IT R&D Global Leader RFID 시스템기술 정재영

I RFID 기술개요 II RFID 기술동향 III RFID 기술개발방향 -2-

I. RFID 기술개요 01011001010001 01011001010001 1. RFID 시스템개념 01011001010001 2. RFID 주파수특성및용도 01011001010001 3. 수동형 RFID 동작원리 RFID -3-

I. RFID 기술개요 RFID 시스템개념 RFID(Radio Frequency Identification) 는소형전자칩과안테나로구성된 전자태그를사물에부착하여, 리더기 ( 판독기 ) 가무선주파수를사용하여 전자태그의정보를읽어사물을인식하는기술 RFID 태그 RFID 리더 데이터서버 -4-

I. RFID 기술개요 RFID 주파수특성과용도 출입통제 / 보안 출입 / 교통 / 지불카드 해운항만컨테이너 ID card Name: Rei Itsuki No.: 00012345 Div.: Mu VC Company: Hitachi, Ltd. POST CARD 동물관리 주차관리 물류추적관리 유통물류 모바일 RFID Invitation for Hitachi Exhibition 2002 RTLS Passport, ID card 주파수대역 125KHz,134KHz (ISO 18000-2) (Passive) 13.56MHz 433.92MHz 860MHz~960MHz 2.45GHz (ISO 18000-3) (ISO 18000-7) (ISO 18000-6), EPC (ISO 18000-4) (Passive) (Active) (Passive/Semi-Active) (Active) <0.5m <10cm, <1m Read range <3~5m 100~400m Slow Data rate Faster Low 전파Noise High Better 환경영향 (liquid, metal) Worse Large Tag Size Smaller Large -5-

I. RFID 기술개요 수동형 RFID 동작원리 수동형 RFID 동작원리 리더 태그 ( 트랜스폰더 ) (a) LF/HF 주파수대역의 RFID 시스템구성 (b) UHF 대역의 RFID 시스템구성 (a) 는루프코일형태의안테나에서발생하는자기장을이용한태그와리더간의 데이터통신방법 Ø 125/135KHz(LF) 대역과 13.56MHz(HF) 대역의 RFID 시스템에사용 (b) 는일반 UHF 대역안테나에서발생하는전자기장을이용한태그와리더간의데이터통신방법으로, 레이더의원리인후방산란 (Back-scattering) 방식이사용됨. Ø 900MHz 대역의 RFID 시스템에사용 -6-

I. RFID 기술개요 수동형 RFID 동작원리 Reflection Coefficient G = G 1 Tag Chip RFID Reader Z Control Z = Z 1 Reflection Coefficient G = G 2 Tag Chip RFID Reader Z Control Z = Z 2 Reflection Coefficient G = G 1 G 2 G 2 G 1 G 2 G 1 Tag Chip RFID Reader Z Control Z = Z 1 Z 2 Z 2 Z 1 Z 2 Z 1-7-

I. RFID 기술개요 수동형 RFID 동작원리 Reader Transponder Reader Signal Tag Signal Tag CHIP Voltage Multiplier V out Other Circuits Select Inventory Access Reader Signal CW Select CW Query CW Ack CW Request RN CW t Tag Signal RN16 PC+UII+CRC16 t T 4 T 1 T 2 T 1 T 2 Tag Voltage V out Vdd t -8-

I. RFID 기술개요 수동형 RFID 동작원리 Tags (5) ASK signal (code) 210 (3) CW signal (for response power) (7) ASK signal (code) 43 21 0 (2) ASK signal (for commands) Reader Transponder Reader Antenna (1) CW signal (for wake up power) (8) ASK signal (code) (4) ASK signal (code) 54 32 10 Counter Number generated randomly 10 (6) ASK signal (code) 32 10-9-

II. RFID 기술동향 01011001010001 01011001010001 1. Gartner Hype Cycle 01011001010001 2. RFID 시스템기술수준 01011001010001 3. 최근해외적용사례 RFID -10-

II. RFID 기술동향 Gartner Hyper Cycle (2002 ~ 2012) RFID 는약 6 년동안거품제거기에빠짐 캐즘에서극복하기위한방법 - 마케팅모델의결점을수정 - 소비자의요구를만족하도록 기술적제한요소를해결 -11-

