RFID 개요 (Radio Frequency Identification) 2007. 2. 28 연세대학교이용석교수연구실박사과정이용주 E-mail: yonglee@yonsei.ac.kr Homepage: http://mpu.yonsei.ac.kr Reference [1] ISO/IEC FDIS 18000-4: 2003(E), Automatic identification and data capture techniques Radio frequency identification for item management part4: Parameters for air interface communications at 2.45GHz [2] ISO/IEC_CD 18000-6C, Radio-frequency identification for item management part 6C: Parameters for air interface communications at 860MHz to 960MHz RFID 개념 RFID 의필요성 RFID (Radio Frequency Identification) 신원확인주파수수신기 판독기, RF 태그, 안테나를통하여사람, 상품등을비접촉으로인식해태그에기록된정보를판독하거나기록하는무선주파수인식기술 사람 컴퓨팅패러다임의변화 확장 사람, 사물을포함하는모든것 사물, 기계, 식물, 사람등 무선통신 (Radio Frequency) 방식 데이터를자동으로인식 / 처리 바코드를대체하는기술 태그, 판독기로구성된무선통신시스템 생산상품물류판매고객 RFID 새로운비즈니스의출현 Ubiquitous Computing 기업경영공급망관리고객관계관리자산관리현장인력관리지식관리유통관리안전관리도서관리비밀문서관리장애자길안내 RFID 장점 장점 No line of sight RFID는바코드처럼정확한인식작업을필요로하지않는다. 동시에다수인식 RFID 단점 단점 비싼가격 현재 10~20 센트 5센트이하로낮추면시장확대가능 RFID는 1회에하나의태그만인식하는바코드와는달리인식범위내에있는태그를충돌없이여러개를읽을수있다. 태그소형화 보다많은정보저장 ( 개별 ID) RFID는태그에대량의데이터저장이가능하다 리더기를통하여새로운정보기록 사생활침해 Big Brother/Big Retailer의감시, 통제수단 피부에이식하는칩 RFID는리더기를통하여태그에새로운정보를기록할수있다. 센서와의결합 RFID Tag는 CPU를내장하여다양한센서와의연동이가능하며, Active tag의경우배터리를내장하여독립적인처리가가능하다.
RFID 의기본원리 Host Computer 정보해석 데이터수신 고주파발진 정보송출 Decoder Transceiver Antenna Reader 는전자파발진, 그리고전원을공급 Reader 전자기장 카드및태그 카드또는태그에들어있는정보를 reader 로가져옴. Reader 는카드또는태그가해당전자기장에들어왔을때감지. 기존기술의문제점과특성 핵심칩기술의해외의존도매우높다. 칩을수입하여시스템을꾸미는수준 멀티태그의인식기술이부족하다. Anti-collision 기술연구의필요성 Tag 내부의 write 기술의적용이시급하다. 일반적으로 tag 에 read only 기능만을포함하지만, 표준안의변화와향후기술발전에따른대응에능동적으로적용가능하도록 write 기능을추가함 RFID 에서의요구사항 RFID 의특징 사람, 자동차, 화물, 동물등에개체식별정보부가 인식거리? 최대인식수량? 인식속도? 동시인식능력? TAG가격? 