RFID 시스템에서의 태그 수를 추정하는 ALOHA 방시 Anti-collision 알고리즘

차재룡,김재현,Cha Jae-Ryong,Kim Jae-Hyun 한국통신학회 2005 韓國通信學會論文誌 Vol.30 No.9a

RFID 시스템에서 같은 주파수를 이용하는 태그가 있을 때 태그의 데이터 전송은 서로 간섭을 일으키게 되어 데이터를 잃게 된다. 태그를 고속으로 인식하기 위하여 이러한 간섭을 해결하는 것이 RFID 시스템에서 가장 핵심이 되는 기술인 Anti-collision 알고리즘이다. 본 논문에서는 태그의 수를 추정하는 Tag Estimation Method(TEM)와 추정된 태그의 수에 맞는 최적의 프레임 크기를 할당하는 Dynamic Slot Allocation(DSA) 방식을 사용하는 Dynamic Framed Slotted ALOHA(DFS-ALOHA) 알고리즘을 제안한다. 또한 제안한 DFS-ALOHA 알고리즘의 성능을 OPNET 시뮬레이션을 이용하여 기존의 Framed Slotted ALOHA(FS-ALOHA) 알고리즘 및 Vogt 에 의해 제안된 두 가지 태그 수 추정 방식과 비교한다. 시뮬레이션 결과 제안한 DFS-ALOHA 알고리즘은 태그의 수와 상관없이 기존의 알고리즘보다 항상 좋은 성능을 보임을 알 수 있었다. 또한 제안한 알고리즘인 DFS-ALOHA I과 DFS-ALOHA II는 거의 동일한 성능을 보이지만 DFS-ALOHA II가 DFS-ALOHA I 에 비하여 complexity 가 낮아 실제 시스템에 구현하기에 보다 쉬울 것으로 예상된다. When there are many tags using the same frequency around the reader in RFID system, they disturb each other and in the end their response cannot be received by the reader. To solve this disturbance and fast identify the tags, the anti-collision algorithm, which is the core technology in RFID system, is needed. We propose two ALOHA-type Dynamic Framed Slotted ALOHA(DFS-ALOHA) algorithms using Dynamic Slot Allocation(DSA), which dynamically allocates the frame size in accordance with the number of tags and Tag Estimation Method(TEM), which estimates the number of tags around the reader. We also compare the performance of the proposed DFS-ALOHA algorithms with that of the conventional Framed Slotted ALOHA (FS-ALOHA) algorithms and the algorithms proposed by Vogt using OPNET simulation. According to the analysis, the two proposed DFS-ALOHA algorithms(DFS-ALOHA I and DFS-ALOHA II) show better performance than the conventional ALOHA-based algorithms regardless of the number of tags. Although the two proposed DFS-ALOHA algorithms show the similar performance, BFS-ALOHA ll is better because it is easier to be implemented in the system and the complexity is lower.

무선 센서 망에서 MAC 방식을 위한 Bayes 중지 규칙

박진경(Jin Kyung Park),최천원(Cheon Won Choi) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.45 No.7

