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KR100876668B1 - Ｔｄｍａ 기반 ｒｆｉｄ 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를위한 타임슬롯 할당장치 및 할당방법 - Google Patents

Ｔｄｍａ 기반 ｒｆｉｄ 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를위한 타임슬롯 할당장치 및 할당방법 Download PDF

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KR100876668B1
KR100876668B1 KR1020070096781A KR20070096781A KR100876668B1 KR 100876668 B1 KR100876668 B1 KR 100876668B1 KR 1020070096781 A KR1020070096781 A KR 1020070096781A KR 20070096781 A KR20070096781 A KR 20070096781A KR 100876668 B1 KR100876668 B1 KR 100876668B1
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KR
South Korea
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rfid
time slot
network
rfid reader
collision
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Application number
KR1020070096781A
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Inventor
조근식
박승보
유영훈
Original Assignee
인하대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치 및 할당방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 TDMA 기반 RFID 네트워크 내 RFID 리더 간 간섭을 제거하면서 최소의 타임슬롯을 빠르게 RFID 리더로 지정하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치 및 할당방법을 제공하기 위한 것이다.
그 기술적 구성은 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 동일한 주파수가 단위 시간으로 분할된 타임슬롯을 RFID 태그 내의 식별 코드를 읽어들이는 RFID 리더로 할당하는 장치에 있어서, 상기 RFID 네트워크에 구비된 다수개의 RFID 리더로 상기 RFID 태그와의 통신을 위한 타임슬롯을 할당하는 타임슬롯 할당장치; 상기 타임슬롯 할당장치가 상기 다수개의 RFID 리더로 타임슬롯을 할당하도록 제어하되, 인접한 상기 RFID 리더 간에 동일하지 않고, 연속되지 않은 타임슬롯을 분배하도록 제어하여 상기 RFID 리더 간에 타임슬롯의 충돌이 발생하지 않도록 제어하는 충돌방지장치; 를 포함한다.
Figure R1020070096781
RFID, 네트워크, 타임슬롯, 할당, 미들웨어, 충돌방지, 최적화

Description

ＴＤＭＡ 기반 ＲＦＩＤ 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치 및 할당방법{Apparatus for Allocating a Time Slot for Anti­Collision of Time Slots in RFID Network Based on Time Division Multiple Access and Method thereof}
본 발명은 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치 및 할당방법에 관한 것으로, TDMA 기반 RFID 네트워크에서, RFID 리더 간 간섭을 제거하면서 최소의 타임슬롯을 빠르게 RFID 리더로 지정할 수 있는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치 및 할당방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전파식별(電波識別, Radio Frequency IDentification, 이하 RFID 라 칭함)은 소형 반도체 칩을 이용하여 사물 및 주변 환경의 정보를 전송, 처리하는 비접촉식 인식 시스템으로서, 직접 접촉 또는 스캐닝이 요구되지 않아 바코드를 대체할 기술로 평가받는다.
그리고, RFID 네트워크는 다수개의 RFID 리더와 다수개의 RFID 태그 간의 통 신을 이용하여 RFID 태그가 부착된 사물 또는 동물 등을 식별할 수 있는 식별 코드를 전송받고, 이를 RFID 미들웨어에서 수집 및 필터링하여 중앙 서버로 송신하며, 데이터베이스에 저장된 식별 코드에 따른 데이터로 사물 또는 동물 등에 대한 데이터를 얻을 수 있도록 이루어진다.
여기서, RFID 네트워크 상에 존재하는 RFID 리더와 RFID 태그 간의 통신이 이루어지기 위하여, 주파수 충돌이 발생하지 않아야 하는데, RFID 리더 간에 발생하는 주파수 충돌과, RFID 리더와 태그 간에 발생하는 주파수 충돌로 구분할 수 있고, 이는 하기 도면을 참조로 설명한다.
도 1은 RFID 네트워크에서 발생하는 RFID 리더 간 간섭 및 RFID 리더와 태그 간 간섭을 도시한 도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, RFID 네트워크에서 RFID 리더의 전파 도달 반경 내에 위치된 RFID 태그의 데이터를 수신하게 된다.
그리고, RFID 네트워크 내에는 상기한 동작으로 구동되는 RFID 리더가 다수개 존재하기 때문에, RFID 리더가 전파를 발송하여 RFID 태그 내에 포함된 식별 코드를 읽을 때, 발송된 전파가 다른 RFID 리더에 도달하는 경우가 발생하며 이는 (가)에 도시되어 있다.
