로보낸다. 기준리더기에서분석된신호의레벨및주파수그리고호핑정보는컴퓨터에설치된프로그램을통해그래프및테이블형태로표시된다. 관찰결과로부터사용자설정에따라 PASS/FAIL이결정된다. 3401

4 한국산학기술학회논문지제 10 권제 11 호, 2009 프로그램실행표준설정 D U T 연결 T E S T 시작판정 P A S S FAIL N o 오류보고서출력 Tag 프린터로부터출력된 Tag를안테나위에위치시킨다. 이때, 안테나와 Tag의인식거리를고려하여기준리더기의출력레벨을조절한다. 컴퓨터에설치된프로그램으로부터 UART Port를통해전달된실행명령은기준리더기의 UART Port를통해기준리더기내부에장착된 I/Q 변복조부에전송된다. 실행명령을전달받은 I/Q 변복조부는 Tx_OUT Port를통해 RF신호를송출하고태그로부터피드백된신호를기준리더기의 RF 입력단으로보낸다. 입력된 RF신호는 Through Out되어 RF_OUT Port로출력된다. RF_OUT Port로나온신호를 I/Q 변복조부의 Rx 입력단에연결한다. I/Q 변복조부에서신호를복조하여 Tag에저장된 ID를확인하여 PASS/FAIL을결정한다. T E S T 종료 3.2 태그검사 [ 그림 7] 리더기테스트알고리즘 개발된장치를이용한태그의검사스펙은다음과같다. - Test 시간 : 사용자정의 Test 시간사용. (min. 5ms ) - RF 출력범위 : +30~-1dBm - 안테나이득 : +6dBi(60 3dB Beam Width) - 레벨측정오차범위 : ±0.3dB - Test 규격 : ISO B, GEN 2, EM Tag ID 및인식거리검사 프로그램실행 표 준 설 정 ( 출 력 레 벨 / 호 핑 tim e ) T E S T 시작 R F 신호입력 F A IL T E S T 종료 4. 특성분석결과 4.1 프로토콜분석 앞단에서들어오는데이터의원활한분석을위하여프로토콜분석과 RF 분석을위한인터페이스를분리하였다. 프로토콜분석은 RS-232C 인터페이스를통해분석을하고, RF Spectrum 분석은 USB를통하여입력되는데이터로분석하도록구성하였다. 각태그프로토콜에대한비트별분석을통해태그로부터데이터가정확하게수신되는지를확인할수있다. 그림 9는 B 프로토콜에대한분석화면이다. 리더기나태그를통하여인식된해당프로토콜을분석하고, 정해진데이터가제대로수신되는지를확인하는화면이다. 각프로토콜마다정해진프로토콜의형태가상이하여태그의종류마다다른분석이필요로하게되는데, 이에본프로그램에서는해당되는프로토콜로의자동전환기능과함께수신된데이터의형태나값이옳은지를판정하여, 생산되고있는리더기나태그의품질을판단할수있도록구성하였다. TAG 테스트는프로토콜분석부분과병행되어사용될수있으며, Pass된 TAG의개수와 Fail 된 TAG의개수를표시하도록하였다. F A IL Tag ID 검사오류보고서출력 T E S T 종 료 [ 그림 8] 태그테스트알고리즘 3402

RFID 멀티프로토콜검사시스템구현 위의프로그램은 RF 스펙트럼분석을통하여제작된리더기나태그의특성을분석하기위한정보를나타내는화면이고, 이화면을통하여오차범위내에서양품과불량으로판정할수있록하였다. RF 분석부분은개발또는생산시에사용되는부분으로호핑할때레벨과호핑범위를측정하여검사하고자하는리더기의오류를검사할수있었다. 그림 11은제작된장비의사진이다.

2 RF 특성분석본장치는검사가필요한리더기들의 RFID 프로토콜분석기능과 RF 특성을분석할수있는기능을내장하고있다. 제작된 GUI 화면은그림 10과같고, RF 특성분석을위한프로그램화면은한개의화면안에주파수영역에서의분석과시간영역에서의분석을동시에함으로써한번에여러가지특성을측정할수있도록구성하였다.

결론 RFID 기술은인식속도가빠르고바코드에비해상대적으로많은저장능력을가지고있어, 물류및유통시스템에서바코드를대체할수있는차세대기술로기대되고있다. 지금까지 RFID시스템에대한연구는 UHF대역에서시스템구축에중점을두고연구가진행되어왔다. 또한다중태그식별과충돌방지알고리즘에대해서도많은연구가이루어졌다.