본 논문에서 줄기 노드는 mesh 토폴로지의 중추 망을 이루고 각 줄기 노드는 주변의 잎 노드와 함께 별 토폴로지의 부속망을 형성하는 무선 센서 망을 고려한다. 이러한 무선 센서 망에서 잎 노드로부터 줄기 노드로의 패킷 전달을 지원하는 MAC 방식을 설계할 때 반드시 다음 사항을 유념해야 한다. 첫째, 잎 노드는 일반적으로 배터리로부터 전력을 공급받는데 이러한 배터리를 교체하거나 충전하기가 어렵다. 둘째, 무선 센서 망은 흔히 주기적으로 데이타를 수집하여 갱신하기 위해 파송된다. 데이타 조각의 전달이 지연되면 싱크 노드의 데이타 처리가 지연되고 결과적으로 데이타 조각 자체를 폐기해야 할 수도 있다. 셋째, 무선 센서 망에서는 시그널링이 극도로 제약되고 복잡한 계산이 곤란하다. 이러한 점을 고려할 때 MAC 방식은 에너지를 절약하고 패킷 전달에서 적시성을 지원할 수 있어야 하며 동시에 단순하고 로버스트해야 한다. 본 논문에서는 무선 센서망의 MAC 방식으로 ALOHA의 수정판을 제안한다. ALOHA 제안 판은 ALOHA 원판의 단순함과 로버스트함을 보전하면서 매번 패킷의 전달을 시도하기에 앞서 잎 노드가 중지 혹은 계속을 결정하는 특징을 갖는다. 이러한 결정을 위해 본 논문에서는 Bayes 중지 규칙을 제안한다. Bayes 중지 규칙은 에너지, 적시성 그리고 throughput 손실이 반영된 Bayes 위험을 최소화하는 중지 규칙으로 잎 노드가 오직 전달 시도에 관한 선험적 지식과 자신의 전달 시도 경험에만 의존하여 중지 혹은 계속을 결정하므로 실용적이다. 계량적 결과로부터 Bayes 중지 규칙이 도입된 ALOHA 제안 판은 무선 센서 망의 열악한 환경에서 유용함을 확인한다. Consider a typical wireless sensor network in which stem nodes form the backbone network of mesh topology while each stem node together with leaf nodes in its vicinity forms a subnetwork of star topology. In such a wireless sensor network, we must heed the following when we design a MAC scheme supporting the packet delivery from a leaf node to a stem node. First, leaf nodes are usually battery-powered and it is difficult to change or recharge their batteries. Secondly, a wireless sensor network is often deployed to collect and update data periodically. Late delivery of a data segment by a sensor node causes the sink node to defer data processing and the data segment itself to be obsolete. Thirdly, extensive signaling is extremely limited and complex computation is hardly supported. Taking account of these facts, a MAC scheme must be able to save energy and support timeliness in packet delivery while being simple and robust as well. In this paper, we propose a version of ALOHA as a MAC scheme for a wireless sensor network. While conserving the simplicity and robustness of the original version of ALOHA, the proposed version of ALOHA possesses a distinctive feature that a sensor node decides between stop and continuation prior to each delivery attempt for a packet. Such a decision needs a stopping rule and we suggest a Bayes stopping rule. Note that a Bayes stopping rule minimizes the Bayes risk which reflects the energy, timeliness and throughput losses. Also, a Bayes stopping rule is practical since a sensor node makes a decision only using its own history of delivery attempt results and the prior information about the failure in delivery attempt. Numerical examples confirm that the proposed version of ALOHA employing a Bayes stopping rule is a useful MAC scheme in the severe environment of wireless sensor network.

기상요소별 사고 시나리오에 따른 정량적 위험성평가 피해영향범위 분석

김현섭,전병한 대한환경공학회 2017 대한환경공학회지 Vol.39 No.12

Using ALOHA and PHAST Program, it was modeled assuming the leakage accident scenarios of chlorine which is designated as accident preparation chemical in chemical control act. End-point distances corresponding to ERPG-2 concentrations were calculated while varying annual mean temperature, wind speed, humidity, and atmospheric stability. The calculated endpoint distance values were compared and the correlation with each meteorological factor was analyzed. And we also investigated strengths and weaknesses of ALOHA and PHAST. The results show that ALOHA has little or no correlation with annual average temperature, humidity and it has a large correlation with wind speed and atmospheric stability. In the case of PHAST, the end-point distances were correlated with all the meteorological factors such as average annual temperature, wind speed, humidity, and atmospheric stability, Among them, the effect of atmospheric stability were the largest. 장외영향평가의 정량적 위험성평가에 사용되는 ALOHA와 PHAST 프로그램으로 화학물질관리법상 사고대비물질로지정하고 있는 염소의 누출 사고 시나리오를 가정하여 모델링 하였다. 연평균 기온, 풍속, 습도, 대기안정도를 변화시키면서ERPG-2 농도에 해당하는 끝점거리를 산출하였으며, 산출된 끝점거리 값을 비교하여 각각의 기상요소와 끝점거리 간의 상관관계와 ALOHA와 PHAST의 장단점 분석하였다. 연구결과 ALOHA는 연평균 기온과 습도와의 상관관계는 없거나 작고, 풍속과 대기안정도와의 상관관계가 큰 것으로 조사되었다. PHAST의 경우 연평균 기온, 풍속, 습도, 대기안정도 모든 기상요소와의 상관관계가 있었으며, 그 중 대기안정도의 영향을 가장 크게 받는 것으로 조사되었다.