또한, RFID 네트워크 내에는 상기한 동작으로 구동되는 RFID 리더가 다수개 존재하기 때문에, 두 RFID 리더가 전파를 발송하여 동일한 RFID 태그 내에 포함된 식별 코드를 읽을 때, 주파수 간섭 현상이 발생하여 RFID 태그 내에 포함된 식별 코드를 읽지 못하는 경우가 발생하며 이는 (나)에 도시되어 있다.
위와 같이, RFID 리더 간 간섭이나, 다수의 RFID 리더가 동일한 RFID 태그에 동시에 접속을 시도하는 경우에 발생하는 충돌하는 문제와 같이, RFID 리더로 발생된 간섭을 통칭하여 RFID 리더 간 충돌이라 한다.
이를 해결하기 위하여, RFID 리더에 랜덤한 타임슬롯을 할당하는 방법과, 간섭현상이 발생하지 않도록 랜덤하게 타임슬롯을 할당하되, RFID 리더에 할당되는 타임슬롯의 수를 최소화하는 방법이 존재한다.
여기서, 전자의 할당방법은 모든 RFID에 각기 다른 타임슬롯을 할당하며, 후자의 할당방법은 간섭현상이 발생한 RFID 리더의 타임슬롯을 변경해가면서 모든 RFID 리더가 간섭현상이 발생하지 않도록 타임슬롯을 할당한다.
그러나, 전자의 할당방법은 각기 다른 타임슬롯을 지정하므로, 타임슬롯의 수가 증가하고, 이에 따른 RFID 리더의 스캔 주기가 길어져 RFID 태그의 이동을 감지하는 성능이 낮아졌으며, 후자의 할당방법은 간섭현상이 발생한 RFID 리더에 랜덤한 타임슬롯을 지정하기 때문에, 동일한 타임슬롯이 랜덤하게 지정될 경우에는 다시 타임슬롯을 지정하여야 하고, 이에 따라 시행착오에 소요되는 시간이 증가하였으며, 최적해를 찾을 수 없는 문제가 발생하는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, TDMA 기반 RFID 네트워크 내 RFID 리더들이 모든 RFID 태그들을 스캔하는 주기를 감소시켜 RFID 태그를 감지하는 성능을 높이기 위한 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치 및 할당방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 RFID 태그를 스캔하는 주기를 감소시키기 위하여, RFID 리더에 할당되는 타임슬롯의 수가 최소화되도록 타임슬롯을 할당하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치 및 할당방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 타임슬롯의 수를 최소화시키기 위하여, 최적해를 빠르게 찾아낼 수 있는 제약 조건을 제공하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치 및 할당방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 RFID 리더 간 간섭에서 발생되는 타임슬롯충돌을 효율적으로 제거하기 위한 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치 및 할당방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 RFID 리더 간 간섭을 제거하면서 최소의 타임슬롯을 빠르게 RFID 리더에 지정하기 위하여, 타임슬롯 충돌방지를 위한 방법으로, 인접한 RFID 리더에 는 동일하지 않고, 연속하지 않은 타임슬롯을 할당하고, 이동하는 RFID 태그를 감지하는 속도를 높이기 위하여 인접한 RFID 리더에는 RFID 태그를 되도록 인접하게 할당하며, 할당되는 타임슬롯을 최소화시켜 스캔 주기를 감소시키고, 이에 따라 이동하는 RFID 태그의 감지율을 높이기 위하여 할당되는 타임슬롯이 최소인 방법을 선택한다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 RFID 네트워크 내 존재하는 RFID 태그를 스캔하는 주기가 짧아져, RFID 태그의 이동 및 변동을 빠르게 감지할 수 있고, 이에 따라 RFID 리더의 감지도가 높아져 정확도 및 신뢰도가 향상되며, 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 동일한 주파수가 단위 시간으로 분할된 타임슬롯을 RFID 태그 내의 식별 코드를 읽어들이는 RFID 리더로 할당하는 장치에 있어서, 상기 RFID 네트워크에 구비된 다수개의 RFID 리더로 상기 RFID 태그와의 통신을 위한 타임슬롯을 할당하는 타임슬롯 할당장치; 상기 타임슬롯 할당장치가 상기 다수개의 RFID 리더로 타임슬롯을 할당하도록 제어하되, 인접한 상기 RFID 리더 간에 동일하지 않고, 연속되지 않은 타임슬롯을 분배하도록 제어하여 상기 RFID 리더 간에 타임슬롯의 충돌이 발생 하지 않도록 제어하는 충돌방지장치; 를 포함한다.
