RFID/USN 시대 앞당기자-모바일 RFID시스템에서의 에어채널 엑세스


[디지털타임스 2005-07-28 02:53:08]


주파수 간섭 제어기술 중요 이슈로

오하령 국민대 교수, 박준석 국민대 교수


900㎒대 RFID 리더-태그 시스템의 넓은 인식 거리는 다양한 응용 서비스를 가능하게 하는 장점을 제공하는 반면, 900㎒대 이동(Cellular) 통신과 같은 이종 무선통신과의 간섭과 멀티 리더 환경에서의 리더간 간섭과 충돌 등 기술 기준과 시스템 성능에 제약을 주는 여러 가지 단점을 내포하고 있다.

현재 고정형 리더를 중심으로 900㎒대 RFID시스템이 갖는 단점은 RFID 주파수 대역 내외의 스펙트럼 마스크(Spectrum Mask)의 제정을 통하여 극복하고자 하고 있다.

특히 스펙트럼 마스크로서 해결할 수 없는 멀티 리더 환경에서 발생되는 리더 사이의 간섭이나 충돌은 리더의 인식률 저하 및 시스템 오동작과 같은 RFID 시스템에서의 치명적인 단점을 발생시킨다. 그런데 이러한 단점은 리더와 태그 사이의 통신에 있어서 주파수 천이(FH: Frequency Hopping)이나 액세스 전 채널 모니터(LBT: Listen Before Talking)와 같은 에어 채널 액세스 방법을 개발하고 관련 기술에 대한 표준 제정을 통하여 극복하려 노력을 하고 있다.

그러나 국내 기술에 독자적인 기술적 근간을 갖는 모바일 RFID 서비스 환경의 경우에는 모바일 RFID 리더의 환경의 임의성으로 인하여 고정형 리더 환경을 바탕으로 하여 고안된 900㎒대 RFID 시스템의 단점을 극복하기 위한 기존의 채널 액세스 방법을 적용할 수 없다.

이에 따라 현재 국내외적으로 UHF 대 RFID 서비스에서 이슈가 되고 있는 FH와 LBT와 같은 에어채널 엑세스 방법과 다양한 RFID 환경에 대해 고찰해보고 이를 통해 국내에서 추진 중인 모바일 RFID 환경에 적합한 채널 액세스 방법을 제안하고자 한다.

모바일 RFID 기술은 이동통신망에 RFID 기술을 접목한 것으로 개인이 휴대하는 휴대폰을 가지고 사물에 부착된 RFID 태그로부터 정보를 인식하여 네트워크 상에서 관련 정보를 얻거나, 정보를 창출하는 기술이다.

모바일 RFID기술은 휴대폰이 전국적인 서비스 사용자를 가지고 있으며 향후 유비쿼터스 사회에서는 모든 사물에 RFID 태그가 부착될 것이라는 점을 고려하면, 유비쿼터스 사회의 핵심 서비스로 자리매김 할 것으로 판단된다.

모바일 RFID 시스템을 구축하기 위해서는 단말 기술부터 네트워크 연동 기술 및 정보보호 기술까지 광범위한 IT기술분야 간에 기술 개발 협력이 필요하다. 특히 RF기술 및 에어인터페이스(Air Interface) 기술 개발과 정립이 매우 중요하다.

모바일 RFID 기술의 사용주파수 대역이 이동통신망과 비슷한 주파수 대역(900㎒)을 사용하고 있어 주파수 간섭에 취약하며, 모바일 RFID 환경은 불특정 다수의 휴대폰이 RFID 태그를 접속하는 상황이 되므로 주파수 간섭을 제어할 수 있는 방안 또한 매우 중요한 이슈가 된다.

휴대형 이동통신 기기와 융합한 RFID 리더에 대한 표준화 작업은 현재 mRF(mobile RFID Forum)와 한국정보통신기술협회(TTA)를 중심으로 진행되고 있으며, 스펙트럼 마스크, 채널 규격 등을 포함하는 하드웨어 기술 부분, AIP, 기존 이동통신 망과의 연동을 다루는 네트워크, 응용기술 등의 내용으로 표준화 작업이 진행되고 있어, 7월 말까지 초안 작업이 마무리될 예정이다.

모바일 RFID 리더 환경은, 기존 RFID 리더 환경에서 다양한 RFID 리더가 불특정 다수의 사용자에 의한 모바일 RFID 리더와 공통된 장소에서 서비스되는 상황을 나타낸다.