ALOHA & Bow-tie 기법을 이용한 메탄올 추진 선박에서의 메탄올 저장탱크 누출 시 위험도 평가

이정학,지재훈 해양환경안전학회 2024 해양환경안전학회지 Vol.30 No.5

본 연구에서는 ALOHA와 Bow-tie를 활용하여 메탄올 추진 선박의 저장 탱크가 울산항에서의 누출 시나리오를 가정하여 위험도 평가하였다. ALOHA를 이용하여 대안 및 최악의 시나리오를 산정하여 피해 범위를 예측하였다. 독성 영향 범위의 결과(ERPG-2 기준)로는 대안(629m), 최악(817m)로 육상 탱크 터미널의 부두 시설 및 거주 지역까지 포함되는 것으로 확인되었다. 인화성 영향 범위(LEL 10% 기준)는 대안(126m), 최악(218m) 선박에서만 발생하였으며, 열복사 영향 범위(5.0kW/m2 기준)는 대안(56m), 최악(56m)로 선박에서만 영향을 미쳤다. 또한, 전문가 집단을 구성하여 Bow-tie 기법을 통하여 예방 대책과 완화 대책을 평가하였다. 대책 유형 분류에서는 Hardware와 Human으로 구분되었으며, 안전 유효성과 위험 심각성의 결과에서는 “Gas Freeing System”, “Ventilation System”, “Fire-Fighting System이 가장 높은 평가를 받았다. 위의 평가를 토대로 위험도 평가를 도식화하였다. In this study, the risks of the leakage of a methanol-fueled ship's storage tank at Ulsan Port are evaluated using ALOHA and Bow-tie methodologies. ALOHA is utilized to estimate the damage range by calculating both the worst and alternative scenarios. The results of the toxic area of the vapor cloud range (ERPG-2 standard) indicate that the alternative (629 m) and worst (817 m) scenarios include the pier facilities of the onshore tank terminal and residential areas. The flammable area of the vapor cloud range (LEL 10% standard) is observed only on the ship with the alternative (126 m) and worst (218 m) scenarios. The thermal radiation level of concern (5.0 kW/m² standard) affects only the ship in both the alternative (56 m) and worst (56 m) scenarios. Additionally, preventive and mitigation measures are evaluated by a panel of experts using the Bow-tie method. The measures are classified into “hardware” and “human” categories, with “gas-freeing system,” “ventilation system,” and “fire-fighting system” receiving the highest ratings for safety effectiveness and risk severity. Based on the evaluation above, a risk-assessment diagram is developed.

ALOHA 방식 RFID 시스템에서의 태그 개수 추정 방법

이지봉,김완진,김형남,Lee, Ji-Bong,Kim, Wan-Jin,Kim, Hyoung-Nam 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.7b

본 논문에서는 ALOHA 기반의 충돌 방지 알고리즘을 사용하는 RFID 시스템에서 다중 태그 인식 성능 향상을 위한 태그 개수 추정 방법을 제안한다. ALOHA 기반의 충돌 방지 알고리즘에서는 슬롯의 크기를 태그 개수에 따라 적절하게 설정하는 것이 다중 태그 인식 성능을 좌우하기 때문에, 태그 개수에 대한 정확한 추정이 필요하다. 제안된 방법은 태그 개수와 태그 인식 과정에서 발생하는 빈 슬롯 개수의 기댓값과의 관계를 이용한다. 한 ROUND를 통해 측정되는 빈 슬롯 개수를 가지고 가장 가까운 기댓값을 찾은 후, 그 기댓값에 해당하는 태그 개수를 구함으로써 태그의 개수를 추정한다. 제안된 방법은 기존 방법과 비교하여 계산양이 적으면서도 태그 개수 추정의 정확도는 높다는 장점이 있으며, 시뮬레이션 결과를 통해서 이를 보인다. This paper proposes an estimation method of number of tags which may be necessary in improving anti-collision performance for ALOHA-based RFID systems. In ALOHA-based anti-collision algorithms, since the performance of the multi tag identification can be improved by allocating the optimal slot size corresponding to the number of tags, it is needed to exactly estimate the number of tags. The proposed method uses the a priori knowledge of the relation between the expectation of the number of empty slots and the number of tags. After measuring the number of empty slots in one ROUND, we estimate the number of tags which corresponds to the expectation of the number of empty slots nearest to the measured one. Simulation results show that the proposed method is superior to conventional methods in terms of the estimation accuracy and the computational complexity.

ALOHA 프로그램을 이용한 도시가스 배관의 누출 모델링 최적화

조필래(Pil-rae Cho),이향직(Hyang-jig Lee),백종배(Jong Bae Baek) 한국위험물학회 2020 한국위험물학회지 Vol.8 No.2

Since the Process Safety Management(PSM) by Occupational Safety and Health Act has been introduced in Korea, the consequence analysis of chemical release has been actually implemented. The purpose of this paper is to suggest the guideline for the release modeling of natural gas piping. Applicable programs for the release modeling of gas pipeline are ALOHA, PHAST, etc. but ALOHA is the most reasonable program because of the benefit of cost-free and easiness to use. As the release rate in gas pipeline is largely depended on length of pipeline, it is very important to select the appropriate length of pipeline. As lots of company apply length of pipeline as the length between a gas governor and a gas burner, the result of these modeling can be different from an actual situation that is pressurized by the pipeline system of gas supplier. This paper studied the method to decide the length of pipeline by the comparison of the release rate between the infinite end piping connected to tank and closed off piping by using ALOHA program. And this paper also studied the modeling means for the low pressure pipeline under 2 atm(absolute) in pressure being not applied with the Gas pipe option of ALOHA.