사용간편, 동시에여러Tag 인식가능, 고속인식가능 => 시간절약인식거리가길어시스템특성, 환경여건에따라적용이용이 => 넓은응용영역비접촉식반도체소자로반영구적사용, 내환경성이우수 => 긴수명시스템확장이용이, 양방향인식가능 => 보안성공정자동화, 물류비용절감, 자재관리효율화, 인력절감, 고객편의제공 시장규모확대 RFID 와바코드비교 RFID 개발예 구분저장능력 2 의 7 승 바코드 RFID 태그 2 의 128 승이상가능 ( 바코드에비해최대 6 천배의저장능력 ) * MEU칩 - 현재상용중인최소형의 RFID용태그칩으로히타치社가개발 저장정보 국가 ( 한국 880), 제조업체 (4), 상품품목 (5) 에대한정보만입력 국가, 제조업체, 상품품목외생산일자, 유통기간, 상미기간, 가격정보, 조리방법따위가능 - 크기 0.4x0.4x0.06mm, 38디지트저장능력, 128비트롬, 2.45GHz주파수 - 가격은 10~20센트 (120~240원) 상품인식 동일상품동일 ID 동일상품개별 ID 예제 농협에서납품받은시금치 산지에서 8 월 31 일오후 6 시에출하되어, 9 월 1 일오전 7 시에가공센터로부터출고되었으며, 오후 10 시에매장에입고되어, A33 번곤돌라에서진열된 10 개중 7 번째시금치
UHF 각종 TAG RFID 표준화 표준화기구 ISO (International Organization for Standardization : 국제표준화기구 ) IEC (International Electrotechnical Commission : 국제전기표준회의 ) ISO와 IEC 의합동기술위원회 JTC1(JTC1:Joint Technical Committee1) 안의 ISO IEC SC31의워킹그룹 WG4 JTC SC 131 ISO/IEC의 JTC/SC31 전문위원회를중심으로 WG4 RFID 글로벌표준화가진행되고있다. SG 1 SG 2 Data 구문 Unique ID(UID) SG 3 Air Interface ARP Application 요구사항 RFID 표준화 RFID 표준화 APPLICATION INTERROGATOR(Reader) RF TAG Encoder Tag Physical Memory AIR Encoder INTETFACE Logical Memory Map APPLICATION Tag COMMANDS Command/ Driver COMMANDS Response And Unit Mapping APPLICATION RESPONSES Rules RESPONSES Logical Memory SG2 #ISO/IEC #ISO/IEC DATA PROTOCOL PHYSICAL TR 15963(FCD) TR 18001 PROCESSOR INTERROGATOR : Unique ID (TR) : ARP SG1 SG1 SG1 SG3 ARP ISO/IEC 15961 ISO/IEC 15962 ISO/IEC 15962 ISO/IEC 18000-1, 2, 3, 4, 6, 7 Host Interrogator Tag Data Synteax(CD) Annexes 1. Generic(FDIS) 4. 2.4GHz(FDIS) Functional Commands and 2. Below 135kHz(FDIS) 6. 860-930MHz(FCD) Other syntax features(cd) 3. 13.56MHz(FDIS) 7. 433.MHz(FCD) 유통물류를위한핵심 UHF 대역주파수 (860-960MHz) 유통물류분야의핵심국제표준으로서국제적으로가장중요하게인식 18000-6의 RFID 시스템은 Passive 태그 ( 전원이없는태그 ) 이면서약 2m 이상 ( 각국가의전파기준에따라인식거리가다름 ) 을인식가능 UHF 대역을사용하는 RFID 시스템은마이크로파인 2.45GHz 보다금속, 수분등의환경에서인식율이좋고방향성도우수하여유통물류분야를비롯한다양한활용분야에서가장널리이용될것으로전망 우리나라도 RFID 시스템의국가적보급촉진과국제표준의확산을통한유통물류산업의경쟁력강화를위해 ISO 해당국제표준 (18000-6) 을기초로국가표준 (KS) 을신속히제정 / 확산시킨다는방침 RFID 표준화 433MHz 의 UHF 대역주파수 18000-7 은주로컨테이너관리용으로미국의 SAVI 사가개발한시스템을기초로 