II. RFID 기술동향 UHF 대역 RFID 기업동향 Impinj 는스마트인코딩알고리즘기술을이용한 STP (Source Tagging Plateform) 를개발하여기존대비인코딩속도개선 (1,750ea/Min.) Alien 은소형리더, 태그칩 (Higgs 4) 을개발하여제약, 물류, 국방분야에기술제공 Intermec 은극한진동 / 충격에강한이동체탑재형리더및견고한금속부착태그등을개발하여조립산업및금속자재관리분야에기술제공 Sirit 은도로 / 주차관리등에적합한리더및차량유리부착형태그등을개발하여차량, 교통관리분야에기술제공 ThingMagic 은고정형리더 (Mercury) 를기반으로소형리더개발주력. -12-

II. RFID 기술동향 UHF 대역 RFID 기술 - 900MHz 대역수동형 RFID 리더제품 휴대형 RFID 리더의성능은국내 / 국외회사의제품이대부분비슷함 고정형 RFID 리더의성능은임핀지와에일리언사제품이우수함 RFID 리더칩은임핀지, Austriamicrosystems, Phychips 에서생산함 Impinj Fixed Reader Alien Fixed Reader Motorola Handheld Reader 에이티아이디 (ATid) Handheld Reader Impinj Reader Chip AustriaMicroSystem Reader Chip Phychips Reader Chip 네톰 Reader with built-in antenna -13-

II. RFID 기술동향 UHF 대역 RFID 기술 - 900MHz 대역수동형 RFID 태그칩 ImpiJ Monza 5 ImpiJ Monza 4D NXP UCode G2iL & G2iL+ Alien Higgs-4 Alien Higgs-3 Appearance Standard Frequency (MHz) Memory Sensitivity (dbm) EPCglobal C1 Gen2 ISO/IEC 18000-6C EPCglobal C1 Gen2 ISO/IEC 18000-6C EPCglobal C1 Gen2 ISO/IEC 18000-6C EPCglobal C1 Gen2 ISO/IEC 18000-6C EPCglobal C1 Gen2 ISO/IEC 18000-6C 860~960 860~960 840~960 860~960 860~960 EPC: 128 bits User: not available Read: -20, Write: -16 EPC: 128 bits User: 32 bits Read: -17.4, -19.9 (True3D) Write: -14.6, -17.1(True3D) Package Wafer, 8-pin udfn Wafer, 8-pin udfn Other Features Fastest encoding speed: over 1,750 tags/min. True3DTM Antenna Technology EPC: 128 bits User: 64 bits -18, -27(connected to power) Swan wafer, SOT886, FCS - Privacy, Security, anti-tampering functions, EAS EPC: 128 bits User: 128 bits EPC: 96(480) bits User: 512 bits -18.5-18 Flip chip, Strap, SMD Enhanced authentication and security capabilities Flip chip, Strap, SMD Enhanced authentication and security capabilities Availability 2012.2 2010.6 2012.2 2011.4 2008.7-14-

II. RFID 기술동향 해외 RFID 적용사례 - RFID 의류관리시스템 스페인 Trasluz Casual Wear (30~50매장) UHF Gen2 RFID System 의류생산 / 태그부착 박스단위포장 박스단위일괄인식 ( 컨베이어 ) RFID 전자선반 의류매장 시스템솔루션 : 판매장 RFID 리더 : RFID 태그 : 응용분야 의류생산 / 유통 / 판매전과정 RFID POS (Point of Sale) RFID 매트 박스단위일괄인식 ( 창고 : 휴대형리더 ) -15- < RFID 를이용한의류 Value Chain 형성 >

II. RFID 기술동향 해외 RFID 적용사례 - 광산광물채광응용시스템 SCIROCCO ( 스웨덴 ) UHF Gen2 RFID Onboard PC 차량외부리더안테나 갱도주요벽면에태그부착 차량내부리더설치 응용분야 작업순서 On-line 관리 광물의채광위치및채광량관리 광물 Dumping Out 위치관리 서버 채광위치관리 인터넷 채광양관리 작업효율성 -16-

II. RFID 기술동향 해외 RFID 적용사례 - 금속형장치부착태그 Omni-ID ( 미국 ) 초박형금속부착태그 (UHF RFID) RFID 태그 모터 / 노트북 / 카트관리 태그두께 : 1.2mm 태그크기 : 25mm x 75mm 인식거리 : 약 4m 응용분야 RFID 태그 오일누수 / 파이프관리 열악한금속환경적용 화재 / 극한환경극복 화재발생후태그인식 < 금속환경으로 RFID 기술을확대할수있는솔루션제공 > -17-