Bayes 풍의 RFID Tag 인식

박진경(Jin Kyung Park),하준(Jun Ha),최천원(Cheon Won Choi) 대한전자공학회 2009 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.46 No.5

하나의 reader와 여러 tag로 구성된 RFID 망에서 tag의 응답 간 충돌을 중재하기 위해 tag가 응답하도록 여러 슬롯을 마련해 주는 프레임화 및 슬롯화된 ALOHA 방식이 소개되었다. 프레임화 및 슬롯화된 ALOHA에서는 tag 인식의 효율이 극대화되기 위해 프레임 별 슬롯의 수가 최적화되어야 한다. 이러한 최적화는 tag의 수를 필요로 하나 reader는 tag의 수를 알기 힘들다. 본 논문에서는 별도로 tag의 수를 추정하지 않고 슬롯의 수에 대해 직접 Bayes action을 취하는 프레임화 및 슬롯화된 ALOHA에 기초한 tag 인식 방식을 제안한다. 구체적으로 Bayes action은 tag의 수가 갖는 사전 분포, 어떤 tag도 응답하지 않은 슬롯의 수에 대한 관찰값, 그리고 인식률을 반영한 손실 함수를 결합한 결정 문제를 풀어 구한다. 또한 tag의 수가 갖는 사전 분포의 진화를 통해 각 프레임에서 이러한 Bayes action을 지원한다. 모의 실험 결과로부터 진화하는 사전 분포와 Bayes action의 쌍은 robust 방식을 이루어 tag의 수의 참값과 초기 추측값의 큰 괴리에도 불구하고 일정 수준의 인식률을 얻을 수 있음을 관찰한다. 또한 제안하는 방식은 tag의 수에 대한 고전적인 추정값을 사용하는 방식에 비해 높은 인식 완료 확률을 얻을 수 있음을 확인한다. In an RFID network consisting of a single reader and many tags, a framed and slotted ALOHA, which provides a number of slots for the tags to respond, was introduced for arbitrating a collision among tags' responses. In a framed and slotted ALOHA, the number of slots in each frame should be optimized to attain the maximal efficiency in tag cognizance. While such an optimization necessitates the knowledge about the number of tags, the reader hardly knows it. In this paper, we propose a tag cognizance scheme based on framed and slotted ALOHA, which is characterized by directly taking a Bayes action on the number of slots without estimating the number of tags separately. Specifically, a Bayes action is yielded by solving a decision problem which incorporates the prior distribution the number of tags, the observation on the number of slots in which no tag responds and the loss function reflecting the cognizance rate. Also, a Bayes action in each frame is supported by an evolution of prior distribution for the number of tags. From the simulation results, we observe that the pair of evolving prior distribution and Bayes action forms a robust scheme which attains a certain level of cognizance rate in spite of a high discrepancy between the true and initially believed numbers of tags. Also, the proposed scheme is confirmed to be able to achieve higher cognizance completion probability than a scheme using classical estimate of the number of tags separately.

FQTR : RFID 시스템을 위한 새로운 하이브리드 태그 충돌 방지 프로토콜

정승민(Seung-Min Jung),조정식(Jung-Sik Cho),김성권(Sung-Kwon Kim) 한국정보과학회 2009 정보과학회논문지 : 소프트웨어 및 응용 Vol.36 No.7