2002 년말 ISO 로제안 관련규격의국제표준제정및미국이컨테이너전자실로 433MHz 대역의 RFID 채용등의향후방향이진행된다면, 한국도 433MHz 의사용에있어국가적인 RFID 현황 전자태그현황전세계표준화신규추진중수동형수동형능동 / 센싱형수동형수동 / 능동형 125KHz,134KHz 13.56MHz 433.92MHz 860MHz~960MHz 2.45GHz (ISO 18000-2) (ISO 18000-3) (ISO 18000-7) (ISO 18000-6) (ISO 18000-4) (ISO 11784,11785, 14223) 국내외사용중미국, 유럽사용중미국사용중국외사용중국내아마추어용국내외사용중 Passport 대책이필요 출입통제 / 보안 교통카드 컨테이너 Invitation for Hitachi Exhibition 2002 동물관리 물류창고, 제품유통 Tire Pressure Sensor 유통. 물류 RFID Tag Passport, ID card
해외동향 1. 미국 MIT 중심의 Auto-ID 센터 Auto-ID센터의 EPC 프로젝트 - 1999년설립, 5개대학 ( 미국의메사추세츠공과大, 영국캠프리지大, 호주애들래이드大, 일본게이오大, 스위스칼랜大를중심으로 100여개글로벌기업의후원으로공동표준안에대한연구중 -AUTO-ID 센터는 EPC(Electrical Product Code) 프로젝트를글로벌표준안으로정하고상용화를위한실험 (field test) 에들어감 - 이프로젝트모토 The Internet of Things 는인터넷과인터넷과유사한개념의네트워크를통해전자태그가부착된아이템을원거리에서실시간감시하는개념 - 세계어느곳이라도어떤것도자동적으로확인할수있는열린세계정보망을구축하는것이목표 Auto-ID센터 : www.autoidcenter.org 참조 해외동향 2. 일본유비쿼터스 ID 센터 유비쿼터스ID센터의 e트론프로젝트 - 2003년 3월 11일설립, 현재 NEC, 히타치, NTT도코모, 후지쯔, 삼성전자, NCR 등한국중국일본진출기업등 180여개사가참여 -6월 18일, IC태그의표준규격을확정발표함크기는송수신용안테나포함 1mm이하, 메모리기억용량은 128bit 이상정보를기록하면변경이불가능한 1종과, 변경가능한 3종을제시태그와판독기와의무선통신거리를 4~5m로확정발표함 -9 월부터마루에쓰, 마루베니, NTT 데이터 3 사가공동으로식품유통분야에활용하기위한실험에착수 유비쿼터스 ID 센터 : www.uidcenter.org 참조 Ubiquitous Sensor Network 모든사물에전자태그부착 사물정보및환경정보까지감지 네트워크에연결하여실시간관리 Ubiquitous Sensor Network USN 발전단계 USN 은먼저인식정보를제공하는전자태그를중심으로발전하고이에센싱기능이추가되고이들간의네트워크가구축되는형태로발전전망 전자태그제어 동물관리 물류 / 유통 : SCM, 재고관리쇼핑센터 : 자동계산대 전자태그간통신 (Control) 홈네트워크 병원환자관리 USN 교통 : 텔레매틱스 ITS 시스템교통요금 환경 : 공해감시 ( 자연 ) 재해관리 ID 인식 (Read) 이력관리 (Read/Write) 환경정보센싱 (Sensing) (Ad-hoc network) ( 인식기능위주 ) ( 센싱기능융합 ) ( 지능형자율센서망 ) RFID System RFID 응용 10. 금융지폐, 유가증권위조방지금융 IC 카드 9. 소방 / 방재소방활동지원방재정보수집 11. 환경폐기물관리재활용시스템 8. 생산자동화 FA 응용생산활동지원 12. 정보유통포스터, 광고정보유통정보가전 7. 문화행사입장자관리전시품해설 / 안내 1. 유통물류바코드대체공급망관리 (SCM) RFID 응용이전망되는산업 or 기술분야 6. 도서 / 도서관전자도서관도서유통 2. 식품가축및식품추적관리식품자동관리 5. 우정우편물자동분류택배관리 3. 의료, 약품의약품관리병원경영관리 4. 도로교통지능형교통시스템 (ITS) 항공수화물관리
