Ubiquitous ID 이동형단말시스템기술개발 아주대학교김종덕 김영길 김재현 조위덕 * 홍익대학교추호성 1. 서론 유비쿼터스컴퓨팅환경은언제어디서나사용자가시간에관계없이네트워크에접속할수있는것을말한다. 현재전세계적으로유비쿼터스컴퓨팅환경이부각되고있는데, 이유비쿼터스컴퓨팅환경이실현된다면인간삶의질적향상은물론그에따른사회적, 경제적으로많은파급효과를가져올것이다. 현재많은연구개발자들을통하여유비쿼터스컴퓨팅환경을실현하고자활발한연구개발을진행중에있으며, 또일부에서실질적인적용을하려는움직임도보이고있다. 예로서미국의월마트, 독일의메트로등은유비쿼터스시스템의일부를도입하여회사운영에이익을창출하고있다는보고서를내놓고있다. 앞으로이러한움직임들은더욱더활발히진행될것이분명하고, 그에따라다양한형태의유비쿼터스시스템들이등장할것이다. 따라서본논문에서는다양한형태의유비쿼터스시스템의일부로서유비쿼터스컴퓨팅환경에존재하는 Ubiquitous ID들을읽어들여판별하는유비쿼터스이동형단말시스템기술을연구개발하는것이그목적이라하겠다. 1) 2. 본론 본론에서는 Ubiquitous ID의개념도와플랫폼블록도, 통신알고리즘에대해다루도록하며, 추후아래글에서는 Ubiquitous ID를줄여 uid라하겠다. 2.1 uid 의개념도 이동형 uid Reader 는기본적으로 uid Tag와정보를송수신하고, 저장하기위하여프로세서와메모리, Rea- der용안테나를내장하고있다. 또한 uid Tag는각각의주파수대역별로따로존재하며, 이동형 uid 본연구는 21 세기프론티어연구개발사업의일환으로추진되고있는정보통신부의유비쿼터스컴퓨팅및네트워크원천기반기술개발사업의지원에의한것임. * 종신회원 Reader 와통신하기위한작은 IC Chip을내장하고있고, 정보를저장할수있는작은공간의메모리를가지고있다. 그림 1은 uid 시스템의구조와구성을보여주고있다. 그림 1 uid 시스템구조와구성이동형 uid Reader 는 uid Tag들로부터정보를읽거나혹은전송하는데있어무리가없어야하며, 여러개의 Tag라하여도문제가발생해서는안된다. 이동형 uid Reader 의통신개념은다음과같다. 최초이동형 uid Reader 는 uid Tag로특정신호를전달하게되며이때 uid Tag는자신의정보를다시이동형 uid Reader 전달하게된다. 그다음 uid Tag로부터정보를전달받은이동형 uid Reader 는아날로그정보를디지털정보로변환하는 A/D Converting을하여정상적인데이터인지아닌지를검출하는 CRC 에러체크 (CRC Error Check) 를통하여데이터가정상이면 Bluetooth 인터페이스를통하여 Savant PC로전송하게되고, Savant PC에서는해당정보에관한실제데이터를 SERVER PC로부터가져오게된다. CRC 에러체크를통해올바른데이터가아니라면최초의동작부터다시실행을하도록한다. 2.2 이동형 uid Reader Platform ARM9 Core 를사용한 S3C2410X CPU를기반으로한이동형 uid Reader Platform 의블록도는다음그림 2와같다. 이동형 uid Reader Platform 블록도를보면 MAIN Ubiquitous ID 이동형단말시스템기술개발 13
그림 2 이동형 uid Reader Platform 블럭도 CPU, RF Module ROM, RAM, 기타 PC와의인터페이스구조를가지고있다. 메인 CPU는 Process 의처리를위해존재하며, OS 및 Firmware 즉이동형 uid Reader 가동작하도록하는이미지들이 Porting 될공간과 Data 를임시저장할공간인 ROM과 RAM 을가지고있고, uid Tag와이동형 uid Reader 사이에서서로간의정보를 DSP 처리를통하여정보를주고받는역할을담당될 RF Module 이있다. 또한전송받은데이터를 PC로전송하기위한 Bluetooth Interface 와이동형 uid Reader 로 Program 을다운로드하기위해 RS-232 및 USB Interface 를가지고있으며, Debugging을위한 JTag 을가지고있다. 