RFID 리더기 안테나의 최적 배치를 위한 효율적인 진화 연산 알고리즘

순남순(Nam-Soon Soon),여명호(Myung-Ho Yeo),유재수(Jae-Soo Yoo) 한국콘텐츠학회 2009 한국콘텐츠학회논문지 Vol.9 No.10

RFID 기술를 이용한 다양한 응용분야에서 잘못된 RFID 리더기의 배치로 인해 리더기간의 간섭이 발생한다. 리더기간의 간섭은 어떤 리더기가 다른 리더기의 동작에 간섭을 일으키는 신호를 송신하여 태그를 인식하는 것을 방해할 때 발생한다. RFID 시스템에서 리더기의 충돌 문제는 시스템 처리량과 인식의 효율성의 병목현상을 발생 시킨다. 본 논문에서는 RIFD 안테나 배치의 적합도를 높이기 위해서 진화 연산 알고리즘을 이용한 새로운 RFID 리더기 배치 설계 시스템을 제안한다. 먼저, 주위 환경에 민감한 안테나의 전파특성을 분석하고, 특성 데이터베이스를 구축한다. 그리고, 안테나를 최적으로 배치하기 위한 진화 연산 알고리즘을 이용한 Encoding 기법과 Fitness 기법 및 유전잔 연산자를 제안한다. 제안하는 기법의 우수성을 보이기 위해서 시뮬레이션을 수행하였으며, 실험 결과, 약 100세대의 진화 연산을 통해 커버율 95.45%, 간섭율 10.29%의 RFID 안테나 배치의 적합도를 달성하였다. Incorrect deployment of RFID readers occurs reader-to-reader interferences in many applications using RFID technologies. Reader-to-reader interference occurs when a reader transmits a signal that interferes with the operation of another reader, thus preventing the second reader from communicating with tags in its interrogation zone. Interference detected by one reader and caused by another reader is referred to as a reader collision. In RFID systems, the reader collision problem is considered to be the bottleneck for the system throughput and reading efficiency. In this paper, we propose a novel RFID reader anti-collision algorithm based on evolutionary algorithm(EA). First, we analyze characteristics of RFID antennas and build database. Also, we propose EA encoding algorithm, fitness algorithm and genetic operators to deploy antennas efficiently. To show superiority of our proposed algorithm, we simulated our proposed algorithm. In the result, our proposed algorithm obtains 95.45% coverage rate and 10.29% interference rate after about 100 generations.

능동형 RFID 리더를 위한 효율적인 리더 프로토콜의 구현

문영식(Young-Sik Moon),정상화(Sang-Hwa Chung) 한국통신학회 2009 韓國通信學會論文誌 Vol.34 No.8b

리더 프로토콜은 RFID 리더와 호스트 사이의 명령 수행/응답 및 태그 정보 교환을 담당하는 인터페이스이며, 관련된 표준들로 EPCglobal Low Level Reader Protocol(LLRP) 1.0.1, EPCglobal Reader Protocol(RP) 1.1 그리고 ISO/IEC 15961,15962 등이 있다. 하지만 현재 리더 프로토콜 표준들은 수동형 RFID 시스템에 초점을 두고 있어 능동형 RFID 시스템에서는 효율적이지 못하다. 본 논문에서는 EPCglobal LLRP 1.0.1을 기본으로 EPCglobal RP 1.1의 smoothing/filtering 기능을 추가하여 능동형 RFID 시스템에 효율적인 리더 프로토콜을 구현하였다. 구현한 리더 프로토콜은 RF 트랜시버와 RFID 리더와 태그 간의 Air interface 파라미터를 직접 설정 할 수 있다. 그리고 filtering 기능을 이용 리더와 호스트 간의 데이터 전송량을 줄이고, smoothing 기능을 이용 태그수집 시 태그 수집성능 향상을 기대할 수 있으며, ISO/IEC 15961,15962 표준에 따른 태그 메모리 데이터 변경시 발생하는 비효율성을 제거 하였다. 또한, 하나의 리더와 45개의 태그를 사용하여 구현한 리더 프로토콜을 실제 능동형 RFID 시스템에 적용하여 성능을 평가 하였다. A reader protocol is an interface between a host and RFID readers. There are several standards for reader protocol such as EPCglobal Low Level Reader Protocol (LLRP) 1.0.1, EPCglobal Reader Protocol (RP) 1.1, and ISO/IEC 15961/15962. Unfortunately, these standards focus on the passive RFID system, and so they are not appropriate for the active RFID system. In this paper, we implemented an efficient reader protocol for the active RFID system, which is based on EPCglobal LLRP 1.0.1, but smoothing/filtering functions of EPCglobal RP 1.1 are added. This protocol is designed to configure air interface parameters for active RFID readers and tags. It can reduce the amount of data transfer between the reader and host by filtering function, and can improve the performance of tag collection by smoothing function. In addition, it can remove inefficiency caused by tag memory data change according to the standards of ISO/IEC 15961/15962. In the real-world environment, we evaluated the performance of our implemented reader protocol using one RFID reader and 45 tags.