RFID 동향 RFID 동향 : 13.56 MHz 대에서동작하는제품들이대부분이지만, 신용카드, 보안응용에많이쓰이고있다. 물류 / 유통에서의 13.56 MHz 대의태그칩들은표준화가제대로이뤄져있지않고, 비교적짧은인식거리를가지고있기때문에인식률이낮다. ISO-18000-6 에서 UHF 태그칩은 900 MHz 대의주파수를사용하며, 인식거리도약 5m 까지확장시킬수있다. 국외의 Intermec, Alien, Matrics, 국내의한세텔레콤에서 UHF 대의태그칩장비를도입판매 RFID TAG 의특징 태그에는 read-only 또는 read-write. 태그메모리는공장또는필드에서프로그램되며, 파티션가능하고, 옵션으로영구적인락등의기능이가능. 언락된메모리는바이트또는블록단위로최대 10 만회이상리라이트가능. Tag 는대부분의어떠한것에부착가능 : 제품의케이스또는팔레트 자동차 회사의고유자산, 사원관리 세탁소, 수화물, 의류같은아이템. 사람, 가축또는애완동물 컴퓨터, TV, 캠코더같은고가의전자제품. Interrogator 의특징 읽기 / 쓰기능력에따른 TAG 분류 Readers (interrogators) 는아래와같은고정된장소에설치함. Entrance/exit Point of sale Warehouse Readers 는이동형도가능함. -hand-held, or wireless Read Only (Factory Programmed) WORM - Write Once, Read Many times Reprogrammable (Field Programmable) Read/Write (In-Use Programmable) Size : 16bits ~ 512kbyte Type : EEPROM, Antifuse, FeRAM RFID 배터리유무에따른분류 RFID 주파수대역에의한분류 주파수 특징 특징장점단점적용분야 능동식 (Active) 태그에서자체 RF 신호송신가능배터리에서전원공급 장거리전송가능센서와결합가능 배터리에의한가격상승동작시간제한 환경감시, 군수, 의료, 과학분야 수동형 (Passive) 판독기의신호를변형반사판독기의전파신호로전원공급 배터리없으므로저가격구현가능배터리교체비용없음 장거리전송제한센서류의모듈추가제한 물류관리, 교통, 보안, 전자상거래분야 Low (150KHz 이하 ) 13.56MHz UHF (300M~1GHz) 2.45GHz 가장먼저도입된주파수대리딩거리가짧고, 충돌방지기능이없음주로출입통제, 동물인식등에활용되고있으며자동차키용으로도많이판매 스마트카드와동일주파수로서현재가장광범위하게활용되고있음통상읽기 / 쓰기가가능하며. 초당 20 여개의태그를동시인식 전자기파방식을이용중장거리판독이가능하고고속전송이가능안테나크기를 13.56MHz태그에비해대폭줄일수있다는장점사용칩이단가가높은편 (860~960MHz, 433MHz) UHF 와대체적으로비슷한장단점을갖는다초소형 RF 태그구성이가능
HF 대역 TAG 의장단점 UHF 대역 RFID 장점 13.56 MHz 장점 일반적인 CMOS 공정을사용. 수분, 직물과같은물질들을잘통과. 적은 Coil 의횟수로간단한안테나설계가가능하여비용이저렴. 125 KHz 와비교하여높은데이터율, 얇은 Tag 구조 짧은거리와낮은속도에서적은량의데이터판독을요구하는응용분야에적합. ( 금융카드 etc.) 13.56 MHz 단점 주변의금속에서투과하지못함. 높은주파수의안테나비해큰안테나를요구, 태그가커짐 짧은인식레인지. 주변의금속에효과적. Non-line-of-sight 통신이우수함. ( 손실이많은도전성재료제외 ) 1 m 이상의인식거리에가장적합한주파수. 작은안테나 13.56 MHz 보다작은크기의태그. 높은데이타율. 지향성안테나를통해판독범위가조정 UHF 대역 RFID 단점 UHF TAG 단점 수분, 직물과같은물질들에통과성이낮음. 900 MHz 를많은분야에서이용. 