바람직하게는, 상기 충돌방지장치는 이동하는 상기 RFID 태그를 읽어들이기 위하여, 인접한 상기 RFID 리더로 할당된 각 타임슬롯 간격을 최대한 3 개 내지 6 개 이하의 타임슬롯으로 이격되도록 제어한다.
바람직하게는, 상기 충돌방지장치는 시간적인 간섭을 배제하기 위하여, 인접한 상기 RFID 리더로 할당된 각 타임슬롯 간격을 적어도 1 개 내지 4 개 이하의 타임슬롯으로 이격되도록 제어한다.
바람직하게는, 상기 충돌방지장치는 상기 RFID 네트워크 내에 구비된 모든 RFID 리더에 할당된 타임슬롯이 최소가 되도록 한다.
바람직하게는, 상기 타임슬롯 할당장치와 상기 충돌방지장치는 상기 RFID 리더와의 연결을 위한 RFID 인터페이스에 구비된다.
TDMA 기반 RFID 네트워크에서 동일한 주파수가 단위 시간으로 분할된 타임슬롯을 RFID 태그 내의 식별 코드를 읽어들이는 RFID 리더로 할당하는 방법에 있어서, 상기 RFID 네트워크에 구비된 다수개의 RFID 리더로 상기 RFID 태그와의 통신을 위한 타임슬롯을 할당하는 타임슬롯 할당장치가 임의의 RFID 리더로 임의의 타임슬롯을 할당하는 제1 단계; 상기 임의의 RFID 리더와 인접한 RFID 리더에 타임슬롯을 할당하되, 상기 RFID 네트워크 내에 구비된 각 RFID 리더의 시간 간섭을 제거하기 위하여, 충돌방지장치는 상기 임의의 타임슬롯과 동일하지 않고, 연속되지 않은 타임슬롯을 할당하는 제2 단계; 상기 임의의 RFID 리더와 인접한 RFID 리더 간에는 이동하는 상기 RFID 태그를 읽어들이기 위하여, 일정 개수의 타임슬롯으로 이 격되도록 타임슬롯을 할당하는 제3 단계; 를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치가 포함된 TDMA 기반 RFID 네트워크를 개략적으로 도시한 블록구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치가 포함된 TDMA 기반 RFID 네트워크의 구동 과정을 개략적으로 도시한 블록구성도이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치가 포함된 TDMA 기반 RFID 네트워크는 다수개의 RFID 태그(10)와, 상기 RFID 태그(10) 내에 포함된 식별 코드를 읽어들이는 다수개의 RFID 리더(20)와, 상기 RFID 리더(20)가 읽어들인 상기 RFID 태그(10)의 정보를 중앙 서버(40)로 전송하기 위한 RFID 미들웨어(30)와, 상기 RFID 미들웨어(30)로부터 전송된 RFID 태그(10)의 식별 코드를 관리하는 중앙 서버(40)와, 상기 중앙 서버(40)에서 전송된 상기 식별 코드를 저장하는 데이터베이스(50)를 포함하여 구성된다.
여기서, RFID 태그(10)는 사물에 부착되도록 구비되며, 얇은 평면 형태로 이루어지고, 반도체로 제작된 트랜스폰더 칩(Transponder Chip)과, 안테나로 구성되며 수동식 및 능동식으로 제작될 수 있다.
그리고, 수동식으로 제작될 경우에는, 내부 전원 없이 상기 RFID 리더(20)의 전파 신호로부터 에너지를 공급받아 동작하도록 이루어지고, 능동식으로 제작될 경우에는 스스로 동작하기 위하여 전지가 내장되도록 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 RFID 태그(10)는 식별 코드를 내장하고 있어 상기 RFID 태그(10)가 부착된 사물을 식별하도록 하는데, 상기 RFID 태그(10) 내에 저장된 식별 코드와, 상기 식별 코드가 의미하는 내용을 저장한 데이터는 테이블화되어 상기 데이터베이스(50)에 기 저장되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 데이터베이스(50)는 상기 RFID 태그(10)의 식별 코드를 저장할 수 있는 공간이 마련되며, 기 저장된 식별 코드 이외에 새로 읽어들인 식별 코드를 저장할 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 RFID 리더(20)는 상기 RFID 태그(10)로부터 상기 RFID 태그(10)가 부착된 사물을 식별하기 위한 고유 정보인 식별 코드를 읽어들이도록 구성된다.