RFID 리더간 간섭 모델에 기반 한 최적화 문제와 유전적 자원할당 기법에 관한 연구

서현식(Hyun-Sik Seo),이채우(Chae-Woo Lee) 대한전자공학회 2009 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.46 No.4

RFID 리더는 근접한 리더가 같은 주파수 혹은 인접한 주파수 대역을 사용할 경우 서로 간섭을 일으키게 되고 이는 태그의 정보를 올바로 인식하지 못하게 하는 리더 충돌 문제를 야기한다. 현재 리더 충돌 방지 연구에서는 리더 충돌 시 주파수를 옮기거나 TDM(Time Division Multiplex)을 기반으로 한 기법들이 제안되고 있다. 그러나 이는 리더 간 간섭에 영향을 미치는 리더간 거리, 사용 주파수 및 시간을 종합적으로 고려해야 하는 문제 상황을 정확히 반영하지 못한다는 한계를 갖는다. 본 논문에서는 TDM, FDM(Frequency Division Multiplex) 방식을 동시에 고려한 RFID 리더간 간섭 모델을 통해 각 리더의 간섭량을 분석함으로써 시스템 성능을 나타낼 수 있는 최적화 문제를 정의한다. 또한 이것을 풀기위한 해법으로 유전자 알고리즘을 이용한 RFID 리더 자원할당 기법이 제안된다. 따라서 주어진 RFID 환경을 충실하게 반영하여 리더의 충돌을 회피할 수 있는 최적의 자원할당을 이룰 수 있다. In radio frequency identification(RFID) systems, when an RFID reader uses the same or adjacent frequency with neighbor readers, the interference between the readers may occur, which causes the reader collision and errors in tag recognition. In the previous study on RFID reader anti-collision, the techniques based on Frequency Division Mutiplex(FDM) or Time Division Multiplex(TDM) are proposed. However in these paper, the problem on the condition of RFID reader-to-reader interference considering the distance between interfering readers, frequency and operating time is not define exactly. In this paper, the interference effect is analyzed through RFID reader interference model considering the TDM and FDM, and the optimization problem is defined. To solve this, genetic-resource allocation technique is proposed. Therefore the optimal resource allocation applied RFID environment faithfully is accomplished.

RFID 리더기 안테나 최적 배치 시스템의 설계 및 구현

순남순(Nam-Soon Soon),여명호(Myung-Ho Yeo),유재수(Jae-Soo Yoo) 한국콘텐츠학회 2009 한국콘텐츠학회논문지 Vol.9 No.10