RFID 기술은 바코드를 대체할 자동인식 기술로서 인식 속도가 빠르고 비접촉 방식으로 오염에 강한 장점을 가지고 있다. 그러나 RFID 기술의 대중화를 위해서는 선결되어야할 난제들이 있다. 이 중본 논문에서는 다중 태그 식별 문제를 다룬다. 다중 태그를 인식하고 충돌을 방지하는 문제는 RFID 시스템의 성능에 직접적인 영향을 준다. 본 논문에서는 기존의 알고리즘들을 분석하고 개선하된 새로운 태그충돌 방지 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 ALOHA 기반 알고리즘과 QT 기반 알고리즘의 하이브리드 형태로 분배와 인식 과정에 적합한 특성들을 혼합하여 구성하였다. 분배 과정에서는 ALOHA 방식을 이용하여 인식과정에서 한 프레임에 인식해야할 태그 수를 줄였다. 이는 Tree 의 깊이가 깊어져 지연을 일으키는 문제를 해결하였다. 인식 과정에서는 QT 기반 알고리즘을 이용하여, ALOHA 방식에서 모든 태그를 인식하지 못하는 문제를 해결하였다. 또한, 실제 RFID 환경을 분석하여 더 좋은 성능을 보이도록 태그ID 의 역순으로 인식하는 QTR 알고리즘을 적용하였다. 본 논문에서 제안하는 FQTR 알고리즘은 시뮬레이션 결과 기존의 알고리즘에 비해 뛰어난 성능을 보여주었다. RFID, Radio Frequency Identification, is a technology of automated identification replacing bar-code. RFID technology has advantages that it recognizes fast and it is strong to contamination using wireless communication. However, there are difficult problems that should be solved for popularization of RFID. Among of these, tag anti-collision problem is dealed in this paper. It affected the performance of RFID system directly. This paper analyzes conventional algorithms and proposes new algorithms of tag anti-collision. The algorithm proposed was composed of appropriate properties to each phase of distribution and recognition as hybrid between ALOHA-based algorithm and QT-based algorithm. At phase of distribution, the number of tags recognizing at a frame was reduced using ALOHA-based algorithm. It addressed the delay problem because of deep depth of tree. At phase of recognition, it solved ALOHA-based chronic problem that couldn't recognize all the tags sometimes. Moreover, QTR algorithm that recognize by reversed tag IDs was adopted for the performance. The FQTR algorithm proposed in this paper showed brilliant performance as compared with convention algorithms by simulation.

CARIS & ALOHA를 활용한 화학물질사고 독성영향평가연구

이현승,이태형,박광석,김종국 한국환경기술학회 2019 한국환경기술학회지 Vol.20 No.1

Toxic chemical accident occurs frequently in many countries mainly in industrial complexes area caused many casualties. The purpose of this study is to investigate the predictions and characteristics of toxic chemical leaks and its spread according to the type of accident. The CARIS and the ALOHA model which predict for the worst case scenario were compared. It was concluded that CARIS is useful in providing golden time and initial toxic effect information while ALOHA is better in providing precise information. By applying CARIS and ALOHA model with given scenarios of time, season and weather, etc., the measurement of toxic precise diffusion and effect range could be more accuracy.

ALOHA를 활용한 화학사고 비상대응계획 수립 개선방안

유병태(Yoo Byungtae),문명환(Moon Myonghwan) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.3

본 연구에서는 암모니아 30 kg 누출에 의한 화학사고 발생 시 현실적인 소산계획을 제시하고자 하였다. ALOHA 프로그램을 활용하여 시간에 따른 위치별(5개 지점) 실내ㆍ외 오염농도를 평가하였다. 먼저, 사고원점으로부터 10 m 떨어진 지점에서는 실내농도가 4분만에 관심농도(150 ppm)에 도달하여 4분 이내로만 실내대피가 가능하였다. 둘째, 25 m 지점에서는 실내농도 관심농도는 23분 이내이며, 실내농도는 최대 189 ppm, 실외 농도는 최대 1,280 ppm을 기록한다. 셋째, 30 m 지점은 60분동안 실내농도가 150 ppm 미만 수준이며 최고 농도가 131 ppm이므로, 30 m 이상 떨어진 지점부터는 실외소산보다는 실내 대피만으로 비상대응계획을 수립할 수 있다. 이에 본 연구는 화학물질 누출사고 발생에 따른 효율적인 실내ㆍ외 소산계획을 수립할 수 있는 개선방안을 제시하였으며, 이는 화학물질 취급 사업장에서 보다 체계적인 대피계획을 수립하는데 도움이 될 것으로 판단된다. This study focuses on realistic evacuation plan due to the chemical accident such as the ammonia (30 kg) leakage. Using the scenario of ALOHA program, indoor and outdoor toxic concentration was evaluated at each 5 spot from leak point. First, It took only 4 minutes to reach the Level of Concern (LOC, 150 ppm) at 10m from leak point so it was possible to stay only 4 minutes indoor. Second, It took 23 minutes to reach the Level of Concern (LOC, 150 ppm) at 25m from leak point, recording 189 ppm (Max) indoor and 1,280 ppm (Max) outdoor. Third, at the 30m from leak point, it was measured below 150 ppm for 60 minutes and reached 131 ppm(Max). So it was possible indoor evacuation plans to be established rather than outdoors from more than 30 meters from the point of accident. Therefore, this study proposes not only the effective indoor and outdoor evacuation plan at chemical materials leakage accidents. but also a much more systematic emergency evacuation plan at plants handling hazardous chemical materials.