여기서, 본 발명에 따른 TDMA 기반 RFID 네트워크(1)에서는 동일한 주파수를 단위 시간으로 분할하고, 상기 RFID 리더(20)가 상기 RFID 태그(10)와의 통신을 위하여 분할된 타임슬롯(Time Slot)을 할당받아, 주어진 시간에 주파수를 독점하게 되며, 주어진 시간 동안 상기 RFID 리더(20)와 상기 RFID 태그(10) 간의 통신이 가능해진다.
또한, 상기 TDMA(時分割多重接續, Time Division Multiple Access)는 데이터 통신에서, 하나의 중계기를 매개로 하여 다수의 기지국이 다원접속하며, 동일 주파수 대역을 다수개의 단위 시간으로 분할하여 신호가 겹치지 않도록 상호 통신을 하 는 시분할 다중접속 방식을 일컫는다.
그리고, TDMA는 하나의 중계기로 다원접속할 때, 반송파가 일시에 증폭되어도 1 개파이기 때문에 접속하는 기지국의 수가 증가할지라도, 중계기를 포화 영역에서 동작시킬 수 있으며, 실제 전송할 데이터의 양에 무관하게 한 전송로의 데이터 전송 시간을 분할하여 타임 슬롯으로 나누기 때문에 효율이 낮아질 수 있지만, RFID 네트워크에서는 RFID 태그(10)의 식별 코드만을 전송하기 때문에 효율적으로 적용될 수 있다.
또한, 상기 RFID 미들웨어(RFID Middleware, 30)는 상기 RFID 리더(20)로부터 데이터를 추출하여 수집, 필터링, 정보 간의 병합(Aggregation) 등의 과정을 거쳐 중앙 서버(40)로 전달하는 기능을 가지며, RFID 리더(20)와 같은 ADC(Automatic Data Collection) 장비로부터 데이터를 수집하여 네트워크/어플리케이션에 전달하는 기본적인 ADC 서버의 기능에 RFID의 특성을 접목시킨 것이다.
이때, 상기 RFID 미들웨어(30)가 서버의 기능을 담당하는 경우에는, 상기 중앙 서버(40)가 구비되지 않아도 되며, 데이터베이스(50)가 상기 RFID 미들웨어(30)와 직접 연결되어 상기 RFID 미들웨어(30)로 수집 및 필터링된 데이터를 저장하게 되는 것도 바람직하다.
여기서, 미들웨어(Middleware)는 분산 컴퓨팅 환경에서 서로 다른 기종의 하드웨어나 프로토콜, 통신 환경 등을 연결하고, 이에 따라 응용 프로그램과 그 프로그램이 운영되는 환경 간에 원활한 통신이 이루어질 수 있도록 구비되는 소프트웨어로서, 이기종(異機種) 환경에서 응용 프로그램과 운영환경 간에 통신을 위하여 구비된다.
여기서, 상기 RFID 미들웨어(30)는 상기 RFID 리더(20)와의 연결을 위한 통로를 제공하는 RFID 인터페이스(31)와, 상기 RFID 리더(20)가 상기 RFID 태그(10)와의 통신을 위한 타임슬롯을 할당하고, 각 RFID 리더(20)를 관리하는 RFID 리더 관리부(33)와, 상기 RFID 인터페이스(31)로부터 전달받은 RFID 태그(10)의 식별 코드를 관리하는 RFID 태그정보 관리부(35)와, 상기 식별 코드를 중앙 서버(40)로 전송하기 위한 연결 통로를 제공하는 어플리케이션 인터페이스(37)를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 RFID 리더 관리부(33) 및 RFID 태그정보 관리부(35)는 상기 RFID 인터페이스(31)에 포함되어 상기 RFID 인터페이스(31)가 자체적으로 타임슬롯을 할당하고, 식별 코드를 수집, 필터링, 정보 간의 병합 등을 수행하는 것도 바람직하다.