최근 전자태그(Radio Frequency Identification: RFID) 기술의 비약적 발전과 함께 RFID에 대한 관심이 증가하고 있다. RFID는 다양한 응용 분야에서 널리 활용되고 있으며, 응용 분야에 따라 다수의 리더기를 공간에 배치하게 된다. 이때, 만약 리더기가 잘못 배치되면 리더기간의 간섭이 발생하고, 이로 인해 RFID 인식율이 저하되는 문제가 발생하기도 한다. 따라서, 비용적인 측면이나 시스템 성능적인 측면에서 리더기의 배치는 중요한 문제이다. 본 논문에서는 임의의 도면이 주어졌을 때, 전 영역을 커버할 수 있는 최소 개수의 리더기 배치를 위한 RFID 센서 네트워크 설계 시스템을 제안한다. Incorrect deployment of RFID readers occurs reader-to-reader interferences in many applications using RFID technologies. Reader-to-reader interference occurs when a reader transmits a signal that interferes with the operation of another reader, thus preventing the second reader from communicating with tags in its interrogation zone. Interference detected by one reader and caused by another reader is referred to as a reader collision. In RFID systems, the reader collision problem is considered to be the bottleneck for the system throughput and reading efficiency. In this paper, we propose a novel RFID reader anti-collision algorithm based on evolutionary algorithm(EA). First, we analyze characteristics of RFID antennas and build database. Also, we propose EA encoding algorithm, fitness algorithm and genetic operators to deploy antennas efficiently. To show superiority of our proposed algorithm, we simulated our proposed algorithm. In the result, our proposed algorithm obtains 95.45% coverage rate and 10.29% interference rate after about 100 generations.

RFID 시스템에서의 적응형 리더 충돌 방지 알고리즘

옥치영(Chi-Young Ok),권성호(Cheng-Hao Quan),최진철(Jin-Chul Choi),최길영(Gil-Young Choi),모희숙(Hee-Sook Mo),이채우(Chae-Woo Lee) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.45 No.4

인접한 RFID 리더가 동시에 같은 채널을 사용할 경우 리더간에 충돌이 발생한다. RFID가 밀집된 상황에서는 채널수가 많다고 하더라도 RFID 리더간에 채널접근을 적절히 제어하지 않을 경우 RFID 리더간의 잦은 충돌로 인해 성능을 보장할 수 없다. 기존에 사용되는 리더 충돌 방지 기법인 FH(Frequency Hopping) 및 LBT(Listen Before Talk) 방식의 경우 채널수가 많은 환경에서 효율적으로 채널을 할당하는 메커니즘을 갖고 있지 않기 때문에 동시에 다채널, 밀집리더 환경에서는 성능을 보장할 수 없는 문제가 있다. 본 논문에서는 밀집 리더 환경에서 리더 충돌 문제를 개선할 수 있는 확률적 채널 호핑 알고리즘을 제안한다. 확률적 채널 호핑 알고리즘은 채널을 점유하기 전 LBT 방식을 기반으로 랜덤 백오프를 사용함으로써 여러 리더가 경쟁할 경우 발생하는 충돌을 줄여준다. 또한, LBT 과정에서 타 채널로 호핑하는 확률을 리더의 밀집도 및 채널의 사용률을 반영하여 적응적으로 할당함으로써 채널 이용률을 높인다. 시뮬레이션을 통해 제안하는 알고리즘이 기존의 방법에 비해 우수함을 보인다. Reader collision may occur when neighboring RFID readers use the same channel at the same time. Especially when the readers are operated in dense mode, even though many channels are available, because of frequent reader collisions we can not guarantee the performance of RFID readers. Conventional solutions such as FH(Frequency Hopping) or LBT(Listen Before Talk) are not effective in this situation because they can not schedule RFID readers effectively when RFID readers are operated in multi-channel, dense reader mode, In this paper, we propose a new RFID reader anti-collision algorithm which employs LBT, random backoff before channel access, and probabilistic channel hopping at the same time. While LBT and Random backoff before channel access reduces collisions between competing readers, probabilistic channel hopping increases channel utilization by adaptively changing the hopping probability by reflecting the reader density and utilization. Simulation results shows that our algorithm outperforms conventional methods.

RFID 시스템에서의 리더 충돌 방지를 위한 개선된 유전자 알고리즘

서현식(Hyun-Sik Seo),이채우(Chae-Woo Lee) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.45 No.5