모바일 RFID 리더의 출력 RF 전력은 ERP 기준으로 23dBm으로 기존의 고정형 리더 및 휴대형 리더의 30dBm보다 낮은 출력 전력을 갖는다. 더구나 고정형 리더의 경우 6dBi의 안테나 이득을 가지므로, 보통 모바일 기기의 안테나 이득이 0dBi인 상황에 비춰볼 때 <그림 2>의 경우처럼 모바일 RFID 리더가 기존의 고정형 리더나 휴대형 RFID 리더와 같은 영역에서 태그를 액세스 할 경우 심각한 간섭이 발생될 수 있다.

이러한 기존의 RFID 리더와 모바일 RFID 리더 사이의 간섭은 모바일 RFID 리더 액세스에 우선권을 부여하는 모바일 RFID 리더 존(Zone)의 설정으로 해결할 수 있다. 그러나 모바일 RFID 리더는 불특정 다수에 의한 이동성으로 인하여 리더 중심의 셀 설계와 설정이 불가능하다.

따라서 이러한 RFID 리더 존은 태그 중심의 매우 짧은 커버리지를 갖는 1미터 내외의 RFID 셀 이어야 할 것이다. 이러한 모바일 RFID 존은 태그의 배치에 따라 매우 좁은 여러 개의 셀로 구분되며, 각 셀에는 불특정 다수의 리더가 위치할 수 있으므로 리더의 중재(Arbitration)가 반드시 요구된다. 또한 셀 사이의 간격이 매우 좁아 인접 태그 존에 액세스하려는 모바일 리더에 간섭을 받을 수 있다.

이러한 인접 태그 존의 리더에 의한 간섭을 해결하기 위한 방안인 리더 중재는 그러나 불특정 다수의 리더가 위치하는 모바일 리더 환경에는 적합하지 않다. 이러한 모바일 RFID 리더 환경에서 인접 태그 존에 위치하는 리더의 간섭은 FH을 통한 채널공유(Channel Sharing)로 해결이 가능하다.

따라서 모바일 RFID 환경에서 에어 채널 액세스 방법은 동일 RFID 존에서는 중재(Arbitration)로 태그에 발생되는 리더의 충돌 문제를 해결하고, FH을 통하여 인접 태그 존의 리더와의 간섭을 해결하는 새로운 채널 액세스 방법이 요구된다.

이러한 방법으로 모바일 RFID 리더는 채널 액세스 전 LBT(Listen before talk), 즉 리더 중재를 위한 채널 모니터를 수행한 후, 채널 점유 시간 동안 라운드 동작인 전문(preamble)-명령-CW를 반복 실행한다. 또 라운드의 진행을 다음 채널 점유 시간으로 확장하기 위한 채널 호핑 전 호핑하려는 채널의 상태를 모니터 한 후, 인접 리더의 채널 점유 여부에 따라 채널을 점유하는 방식인 채널 액세스 실행 순차를 생각할 수 있다.

즉, 모바일 RFID 리더는 초기 태그와 액세스하기 위한 채널을 점유하기 위하여 리더 중재를 목적으로 하는 채널 모니터링을 하고, 허용 채널 점유 후 다음 라운드 동작을 위하여 가용 채널로 호핑하기 위한 채널 모니터링을 하여 인접 태그 존에 위치한 리더들과의 채널 공유을 통한 리더 안티콜루젼(Anti-collision)을 수행한다. 이를 통해 태그 존 내의 임의의 불특정 다수의 리더 사이의 중재 및 인접 태그 존의 리더와의 간섭 방지를 위한 안티콜루젼에 대한 솔루션을 제공하는 모바일 RFID 환경에 적합한 채널 액세스 방법을 생각할 수 있다.

결론으로, 현재 국내외적으로 경제, 문화, 산업, 기간 망 등 사회 구성 요소의 전반적인 측면에서 커다란 반향을 갖는 RFID 시스템에 있어 핵심이 되는 기존의 고정형 UHF대 RFID 시스템의 에어인터페이스(Air-interface) 기술의 주요 측면인 에어 채널 액세스 방법을 고찰했다. 이를 바탕으로 현재 국내에서 표준화 작업 및 기술 개발에 매진하고 있는 차세대 RFID 기술인 모바일 RFID 시스템의 채널 액세스 방법을 제안했다.

모바일 RFID 서비스의 확산과 이를 통한 USN의 조기 구축은 잘 정립된 표준화 내용과 기술 기준의 마련이 매우 중요한 단초 역할을 할 것으로 기대된다. 이를 위해서는 모바일 RFID 환경과 기존 RFID 환경과의 차이점과 적용 서비스 환경 상에서의 모바일 RFID의 특성을 잘 인식하고, 모바일 RFID 전체 시스템에 대한 체계적인 분석 및 실증 시험 하에 장기간의 연구와 검증이 이루어져야 한다고 사료된다.