또한, 상기 RFID 리더 관리부(33)는 동일한 주파수 대역을 단위 시간으로 분할한 타임슬롯을 할당하는 타임슬롯 할당장치(33a)와, 타임슬롯을 상기 RFID 리더(20)로 할당함에 있어 충돌이 발생하지 않도록 구비되는 충돌방지장치(33b)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 타임슬롯 할당장치(33a)는 RFID 네트워크(1)에 구비된 다수개의 RFID 리더(20)로 상기 RFID 태그(10)와의 통신을 위한 타임슬롯을 할당한다.
더불어, 상기 충돌방지장치(33b)는 다수개의 RFID 리더(20)로 타임슬롯을 할당하도록 제어하되, 하기의 3 가지 제약 조건에 의하여 타임슬롯이 할당되도록 제 어한다.
우선, 제약만족문제(Constraint Satisfaction Problem: 이하, CSP 라 칭함)로 접근할 수 있는데, 유한한 도메인을 가지는 유한개의 변수들의 집합과, 상기 도메인과 변수들의 집합 간의 관계를 맺게 하는 조건으로 이루어진다.
즉, 필요한 정보가 부족하여 해석적(解析的) 접근이 불가능한 경우, 얻을 수 있는 범위 내에서 데이터로 가정(假定) 매커니즘을 만들고, 가정 매커니즘 중에서 최적해(最適解)에 근접한 해석을 얻으려는 문제 해결의 기법인 휴리스틱(Heuristic) 기법을 적용하여 문제를 해결하는 방법이다.
본 발명에 의한 다수개의 RFID 리더(20)를 유한개의 도메인을 가지는 유한개의 변수(Variable:V)라 하고, 상기 RFID 리더(20)에 할당되는 유한개의 타임슬롯은 도메인(Domain:D)이라 하며, 상기 RFID 리더(20)와 상기 타임슬롯 간의 관계를 결정하는 조건(Constraint Condition:C)은 제약 조건이라 한다.
이는, 하기 수학식 1로 표현가능하다.
V: RFID 리더 = [R1, R2, R3, ... Rm]
D: 타임슬롯 = [ts1, ts2, ts3, ts4....tsn]
C: 제약 조건
여기서, R 은 RFID 리더를 나타내고, ts는 타임슬롯을 나타내며, m 은 RFID 리더(20)의 개수를 의미하며, n 은 타임슬롯의 개수를 나타낸다.
그리고, 제약 조건 중 첫번째 제약 조건은 하기 수학식 2 와 같다.
Figure 112007068948770-pat00001
이는, 타임슬롯이라는 도메인을 가지는 변수들의 집합인 RFID 리더(20)는 두 개의 RFID 리더(20)가 거리상으로 충분히 멀리 떨어져 있어 상호간에 전파 간섭이 발생하지 않는 한, 동일한 타임슬롯을 이용할 수 없는 제약 조건을 나타낸다.
그리고, 제약 조건 중 두번째 제약 조건은 하기 수학식 3과 같다.
Figure 112007068948770-pat00002
이는, 인접한 RFID 리더(20)에 할당된 타임슬롯 간에는 시간적으로 간섭이 발생할 수 있으므로, 연속되지 않은 타임슬롯을 선택하여 반사파 또는 시간지연으로 인한 전파로 간섭이 발생되지 않도록 제한하는 조건을 나타낸다.
예를 들면, 임의의 RFID 리더(20, Ri)에 0초부터 0.4초까지의 타임슬롯인 ts1이 할당되고, 임의의 RFID 리더(20, Rj)와 인접한 RFID 리더(20, Rj)에 0.4초부터 0.8초까지의 타임슬롯인 ts2가 할당되는 경우에는 임의의 RFID 리더(20, Ri)가 0초부터 0.4초동안 해당 RFID 태그(10)와 통신을 하고, 0.4초부터 0.8초까지 인접한 RFID 리더(20, Rj)가 해당 RFID 태그(10)와 통신을 한다.
위와 같은 경우에는, 임의의 RFID 리더(20, Rj)와 RFID 리더(20, Rj)는 인접하여 있기 때문에, 시간 지연이 발생하여 임의의 RFID 리더(20, Rj)가 0초부터 0.5초까지 해당 RFID 태그(10)를 읽어들일 경우, 인접한 RFID 리더(20, Rj)가 0.4초부터 0.8초까지 해당 RFID 태그(10)를 읽어들여 0.4초부터 0.5초까지 동일한 주파수 대역을 사용하는 RFID 리더(20)가 인접하여 존재하고, 이에 따라 시간적으로 간섭이 발생하므로 인접한 RFID 리더(20)는 연속된 타임슬롯을 사용하는 것을 제한하는 것이다.