RFID 리더는 근접한 거리에 위치하고 있는 리더들과 같은 주파수 혹은 인접한 주파수 대역을 사용할 경우 서로 간섭을 일으킨다. 이는 리더간 충돌을 야기하여 태그의 정보를 올바로 인식하지 못하게 한다. 따라서 이런 리더간의 충돌을 방지하기 위해 RFID 국제 표준이 규정되고 논문들이 발표되고 있다. 리더간의 간섭은 간섭을 일으키는 리더간의 거리, 사용하는 주파수 대역과 밀접하게 관련되어 있다. 하지만 기존의 RFID 리더충돌 방지 알고리즘은 리더간 간섭에 큰 영향을 미치는 리더의 위치에 대한 고려 없이 리더 충돌시 주파수를 옮기거나 TDM(Time Division Multiplex)을 기반으로 충돌 확률에 따라 프레임의 크기를 변경하여 리더의 충돌을 줄인다. 본 논문에서는 좀 더 효과적으로 리더 충돌을 방지하기 위해 리더의 위치를 반영하는 2차원 유전자를 사용한 유전자 알고리즘을 제안한다. 2차원의 유전자를 사용하여 진화 연산을 수행함으로써 리더간 간섭에 영향을 미치는 리더의 위치 정보를 효과적으로 활용한다. 따라서 효과적으로 리더 충돌을 줄일 수 있도록 최소한의 간섭을 갖는 최적의 채널 할당을 찾을 수 있다. 또한 제안하는 알고리즘내의 교정(Repair)연산을 통해 모든 리더가 안정적으로 태그를 인식 할 수 있도록 한다. When an RFID reader uses the same frequency or adjacent frequency with neighbor readers, the interference might occur. These interferences cause the RFID reader collision and errors during tag recognition. Therefore, the international standard for RFID and some papers proposed the methods to reduce the reader collision. The reader interference is closely related to the distance between the readers having interference and used frequency band. In the previous RFID reader anti-collision algorithms, the location of readers inducing interference which is closely related to interference of readers is not considered. Only the reader collision is tried to reduce through frequency transfer after collisions occur or modification of frame size in relation to collision probability based a TDM(Time Division Multiplex). In this paper, the genetic algorithm using two-dimensional chromosome which reflect readers' location is proposed to prevent reader collision effectively. By executing evolutionary operation with two-dimensional chromosome, the location information having influence on reader interference can be used. The repair operation in the proposed algorithm makes all reader stably recognize their tags.

애완동물 인식을 위한 하이브리드 RFID 리더 개발

최성식(Seong-Sik Choi),김문갑(Mun-Gab Kim),정보환(Bo-Hwan Jung) 대한전자공학회 2011 電子工學會論文誌 IE (Industry electronics) Vol.48 No.4

애완견의 사육 수가 해마다 증대됨에 따라 발생되는 문제점들을 해결하기 위해 정부와 지자체에서는 애완견 전자신분증 제도를 도입하고 있다. 애완견의 전자신분증으로 RFID 태그가 사용되고 있다. 애완견의 신분용 RFID 태그에는 일반적으로 두개의 주파수 (134.2 ㎑, 13.56 ㎒)가 사용된다. RFID 태그 내의 정보는 RFID 리더로 읽는 데, 두 주파수를 읽을 수 있는 RFID 리더는 없다. RFID 태그에 사용되는 134.2 ㎑용 RFID 리더는 대부분이 수입되고 있으며, 이 리더는 RFID 태그를 인식하는 반경이 짧고, 인식 방향이 제한적이라 사용에 불편함이 있다. 애완견 관리자는 RFID 리더로 읽은 RFID 태그 내 정보를 수작업으로 전산 입력하여 애완견에 대한 이력을 조회한다. 이 과정에서 관리자의 태그 정보 입력 오차가 발생할 수 있으며, 작업 시간이 많이 소요되어 효율적인 애완견 관리가 되지 않고 있다. 이 논문에서는 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 하이브리드 RFID 리더와 RFID 리더와 무선통신으로 연동되는 애완견 관리 프로그램을 개발하였다. In this paper, we introduce a hybrid RFID reader to recognize the pets. There is no the RFID reader to recognize a different types of frequency simultaneously. The RFID reader with 134.2 ㎑ has disadvantages with limited recognition radius and direction. The developed reader is dual-frequency RFID reader (134.2 ㎑, 13.56 ㎒) that is capable of identifying the pets with a different types of tags. The prototype model in the field test shows that the recognition coverage increases compared to the imported reader.