II. RFID 기술동향 해외 RFID 적용사례 - 작업장보행자사고방지시스템 TE ( 영국 )> ( Pedestrian Alert System ) Active RFID Warning System 해마다사망사고 11 건, 상해 9,400 건발생 ( 영국 ) Forklift 장착리더시스템 1. 초당 3~4 번 ID 송신 2. 리튬전지사용 2.45GHz 주파수 : 2.45GHz Active RFID 인식거리 : 0.5m ~ 6.5m 위험거리에따른자동브레이크시스템 응용분야 열악한작업환경에따른인명사고발생작업장 1. 신호세기에의한거리판단 2. 위험거리와연관된자동브레이크시스템구현 < 작업장사고방지를위한종합솔루션제공 > -18-

II. RFID 기술동향 해외 RFID 적용사례 - 우편물수거및우편차량관리시스템 Commotive ( 덴마크 ) 2-Way 2.4GHz RFID 응용분야 우편함수거관리 우편수거차량동선관리 (Optimum Route) 우편취급정보관리 -19-

III. RFID 기술개발방향 01011001010001 01011001010001 1. RFID 시스템주요이슈 01011001010001 2. RFID 기술개발현황 01011001010001 3. ETRI RFID 기술개발현황 RFID -20-

RFID 시스템주요이슈 Low-cost tags & readers Reader to reader communication More effective anti-collision protocols Increased reading reliability Increased interference immunity High data rate-new modulation formats Long read range in UHF RFID Improved system integration Multi-frequency, multi-standards readers -21-

RFID 기술개발현황 - ILT 응용 HF Gen2 NXP 에서는 ISO 18000-3M3 (Mode 3) 를수용하는 HF 태그칩개발 Anti-collision 과보안기능을강화하여의약 / 게임 / 의류 / 도서산업등에적용예정 (1)Anti-collision 및보안 기능강화 (2) 응용 ( 태그 ) 분야에따라 칩의주요성능 (1) 태그일괄인식개수 : Up to 700 tags/sec. (2) Password-protected privacy mode로보안기능강화응용분야 (1) 헬스케어 ( 의약품공급체인 ) (2) 카지노칩, 문서이력관리등 3 개의정합 Capacitor 제공 -22-

RFID 기술개발현황 - HF/UHF 다중대역태그 보안구역통제및차량출입관리를위해 HF/UHF 다중대역태그가연구 / 개발됨 HF대역은신분증응용을위해주로카드형태로구성 HF대역안테나의빈공간에 UHF 태그안테나구현국내기술 (1)HF대역루프안테나내부에 UHF 태그구현 (2)HF대역안테나의일부 를 UHF 대역안테나로 활용 개인특허 플레닉스 국외기술 (1)HF대역루프안테나내부에 UHF 태그구현 (2)HF/UHF 다중대역태그칩연구 ( 오스트리아 / 프랑스 ) 비엔나공학대학 ( 오스트리아 ) 니스소피아앙티폴리스대학 ( 프랑스 ) -23-

RFID 기술개발현황 - 특수의약품관리캐비넷 미국의 Omnicell과 TERSO가의약품관리를위한캐비넷솔루션개발다양한방식의사용자인증과정과 2-D 바코드스캐너를이용한의약품캐비넷 (Omnicell) UHF RFID 기술을이용한실시간의약품관리용캐비넷 (TERSO) Automated Supply Dispensing Cabinets 미국의 Omnicell 에서의약품사용프로세스및보급망관리목적으로개발 지문, 카드리더등의사용자인식후물품관리 2-D 바코드스캐너로입 / 출입운용 Model TS030 25ft³ Intelligent Cabinet 미국의 TERSO 에서의약품사용모니터링목적으로개발 UHF RFID 기술을이용한실시간재고관리및유통관리 카드리더를이용한사용자접근관리 -24-