바람직하게는, 상기 타임슬롯이 연속되지 않도록 각 타임슬롯 간 존재하는 타임슬롯의 수를 1 개(d≒2)로 정의하였지만, 각 타임슬롯 간 존재하는 타임슬롯의 수는 4 개(d≒5)까지 이용가능하다.
그리고, 제약 조건 중 세번째 제약 조건은 하기 수학식 4와 같다.
Figure 112007068948770-pat00003
이는, TDMA를 기반으로 타임슬롯을 할당하는 데 요구되는 조건으로서, 인접한 RFID 리더(20) 간에는 되도록 근접한 타임슬롯을 할당하도록 제어해야 한다는 제약 조건이다.
즉, 인접한 RFID 리더(20) 간에 발생할 수 있는 시간적인 간섭을 배제하기 위하여 연속된 타임슬롯을 할당해서도 안되지만, RFID 태그(10)가 이동중일 경우에, 이동 속도가 RFID 리더(20)가 할당받은 타임슬롯 내에 스캔할 수 없을만큼 빠르다면, 인접한 두 개의 RFID 리더(20)는 상기 RFID 태그(10)의 식별 코드를 읽어들이지 못하게 된다.
따라서, 통상적인 RFID 태그(10)가 부착된 사물 또는 동물의 이동 속도를 고려하여 단위 시간을 분할하고, 분할된 타임슬롯을 인접한 RFID 리더(20)에 할당할 때, 되도록 근접하게 할당해야 한다는 제약 조건을 고려한다.
예를 들면, 타임슬롯이 0.4 초 단위로 분할되어 존재하고, 임의의 RFID 리더(20, Rj)에 0초부터 0.4초까지의 타임슬롯 ts1이 할당되었다면, 임의의 RFID 리더(20, Rj)와 인접한 RFID 리더(20, Rj)에는 최대한 1.2초부터 1.6초까지의 타임슬롯 ts4가 할당되어야 하고, 이에 따라 임의의 RFID 리더(20, Rj)를 지나던 RFID 태그(10)가 0초부터 0.4초 동안에는 이동속도로 인하여 읽히지 못하였더라도, 인접한 RFID 리더(20, Rj)가 상기 RFID 태그(10)를 1.2초부터 1.6초 사이에는 읽도록 하는 것이다.
바람직하게는, 상기 타임슬롯의 할당으로 인접한 RFID 리더(20) 간에는 가까운 타임슬롯을 할당하도록 각 타임슬롯 간 존재하는 타임슬롯의 수를 3 개(e≒4)로 정의하였지만, 각 타임슬롯 간 존재하는 타임슬롯의 수는 6 개(e≒7)까지 이용가능하다.
상기 제약 조건 3 가지로 할당된 다양한 경우 중에서, RFID 네트워크(1)에 할당된 타임슬롯의 수가 최소인 할당 방법으로 RFID 리더(20)에게 타임슬롯을 할당하게 되는데, 이는 하기 수학식 5와 같다.
Figure 112007068948770-pat00004
여기서, n 은 RFID 네트워크(1)에 할당된 타임슬롯의 개수이며, Occured()는 타임슬롯의 사용 여부를 판단하는 함수를 나타내는데, 각각의 경우에서 사용된 타임슬롯의 수가 최소(min)가 되는 경우의 할당 방법에 따라 타임슬롯을 할당하고자 하는 것이 목적이다.
즉, RFID 네트워크(1) 내에 존재하는 모든 RFID 리더(20)에 할당된 타임슬롯의 수가 최소라는 의미는, RFID 네트워크(1)에 존재하는 모든 RFID 리더(20)가 RFID 태그(10)의 식별 코드를 읽어들이는 데 걸리는 시간이 최소라는 의미이므로, RFID 네트워크(1) 내에 존재하는 RFID 태그(10)를 스캔하는 주기가 짧아지고, 이에 따라 빠른 주기율로 인해 RFID 태그(10)의 이동 및 변동을 감지할 수 있으며, 스캔의 정확도가 높아지게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치는 RFID 태그(10)의 이동 및 변동 감지율이 높아지고, 성능을 향상시킬 수 있도록 이루어진다.