자세한스펙은다음과같다. - 주요 Spec - CPU - ARM9 S3C2410(CLK - 200Mhz) Contorller - USB, LCD, UART, SD CARD, SMCARD 저장장치 - Intel Strata Flash ROM 32Mbyte, AMD Flash ROM AM29LV160DB-90EC 2Mbyte, 삼성 SDRAM K4S561632E-TC75 64Mbyte Interface - RS-232(115200bps), USB(12Mbps), Bleutooth(921600bps), RF Module Debugging - ICE 장비, J-Flash 현재 RF Module 은 TTL 레벨혹은 RS-232 레벨로 Data를전송하도록인터페이스하는 Alien 사의제품을사용한다. 2.3 이동형 uid Reader 통신알고리즘이동형 uid Reader 가통신을하기위해서는전원이들어오면 RF Module 을포함한이동형 uid Reader 의모든디바이스를초기화한다. 초기화에이상이없을경 우 INVENTORY 명령을수행한다. INVENTORY 명령은 uid Tag 데이터를읽어오도록하는명령으로서 INVENTORY 명령을받은 RF Module 은 900MHz 대역의 RF 신호를발생하여유효거리내의데이터를얻어이동형 uid Reader 로회신한다. 데이터의회신은 INVENTORY 명령이 10m 혹은 100m Sec로반복되기때문에별도의수신 Buffer에담아놓는다. 이동형 uid Reader 는 Buffer의내용을바탕으로데이터의이상유무를판별하고잘못된데이터이거나데이터가존재하지않는경우는 Buffer를비워내고다시 INVENTORY 명령을수행하며, 정상적인데이터일경우는 Bluetooth를통하여 Savant PC로데이터를전달하고, INVENTORY 명령을계속적으로수행한다. 다음은 INVENTORY 명령의구성이다. <DLE> + <SOM> + <Payload> + <DLE> + <EOM> DLE : Data Link Escape token SOM : Start of Message token EOM : End of Message token Payload : <SessionID> + <Reader #> + <Command and CommandEcho> + <CommType> + <ResponseData> + <CRC16> DLE, SOM, EOM은토큰의경계및시작과끝을나타내며, DLE는 0x10, SOM은 0x01, EOM은 0x02이다. 이값들은정해진값이며임의로바꿀수없다. 즉전체메시지포맷은 <0x10> + <0x01> + <Payload> + <0x10> + <0x02> 형태로이루어진다. 다음은 INVENTORY 명령에서가장핵심적인구성부분인 Payload 이다. Payload : <SessionID> + <Reader #> + <Command and CommandEcho> + <CommType> + <ResponseData> + <CRC16> SessionID 와 Reader # 은사용자가임의로주는값으로각각의 Reader 를구분하기위한것이다. Command 는호스트즉 Platform 이 RF Module 에게명령을주는것으로 Platform 과 RF Module 간통신및 Tag ID 값을얻거나쓰기위한명령도포함된다. CommType 은 Platform 이 RF Module 에게임의의명령을주었을때성공상태와실패시원인을나타낸다. ResponseData 는모든명령에대한응답으로만약 Platform 에서 uid Module 에게 INVENTORY 명령 (Tag ID 획득명령 ) 을주었을때 Tag ID는 ResponseData 속에포함되어있다. CRC16은에러체크를위한 16비트값이다. 14 2005. 9. 정보과학회지제 23 권제 9 호
또한 INVENTORY 명령은두가지방식으로구성할수있는데유효전자장안에많은양의 Tag 가있을때용이한 Tree based Type 과 Field 안에적은양의 Tag가있을때용이한 Scroll based Type 으로나뉘다. Tree based Type 은 Tag ID 추출이느리지만충돌환경에강한반면 Scroll based Type 은 Tag ID 추출이빠르고충돌환경에약하다. 본연구에서는충돌환경에강한 Tree-based Type 을사용하였다. INVENTORY 명령에관하여좀더세부적인내용은 ALR-x930 Series Manual 을참조하기바란다. 다음표 1은 INVENTORY 명령에대한응답을나타내고있다. 