RFID 기술개발현황 - 앰플형의약품관리태그 유럽 / 일본등에서앰플형의약품관리를위해 HF대역소형태그들이개발되고있음근접한거리에서단품단위로인식가능칩제작공정또는 PCB 재질을사용하여상대적으로높은생산단가 Hitachi ( 일본 ) (1)HF 대역의 RFID 기술 (2)Coil-on-Chip 구조의 초소형태그 (2.5mm x 2.5mm) Tagsys ( 프랑스 ) (1)HF대역의 RFID 기술 (2) 루프구조의태그를 Vial 뚜껑에삽입 ( 직경 8.9mm) -25-

RFID 기술개발현황 - PCB 관리 RFID 태그 일본의 Murata 와네덜란드의 NXP 가휴대폰 PCB 이력관리를위해 PCB 태그개발 고가의 LTCC 공정정합회로와 PCB 상에안테나를형성하여태그구현 (Murata) PCB 상의슬롯안테나와별도의급전루프모듈개발 (NXP) LTCC 공정의정합회로 를포함한 RFID 태그 슬롯의길이를이용하여임피던스정합 (1) PCB상에슬롯형성 (2) 급전루프모듈개발 - 공진길이의금속패턴 ( 다이폴 ) 과결합하여사용 ( 별도정합회로없음 ) 급전루프모듈 -26-

ETRI 기술개발현황 - 장거리 RFID 시스템 UHF 수동형태그 UPM Rafesec 창고관리 Alien Shipping ImpinJ 항공수하물 s 태그동작개념 전원 발생 컨베이어벨트 Ps-mod R T = R t Data Control 의류관리 의약관리 -27-

ETRI 기술개발현황 - 장거리 RFID 시스템 전지지원형태그 Computer Language Confidex 항공 ULD(Unit Load Device) 조선소야적장 PowerID Intelleflex 태그동작개념 항공화물창고 s Activation 전원부전원밧데리발생 철강제조 Ps-mod R T = R t Data Control 센서 교통관리 지하터널공사 -28-

ETRI 기술개발현황 - 장거리 RFID 시스템 Star System-Mojix u 리더기의송수신부를분리, 인식거리 : 200m [STAR System 적용사례 ] : Lufthansa Cargo -29-

ETRI 기술개발현황 - 장거리 RFID 시스템 UHF 대역 RFID 시스템링크분석 u 순방향인식거리제한 ü 태그수신감도 u 역방향인식거리제한 ü 리더수신감도 20 Tag Sensitivity Limited Case Received Powers [dbm] 0-20 -40-60 P RX,tag Alien Higgs Chip -18 dbm Received Power at 20m -23 dbm Reader Sensitivity Limited Case -80 P RX,reader 0 4 8 12 16 20 24 28 Distance [m] -30-

ETRI 기술개발현황 - 장거리 RFID 시스템 RFID 리더송신누설전력 Rx Signal Tx Leakage 2 1. 필터링 2. Tx-Rx 안테나분리 (Mutual Coupling 발생 ) 3. Duplex/Switching(Backscattering 지원 x) 4. Circulator/Directional coupler Tx Power (30dBm) Tx Leakage 1 u Tx Leakage 1 : 써큘레이터격리도 u Tx Leakage 2: 안테나부정합 Leakage to Receiver Small LF CW Signal <Reader Transmitter> <Interfered Reader Receiver> <Backscattered Tag Signal> u LNA or active mixer can be saturated by the strong TX signal. u DC Offset can be caused by the self-mixing. u The received signal can suffer from significant noise due to the phase noise of the TX leakage. è 수신감도및인식거리감소 -31-

ETRI 기술개발현황 - 장거리 RFID 시스템 연구사례분석 (1) u 송신누설신호와크기는동일하며, 180 위상반전된신호를동시에생성 Vector Modulator S.L.Karode and V.F.Fusco, Forward Embedding Circulator Enhancement in Transmit/Receive Applications, IEEE MWCL, 1998. -32-

ETRI 기술개발현황 - 장거리 RFID 시스템 연구사례분석 (2) u 부정합 Г(Idle Port) 를조정하여안테나부정합에의한누설전력과방향성결합기의누설전력으로구성된송신누설전력을억압 W. K. Kim, W. Na, J. W. Yu, and M. Q. Lee, A high isolated coupled-line passive circulator for UHF RFID reader, Microw. Opt. Technol. Lett., vol. 50, no. 10, pp. 2597 2600, Oct. 2008. -33-