실시간 디바이스 관리 및 안전한 이벤트 처리를 위한 고가용성 RFID 미들웨어

최한석 한국정보과학회 2012 데이타베이스 연구 Vol.28 No.3

RFID middleware is a system that transmit the safe events from the low-level RFID hardware like readers and tags to the enterprise information system. However, the current RFID readers provide a variety of transmission protocols and different tag structures depending on the specific RFID reader company. This paper proposes a fault-tolerant RFID embedded middleware system performing the real-time device management and safe tag events processing regardless of any readers. This fault-tolerant RFID embedded middleware provides the reader adapters of each reader manufactures and device manager to configure readers and antennas in real time. RFID 미들웨어는 RFID 응용 시스템에게 저 수준의 RFID 이벤트를 안전하게 전달해주는 시스템이다. 그러나 RFID 리더기는 제조사별 다양한 통신 제어구조 및 각기 다른 태그 코드를 지원하고 있다. RFID 응용프로그램을 효과적이고 빠르게 개발하기 위해서는 저수준의 RFID 이벤트를 안전하게 상위 수준의 응용 시스템에게 전달하는 고가용성 RFID 미들웨어가 절실히 요구된다. 본 논문에서는 실시간으로 RFID 디바이스를효과적으로 관리할 수 있을 뿐만 아니라, 저 수준에서 발생하는 RFID 이벤트 프로세스를 안전하게 관리할 수있는 고가용성 RFID 미들웨어를 제안한다. 본 논문에서 제안하는 고가용성 RFID 미들웨어는 안테나 및 RFID 리더기를 제조사별로 구분하고 제조사별 어댑터를 구현하여 RFID 디바이스를 상시 모니터링을 할 수 있는실시간 관리기능을 제공한다.

리더 간섭에 의한 RFID 시스템의 인식 거리 감소에 관한 연구

이윤덕,김도윤,윤현구,육종관,장병준,Lee, Yoon-Deock,Kim, Do-Yun,Yoon, Hyun-Goo,Yook, Jong-Gwan,Jang, Byung-Jun 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.7

최근 UHF 대역에서 동작하는 RFID 시스템이 활발히 연구되고 있으며, 유통 물류 분야를 시작으로 다양한 분야에서 사용되고 있다. 본 연구에서는 UHF RFID 시스템의 주파수 간섭 중 RFID 시스템 설계시 가장 문제가 되고 있는 리더간 간섭을 인식 거리 측면에서 분석하였다. RFID 주파수 간섭를 정량적으로 분석하기 위하여 새로운 성능 지표로 IRRR을 정의하고, IRRR의 유용성을 보이기 위해 두 개의 RFID 리더와 하나의 태그로 구성된 측정 시스템을 구성하여 IRRR이 실제 환경의 특성을 반영하고 있음을 확인하였다. 따라서, 실제 다양한 RFID 시스템을 설치할 때 IRRR을 설계 파라미터로 사용함으로써 주파수 간섭 문제를 해결할 수 있을 것이다. Recently UHF RFID system has drawn a great deal of attention because of its potential to revolutionize supply chain management. In this article, RFID reader-to-reader interference is analyzed in terms of interrogation range. For evaluating RFID interference quantitatively, the new figure-of-merit, IRRR, is defined. In order to show the usefulness of IRRR, calculated IRRR is verified by measurement using two RFID readers and a tag in multiple-reader environment. IRRR can be referred to an important design parameter to analyze more complex interfering problems in actual RFID system deployments.

Enhanced Pulse Protocol RFID Reader Anti-collision Algorithm using Slot Occupied Probability in Dense Reader Environment

( Inchan Song ),( Xiao Fan ),( Kyunghi Chang ) 한국인터넷정보학회 2008 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.2 No.6

The Radio Frequency IDentification (RFID) system is a contactless automatic identification system, which comprises readers and tags. In RFID systems, a reader collision occurs when there is interference in communication between one reader and the tags, due to the signals from other readers. The reader collision problem is considered as the fundamental problem affecting high density RFID reader installations. In this paper, we analyze the existing reader anti-collision algorithms. We also propose a pulse protocol-based reader anti-collision algorithm using slot occupied probability (SOP). The implementation of this improvement is simple, yet it effectively mitigates most reader collisions in dense reader mode, as shown in our simulation. That is, the proposed algorithm reduces the identification time, and increases the system throughput and system efficiency compared with the conventional reader anti-collision algorithms.