5 RFID 멀티프로토콜검사시스템구현 위의프로그램은 RF 스펙트럼분석을통하여제작된리더기나태그의특성을분석하기위한정보를나타내는화면이고, 이화면을통하여오차범위내에서양품과불량으로판정할수있록하였다. RF 분석부분은개발또는생산시에사용되는부분으로호핑할때레벨과호핑범위를측정하여검사하고자하는리더기의오류를검사할수있었다. 그림 11은제작된장비의사진이다. [ 그림 9] 프로토콜분석 프로토콜의내용을분석하여, 현재통신하는프로토콜이어떤종류인지, 각필드의데이터는정확하게수신되었는지, 수신과정에서어떤에러가어느정도일어났는지등을검사할수있으며, 검사하고자하는리더기를병렬로연결하여리더기의특성을파악할수있다. 4.2 RF 특성분석본장치는검사가필요한리더기들의 RFID 프로토콜분석기능과 RF 특성을분석할수있는기능을내장하고있다. 제작된 GUI 화면은그림 10과같고, RF 특성분석을위한프로그램화면은한개의화면안에주파수영역에서의분석과시간영역에서의분석을동시에함으로써한번에여러가지특성을측정할수있도록구성하였다. [ 그림 10] RF 특성분석그림 10에구성된내용은호핑주파수를나타내는그래프창과호핑주파수를스펙트로미터로나타내는그래프, 주파수와레벨을나타내는리스트박스, 채널별주파수테이블, 판별창및에러내용창, START 버튼으로구성하였다. [ 그림 11] 제작된장비사진 5. 결론 RFID 기술은인식속도가빠르고바코드에비해상대적으로많은저장능력을가지고있어, 물류및유통시스템에서바코드를대체할수있는차세대기술로기대되고있다. 지금까지 RFID시스템에대한연구는 UHF대역에서시스템구축에중점을두고연구가진행되어왔다. 또한다중태그식별과충돌방지알고리즘에대해서도많은연구가이루어졌다. 그러나, 실제양산체제및산업현장에서발생되는문제점들을개선하기위한연구는없는실정이다. 따라서, 본연구에서다양한프로토콜을동시에지원해줄수있는 RFID 검사시스템을제작하였다. 구현한시스템은현재생산되는대부분의장비들이사용하고있는 ISO/IEC 프로토콜인 ISO B, EPC Global의 EPC Gen2와이를기반으로최근통합표준화된 ISO C 등다양한프로토콜규격을가진태그를동시에인식하도록구성하였다. 주파수대역이국가마다조금씩다르지만국내규격은 MHz에서 MHz이므로, 호핑채널은총 18개채널을사용하였다. 주파수변조는 FHSS 방식으로각태그의변조방식에따라 FSK, FM0방식등을사용하고, 호 3403

6 한국산학기술학회논문지제 10 권제 11 호, 2009 핑되는주파수의범위나간격등을측정할수있으며, 사용되는태그의프로토콜을분석하여화면에표시해줌으로써사용자가문제점이있는지를쉽게파악할수있도록하였다. 본연구에서는특히리더기의특성을측정하기위하여 RF 특성을분석하는기능을내장함으로써쉽게하드웨어적인기능들을검사할수있게하고, 또한리더기와태그를동시에검사함으로써어느곳에문제가있는지를명확히구분할수있게하였다. 추후 UHF 대역의 RFID 시스템의사용이확대된다면이러한시스템의활용이더욱필요하게되며, 반드시이러한검사시스템의도입은생산성기술향상에도움이될것으로기대된다. 정종혁 (Jong-Hyeog Jeong) [ 정회원 ] 1994 년 2 월 : 동아대학교일반대학원전자공학과 ( 공학석사 ) 1999 년 2 월 : 한국해양대학교대학원전자통신공학과 ( 공학박사 ) 2000 년 3 월 ~ 현재 : 경운대학교정보통신공학과교수 < 관심분야 > RFID, Ubiquitous, 전파통신, 안테나설계 참고문헌 [1] 강성철외, RFID를이용한출입문제어시스템연구, 한국산학기술학회논문지, Vol. 8, No.6, pp [2] 박차길, 이선규, RFID응용기술의도입에미치는영향요인에관한연구 ", 한국산학기술학회논문지, Vol. 9, No.4, pp , [3] K. Finkenzeller, RFID Handbook, Wiley & Sons, [4] Waldrop, J., Engels, D.W., Sarma, S.E., Colorwave: an anticollision algorithm for the reader collision problem, Communications, ICC' 03. IEEE International Conference on Volume 2, May. [5] ISO/IEC FDIS , Parameters for air interface communication at 860MHz to 960MHz". [6] EPC Global EPC Radio-Frequency Identity Protocols class-1 generation-2 UHF RFID protocols for communications at 860MHz - 960MHz version 1.0.7", EPC global, 26-27, 86-87,

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE Feb.; 29(2), IS

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. 2018 Feb.; 29(2), 93 98. http://dx.doi.org/10.5515/kjkiees.2018.29.2.93 ISSN 1226-3133 (Print) ISSN 2288-226X (Online) UHF-HF