ETRI 기술개발현황 - 장거리 RFID 시스템 반송파누설전력억압전단부개념 J. Y. Jung, C. W. Park and K. W. Yeom, A novel carrier leakage suppression front-end for UHF RFID reader, IEEE Trans. Microw. Theory and Tech., vol. 60, no. 5, pp. 1468-1477, May 2012. -34-

ETRI 기술개발현황 - RFID 전자선반시스템 REAL Future Store u 정육코너에서는 RFID Smart Freezer를사용하여신선식품품질관리 (Smart Quality Assurance) 에사용하고있음 u RFID (UHF Gen2) 를아이템단위로태깅한것은정육상품이유일함 기존품질관리방식 Smart Freezer * 매장내고기전문가부재 품질이상대처미흡 * 사진 : 독일동물위생국에서육류의 Ph 수치 ( 수소이온농도 ) 조사 * 좌우측각 36 개의매대진열 * 육류이력 KIOSK 없음 * RFID 태그는하단모서리에태깅 * RFID 리더는하단에적재 TAG INLAY : UPM Raflatac, CHIP/READER/ANTENNA : Impinj -35-

ETRI 기술개발현황 - RFID 전자선반시스템 RFID 스마트선반용리더와스위치 RFID 리더 RF 스위치 Cascade Structure RF Cable 1. 전자선반용리더기술 ü 리더칩내장형저가형리더 ü RF 스위치제어및스위치상태정보모니터링기능 ü RF 단선케이블을통한 RF 스위치구동전원및리더명령어전송 ü 리더-호스트 PC간유 / 무선통신지원 ü 미들웨어탑재및원격고장진단 2. 단선체인형 RF 스위치기술 ü 전력감쇄최소화구조 ü 리더-RF 스위치간 1-wire 케이블통신구조로케이블링편리및저가구축가능 (RF신호, 제어신호, 전원 ) ü 전자선반용리더기 (8포트) 인경우 RF 스위치를통해최대 256포트까지확장 RF 스위치구조 (ETRI Proprietary) -36-

ETRI 기술개발현황 - RFID 전자선반시스템 단선체인형 RF 스위치 l 단선체인형 RF 스위치 #1 - Dual mode 지원 l 단선체인형 RF 스위치- 스위치 4단 Cascade 연결가능 l 리더안테나포트 1개로부터 32개포트까지확장가능 l 리더안테나연결유무센싱 l Dual Mode: 전용리더 / 상용리더 (LS산전 X-CODE) 연동가능 l 스위치사이즈 : 15 * 9 * 3cm l SMA Type Connector 장착 l SP8T(Single Pole Eight Throw) 구조 Antenna Port Connection Port Input Port 7.2 cm GPIO Port l 단선체인형 RF 스위치 #2 - Compact Size l 단선체인형 RF 스위치 - 스위치 4 단 Cascade 연결가능 l 리더안테나포트 1 개로부터 32 개포트까지확장가능 7.5 cm l l 리더안테나연결유무센싱스위치사이즈 : 7.5*7*2.5cm) Antenna Port l SMC Type Connector 장착 l SP8T(Single Pole Eight Through) 구조 Connection Port Input Port -37-

ETRI 기술개발현황 - RFID 전자선반시스템 의약품전자선반 u 의약품에 RFID 전자태그를부착하여안전하고투명한의약품관리를제공 u 리더포트확장 (256포트) 을위한단선체인형 RF 스위치기술 ( 시스템구축비용절감 ) 의약품유통실시간추적시스템 4개약국구축 다양한다수의의약품이임의로진열 / 관리 마이팜 성신 현대 코리아 기존전자선반시스템 ETRI 스마트선반 RF 스위치 선반내장형리더안테나의약품맞춤형태그 RF 스위치 전자선반용리더 전력분배기 시스템구축비용절감 근 / 원역장안테나기술 ( 모든매질 / 형상인식 ) 단선체인형 RF 스위치기술 (RF 신호, 제어신호, 전원 ) 상용리더 ETRI 리더 RFID 스마트의약선반시스템 -38-