표 1 INVENTORY 응답표 응답메시지 Starting Inventory Tag Data Message Ending Inventory 예제및설명 Ex : 10 01 09 7F 40 01 <CRC><CRC> 10 02 CommType : 01 (Starting) Command : 40 (INVENTORY Command) Ex : 10 01 09 7F 40 02 <Tag Data> <CRC><CRC> 10 02 CommType : 02 (Tag Data) ResponseData : <Tag Data> Tag ID based EPC Code Ex : 10 01 09 7F 40 03 00 01 12 34 57 78 <CRC><CRC> 10 02 CommType : 03 (End Inventory) ResponseData : 00 01 Inventory 동안얻어진 Tag ID 수 12 34 Start Inventory 시간 56 78 End Inventory 시간 3. 실험 이동형 uid Reader 는 Tag 데이터를수신받아 Bluetooth 를이용하여 Savant PC 데이터를송신하게된다. 그림 4 이동형 uid Reader Platform 의내부다음그림 5는이동형 uid Reader 의 Application 으로서수신받은 Tag의데이터를이동형 uid Reader 내의 LCD로 Display 하고있다. 이동형 uid Reader 의 Application 은모니터링의목적에의하여세부적으로몇초단위로 INVENTORY 명령 을수행할것인지를정하는 Time Interval 과 uid Tag 데이터읽기를수행한횟수와몇번을읽었는지 Hit 수를나타내는 Hit / Try, 읽어들인 uid Tag 데이터표시, INVENTORY 명령을표시하도록되어있다. 다음은그림 6은 uid PC Application 으로이동형 uid Reader 에서 PC로데이터를전송하여 PC 측에서 Data Base 를검색하여해당데이터를 Display 하고있다. 본실험은완구제품에 uid Tag를부착하여읽도록하였는데, Tag 데이터를잘수신하고송신하였다. 안테나의크기는실험에미치는영향은거의없었으며, 안테 실험에서는본문에서제안했던알고리즘을이용하여진행하였다. 그림 3은이동형 uid Reader Platform 의 Prototype이다. 그림 4는이동형 uid Reader Platform 의내부이다. 개발한이동형 uid Reader Platform 은안테나와 RF Module 을내장하고있다. 개발한이동형 uid Reader 는테스트의목적에의하여내부는동일하나안테나의크기를달리하여두종류로개발하였다. 그림 3 이동형 uid Reader Platform Prototype 그림 5 uid Reader 의 Application Ubiquitous ID 이동형단말시스템기술개발 15
그림 6 uid PC Application 나는실험장비의부재로정확한측정은불가능하였으나, 수작업으로진행한결과 Open Filed 에서 MAX 6M의성능을보였다. 4. 결론본연구에서는 Tree-based Type 을사용함으로서 Tag의 Anti-Collision에강하게하였고, 주제어로직으로는 ARM9 Core 를사용한 S3C2410X 를사용하여 High-Performance의제어시스템을설계하였으며, RF Module 은 UHF 대역과 EPC Global1 을채택하는 Alien 사의제품을사용하였다. 실험결과본연구에서개발한이동형 uid Reader 는하드웨어테스트결과 uid Tag RF에서외부통신에이르기까지모든기능이정상이었고, 성능도우수하였다. 또한, Tag 데이터처리에제안된알고리즘을바탕으로개발한소프트웨어는 Anti- Collision에강한성능을보였으며, Tag 인식속도에서도느리다는것을체감할수없을정도로빨랐다. 이동형 uid Reader 의 Readable Range 는실험장비의부재로정확히이루어지지는않았으나수작업을통한실험결과 Open Field 에서 6M 정도의성능을보였다. 본실험에사용된안테나는추후다른논문을통해그성능을실험하고고찰하도록하겠다. 