현재많은나라에서이동통신등에이용되고있는주파수. 유럽, 일본에서규정상의논점이되어넓은대역의태그를요구함. ( 필요주파수대역 : 860~960 MHz ) M/W 대역 RFID 장단점 2.45GHz 장점 UHF 보다안테나크기가작음. Tag 크기가 UHF 보다작음 (0.5x3cm). UHF (more frequencies to hop) 보다큰대역폭이가능. 높은데이타율 (High data rate ). Non-line-of-sight 통신이우수함. ( 손실이많은도전성재료제외 ) 2.45GHz 단점 UHF 보다잡음에민감, 인식거리가 UHF 에비해짧음 다른응용기술에도할당됨.( 전자레인지, RLANS, WLAN,TV 등 ) FHSS 과같은간섭을줄일수있는방법을요구. 1) TAG 의기본원리 Chip 설계시고려사항 - 저전압동작용 Module 의설계및 Lib. 확보 Memory & Logic -Power-on/reset Module -Power Rectifier (RF to DC) -Pulse Detection -저전력용 Clock Generator -Anti-collision
Anti-collision (AHLOHA) Anti-collision (slotted AHLOHA) Transmit. Transmit. TAG 1 TAG 1 TAG 2 TAG 2 TAG 3 TAG 3 TAG 4 TAG 4 TAG n TAG n Receiver Maximum efficiency = ½ e -1 Receiver Maximum efficiency = e -1 Anti-collision RFID Reader block diagram 모든태그에 16 비트랜덤수를할당 Tx Antenna 송신 Data Query, Queryrep 등의명령어마다수를줄임 Rx Antenna BPF Power Amp Modulator PLL Control 0 이되면응답 BPF Phase Shift 0 LPF I 검파출력 Processor (FPGA) 충돌여부에따라리더의다음명령어수행 Ant. Tx -90 LPF Q Rx Homodyne Detection Air interface FPGA 이용 표준간의다양한프로토콜지원용이 새로운표준으로의변환용이 MPU 와 RF 단과의중간자역할 하드웨어적인충돌방지기능부가로인하여 MPU 의사용횟수를감소 CRC, random number generator 등의부가적인하드웨어추가에용이 FPGA 구조 RF NRZ randnum FM0 Subcarrier nrz to PIE Encoder Preamble Random Number Generator to NRZ Codec sys_clk BUFFER CRC generator CRC_check BUFFER enable command 8 control 8 crc_ok command 8 MPU
Reader & antenna ID 시스템및네트워크연동기술 EPC(Electronic Product Code) - MIT Auto-ID 센터가개발, 세계표준화를추진하고있는 4 단위 ID 시스템 - header 8비트 + 제조업자 24비트 (16백만이상의다른항목 )+ 제품 24비트 + 일련번호 40비트 ( 십억이상의다른항목 ) 로 96비트메모리칩에저장 - EPC(EPC는웹어드레스와같은기능 ) 에의하여각각의태그를부착한아이템의정보는구별되어하나의데이터파일포맷으로정보전송이가능케되는데이러한파일정보를규정하는언어방식으로 MIT Auto-ID센터는널리사용되는 XML을응용한 PML(Physical Markup Language) 를개발 유비쿼터스 ID - 일본의유비쿼터스 ID 센터에서사물이나소프트웨어, 서비스등에도 ID를부여할수있는코드체계로 128비트길이의일본독자의산업표준으로제안 - 유비쿼터스 ID는시큐리티를중시하며 (PKI 기반 ) 메모리나 CPU의존재여부에무관하게적용가능하고기존의 RFID에서부터스마트카드등의모든초소형칩까지를커버할수있도록구상 - 모든사물을식별하기위하여 128비트길이의코드를사용하는데, 필요시에 256비트의길이로코드를확장할수있어모든코드를수용할수있는메타코드로설계 물류분야 - 물류는선적에서적재까지정확한작업이가능하도록함으로써비용절감과아웃소싱을통한스마트서비스를제공하는유비쿼터스컴퓨팅의핵심이며, 상품의배송추적이식품산업에서그중요성이많이인식되었고상품에대한추적과감시를할수있으므로비용절감및안전한식품공급을가능하게됨 - 또한컨테이너에 RFID 칩이장착됨으로써물류의흐름을실시간으로관리할수있게되며, ITS와연동되어물류의비효율성 ( 예, 공차정보제공및배치 ) 을제거하여물류비용을절약할수있음 - Xerox는전세계에공급하는복사기를적재한컨테이너에수동형 RFID 태그를설치하여다른트럭에잘못적재되는경우에경고를함으로써추가적인물류비용의발생을줄일수있음 - 세계최대의파렛트풀공급회사인 CHEP는 RFID가장착된파렛트풀을제공함으로써 CHEP 서비스를고객에제공하고고객에사용료를부가하고있으며, 미국의최대소매회사중의하나인Neijier사는트럭에스마트태그를장착하여운송되는모든상품들의위치를대략적으로추적할수있고중앙데이터베이스에서실시간으로제품의이동을감시 - 영국정부는유니레버, Allied Domecq, Argos와같은회사와협력을맺어서범죄조직에의한보석과고급와인과같은부가가치상품의도난등을막기위해RFID 태그를장착 - 한편, 밀란익스프레스물류회사는 RFID와 IT 소프트웨어를사용하여인증된고객에게화물의경로추적정보서비스를인터넷을통하여제공하고있으며, 싱가폴항구는하루에 50척의선박의출입관리와수천개의화물컨테이너를 RFID를이용하여관리하는데, 아주작은오류로선적지연이나잘못된선박적재로화물이엉뚱한곳으로가는불상사를예방 소매 & 가전제품 - 소매분야는경쟁이매우치열한분야로서유통및관리비용절감등으로가격경쟁력을확보하는것이관건인데 RFID를이용하여 4가지의경쟁력확보방법을살펴볼수있음 - 첫번째로도난방지로서소매거래에서전체거래의평균약 1.8%, 최대 3% 까지가도난에의한손실인데이를효과적으로예방 - 두번째로상품의손상이나유통기간초과 ( 특히식품의유효기간, 의류의계절별유통 ) 을관리함으로써효과적인매출관리 - 세번째로상품의공급망을관리하게되므로물품의적재적소에공급함으로써재고를줄일수있을뿐만아니라시장상황에기민하게대처 - 마지막으로마케팅차원에서구매에따른적립금 ( 캐쉬백 ) 제도를마련하여판매촉진을유도할수있고고객정보를이용하여보다정확한 CRM이가능 - 가전제품시장은이미포화상태에도달하였지만새로운패러다임, 즉스마트홈, 스마트기업과같은개념을도입하여새로운시장창출과구매촉진이필요한시기 - 가전제품에서세탁기는세탁물에달려있는 RFID 칩을읽어서그옷감에맞는세탁방법을자동으로설정한다거나, 냉장고는음식물에달린 RFID칩으로냉장고에있는음식물을문을열지않고도확인하고그음식물의유통기한확인은물론냉장고스스로부족한음식물을알려주는역할까지수행이가능 - 그리고가전제품들이모두네트워크화되면자가진단으로서비스회사에자동으로연락을함으로써수리할수있게됨으로써서비스비용및모니터링절감효과가기대 RFID 기술개발및기술육성정책 - 정통부는유비쿼터스컴퓨팅구현에있어 RFID의중요성을인식 IT 신성장동력 ' 의중점추진사업으로선정유비쿼터스 RFID 분야에 235억원, 관련유비쿼터스네트워크구축분야에 115억원을, 차세대성장동력사업으로 RFID 핵심부품개발에 2년간 150억을배정하였고차세대이동통신, 텔레메틱스분야에서도주요추진사업으로선정 - 산자부는 2004년부터RFID 핵심부품개발사업을중기거점사업으로추진하며유비쿼터스 RFID 유통물류개발사업을연 10억씩투자하는차세대성장동력사업으로추진중 - 연간 100억원씩지원하는과기부의유비쿼터스컴퓨팅프론티어기술개발에서도 RFID 분야를주요사업으로추진중 - 문화관광부는 RFID를활용한도서관리자동화사업을추진중이고, 보건복지부는장애자들을위한길안내등의 RFID 활용서비스를검토하고있으며, 농수산부는농산 / 축산물관리에국방부는비밀문서관리에 RFID 활용을추진중