ETRI 기술개발현황 - 의약품관리 RFID 선반 / 캐비넷 전자선반기존수기위주의관리패턴에서벗어나 RFID Solution 을접목하여전자동실시간의약품파악및투명한입출고관리를실현 u 도매상의약품관리전자선반시스템 u 특수의약품관리캐비넷시스템 v 담당자인증 지문인식을통해담당자만 RFID 캐비넷에접근가능 RFID SOLUTION v재고관리 RFID 시스템을통한실시간재고수량및유효기간관리 v반출관리 RFID 시스템을통한실시간반출관리 / 자동보충주문관리를통한절품및과잉재고방지 v 조회및관리 특수의약품이력정보기록및실시간모니터링 -39-

ETRI 기술개발현황 도매상의약품관리전자선반 와이어하네스기술 ( 전자선반내리더, RF 스위치, 리더안테나, RF 케이블내장 ) 리더포트확장 (256포트) 을위한단선체인형 RF 스위치기술 ( 시스템구축비용절감 ) 리더-서버간무선 Wi-Fi 기술적용 의약품유통실시간추적시스템 RFID 의약품정보통합관리 Internet Access Point 미들웨어 RFID 인프라원격관리 Wi-Fi 데이터베이스 재고정보, 유효기간 도매상의약품관리전자선반시스템 (ETRI Proprietary) 응용 S/W 호스트서버 의약품유통관리 -40-

ETRI 기술개발현황 특수의약품관리캐비넷시스템 RFID 솔루션을통한실시간반출관리, 재고수량및유효기간관리 ( 대형병원 ) 특수의약품이력정보기록및실시간모니터링지문인식을통한사용자인증장치적용 의약품유통실시간추적시스템 RFID 의약품정보통합관리 캐비넷선반하단내부 Internet 미들웨어 RFID 인프라원격관리 데이터베이스 재고정보, 유효기간 응용 S/W 특수의약품관리캐비넷시스템 호스트서버 의약품유통관리 -41-

ETRI 기술개발현황 - HF Gen2 RFID 개별물품단위에서의 RFID 확장시액체및금속류등과같은환경이다수를이루며, UHF RFID 기술은상기환경에대하여매우취약함. 미국의 EPCglobal 에서추진하였던 HF Gen2 기술이 2010.11 월경 ISO/IEC 18000-3 Mode 3 의 International Standard 로최종승인 HF Gen2 기술은기존 HF 대역기술에비하여고속태그인식과다량태그인식이가능 v ISO 18000-3 mode 3 ASK 모드표준호환 v 변조방식 : Miller/Manchester 서브캐리어변조 v 복조방식 : Envelop detection (ASK 모드 ) v 최대 PIE 신호수신속도 : 125kbps (1 Tari 기준 ) v 최대서브캐리어송신속도 : 212kbps v 최대인식거리 : 30cm 이상 v ISO 18000-3 mode 3 ASK 모드표준호환 v Link Frequency: 424kHz/848kHz v 변조방식 : ASK 모드 (PIE 인코딩 ) v 복조방식 : Miller/Manchester 서브캐리어복조 v 최대서브캐리어수신속도 : 212kbps v 최대 PIE 신호송신속도 : 125kbps (1 Tari 기준 ) -43-

ETRI 기술개발현황 게임 ( 카지노 ) 응용안테나 Balun (Transformer) 의임피던스비를이용하여안테나정합 카지노칩적층태그인식개수 : 15 개 ( 단일 ), 25 개 ( 복수열 ) 인접배팅존구분인식거리 : 10cm (Edge-to-Edge) 가변 Capacitor 를이용하여임피던스튜닝 (ETRI Proprietary) HF 구조 UHF 구조 u PCB 앞 / 뒷면에 HF/UHF 안테나 패턴을형성 u HF/UHF 겸용태그크기 : - 직경 : 3cm, 두께 : 0.04cm u u HF 태그인식성능 - 수직적층된 15 개이상태그인식 UHF 태그인식성능 - 70cm 이상 가변 Cap. 가변 Cap. 베팅존응용안테나 직렬공진정합구조 -44- 트레이존응용안테나 직렬공진정합구조

ETRI 기술개발현황 게임 ( 카지노 ) 및카페테리아응용 Antenna for Tray Zone Antenna for Betting Zone HF Gen2 Reader Cafeteria Counter RFID Security Gate RFID Casino Application Checking illegal carrying out HF/UHF Dual-band Tag Dish Antenna for Counter RFID Cafeteria Application -45-

USN/IoT For u-life full of happiness 46