마지막으로이동형 uid Reader Platform 을연구개발한결과를바탕으로좀더고성능의 uid Reader 의지속적인기술개발을수행하고다양한응용솔루션의개발에큰도움이될것을기대한다. [2] SAMSUNG Electronics S32C2410x 32-Bit RISC Microprocessor USER'S MANUAL Revision 1.2, SAMSUNG Electronics, pp. Chapter 1-13, May 2003. [3] Jan Axelson, USB COMPLETE : Everything You Need to Develop Custom USB Peripherals Second Edition, Lakeview Research, pp. 39-140, August 2002. [4] Art Baker and Jerry Lozano, The Windows 2000 Device Driver Book, PH PTR, pp. 1-430, April 2002. [5] Steve Furber, ARM System-on-Chip Architecture, Addison-Wesley, 2000. [6] ALIEN TECHNOLOGY ALR-x930 Series OEM RFID Reader Module INTEGRATION GUIDE, ALIEN TECHNOLOGY, 2003. 김종덕 2004. 2 배재대학교컴퓨터공학과 ( 학사 ) 2004. 3~ 현재아주대학교전자공학과 ( 석사 ) 관심분야 :Embedded System Design & programming, RFID, WLAN, ubiquitous System E-mail : jdkimkey@ajou.ac.kr 김영길 1976 기술고등고시합격 1978. 2 고려대학교전자공학과 ( 학사 ) 1978 체신부기획관리실통신기좌 1980. 2 한국과학기술원전자공학과 ( 석사 ) 1984. 2 E.N.S.T.( 박사 ) 1984~ 현재아주대학교전자공학과교수관심분야 : 신호처리, Embedded System, RFID, WLAN, Bluetooth, Zigbee, 의료기기, 초음파 ubiquitous System E-mail : ykkim@ajou.ac.kr 참고문헌 [1] Klaus Finkenzeller, RFID Handbook Second Edition : Fundamental and Applications in Contactless Smart Card and Identifi-cations, John Wiley & Sons, pp. 1-28, 2003. 16 2005. 9. 정보과학회지제 23 권제 9 호
김재현 1991. 2 한양대학교전자계산학과 ( 학사 ) 1993. 2 한양대학교전자계산학과 ( 석사 ) 1996. 8 한양대학교전자계산학과 ( 박사 ) 1996. 8~1997. 4 한양대학교공학기술연구소연구원 1997. 7~1998. 6 UCLA 전기과 Postdoc 1998. 7~1998. 9 IRI Corp. CA, USA 1998. 11~2002. 2 Bell Labs, Lucent Tech. 2003. 3~ 현재아주대학교전자공학과조교수관심분야 : 무선인터넷 QoS, MAC 프로토콜, IEEE 802.11/ 15/16/20 E-mail : jkim@ajou.ac.kr 조위덕 1977. 3~1981. 2 서강대학교전자공학과 ( 학사 ) 1981. 3~1983. 2 한국과학기술원전기및전자공학과 ( 석사 ) 1983. 3~1987. 2 한국과학기술원전기및전자공학과 ( 박사 ) 1983. 3~1990. 3 금성전기 ( 현 LG전자 ) 기술연구소 DSP 연구실장 1990. 3~1991. 10 한국생산기술연구원전자정보시스템연구부팀장 / 조교수 1991. 11~2003. 9 전자부품연구원시스템연구본부본부장 2003. 1~ 현재유비쿼터스컴퓨팅사업단단장, 아주대학교전자공학부교수관심분야 : 유비쿼터스컴퓨팅 / 네트워크, 센서네트워크, Post- PC( 차세대 Smart PDA), Interactive DTV 방송기술, 고품질홈서버 / 게이트웨이기술, 디지털방송 / 이동통신연계융합플랫폼기술, 무선인터넷응용기술 E-mail : chowd@ajou.ac.kr 추호성 1998. 2 한양대학교전파공학과 ( 학사 ) 2000. 8 미국 Univ. of Texas at Austin 전자전기공학부 ( 석사 ) 2003. 5 미국 Univ. of Texas at Austin 전자전기공학부 ( 박사 ) 2003. 6~2003. 8 미국 Univ. of Texas at Austin 전자전기공학부 (Post Doctor) 2003. 8~ 현재홍익대학교전자전기공학부전임강사관심분야 : 초소형안테나, 최적화알고리즘을이용한안테나설계, RFID 용태그및리더안테나 E-mail : hschoo@hongik.ac.kr Ubiquitous ID 이동형단말시스템기술개발 17