도 4a는 본 발명에 따른 타임슬롯 할당장치 및 충돌방지장치가 RFID 관리부에 포함된 실시예를 개략적으로 도시한 블록구성도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 타임슬롯 할당장치 및 충돌방지장치가 RFID 인터페이스에 포함된 실시예를 개략적으로 도시한 블록구성도이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치는 RFID 관리부(33)에 포함될 수도 있고, RFID 인터페이스(31)에 포함되어 이루어질 수도 있다.
여기서, 3 가지의 제약 조건에 따라 RFID 네트워크(1) 내에 존재하는 RFID 리더(20)에 타임슬롯을 할당하면, 할당된 타임슬롯 동안 해당 주파수를 독점하여 해당 RFID 태그(10)와 통신을 한다.
이에 따라, 해당 RFID 태그(10)는 해당 RFID 리더(20)로 상기 RFID 태그(10)가 부착된 사물 또는 동물을 식별할 수 있는 식별 코드를 전송하고, 이에 따라 RFID 미들웨어(30)는 상기 정보를 수집, 필터링 등의 과정을 거쳐 중앙 서버(미도시)로 전송하게 된다.
도 5a는 본 발명에 따른 타임슬롯을 개략적으로 도시한 도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치가 RFID 리더로 타임슬롯을 할당하는 조건을 개략적으로 도시한 블록도이며, 도 5c는 도 5b의 타임슬롯 할당조건에 따라 타임슬롯을 할당한 실시예를 도시한 도이다.
도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 타임슬롯은 동일한 주파수 대역을 다수의 RFID 리더(20)가 공유할 수 있도록, 동일한 주파수 대역을 단위 시간을 분할한 타임슬롯으로 분할한다.
그리고, 상기 수학식 2, 수학식3 및 수학식 4 에서 도시된 타임슬롯 충돌방지 및 거리상 제약 조건에 의해 타임슬롯을 분배하되, 상기 수학식 5 에서 도시된 바와 같이, 최소의 타임슬롯이 분배되도록 타임슬롯을 분배한다.
또한, 도 5c의 (가)는 수학식 2에 따른 첫번째 제약 조건을 만족하지 않았을 경우와, 만족한 경우를 나타내는데, (X) 로 도시된 할당방법을 보면 동일한 타임슬롯을 인접한 RFID 리더(20, R1, R2)로 분배하는 경우를 나타내며, (O)로 도시된 할당방법을 보면 동일한 타임슬롯을 인접한 RFID 리더(20, R1, R2)로 분배하지 않은 경우를 나타낸다.
그리고, 도 5c의 (나)는 수학식 3에 따른 두번째 제약 조건을 만족하지 않았을 경우와, 만족한 경우를 나타내는데, (X) 로 도시된 할당방법을 보면 연속한 타임슬롯을 인접한 RFID 리더(20, R1, R2)에게 분배하는 경우를 나타내며, (O)로 도시 된 할당방법을 보면 연속한 타임슬롯을 인접한 RFID 리더(20, R1, R2)로 분배하지 않은 경우를 나타낸다.
더불어, 도 5c의 (다)는 수학식 4에 따른 첫번째 제약 조건을 만족하지 않았을 경우와, 만족한 경우를 나타내는데, (X) 로 도시된 할당방법을 보면 근접한 타임슬롯을 인접한 RFID 리더(20, R1, R2)로 분배하지 않는 경우를 나타내며, (O)로 도시된 할당방법을 보면 근접한 타임슬롯을 인접한 RFID 리더(20, R1, R2)로 분배한 경우를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당방법은 다음과 같이 시작한다.
우선, 임의의 타임슬롯(tsi)을 임의의 RFID 리더로 할당한다(S10).
그리고 나서, 임의의 RFID 리더와 인접한 RFID 리더에 상기 타임슬롯(tsi)과는 동일하지 않고, 상기 RFID 네트워크 내에 구비된 각 RFID 리더의 시간 간섭을 제거하기 위하여, 연속되지 않은 타임슬롯을 할당한다.
여기서, 상기 임의의 RFID 리더와 인접한 RFID 리더 간에는 이동하는 상기 RFID 태그를 읽어들이기 위하여, 일정 개수의 타임슬롯이 구비되도록 타임슬롯을 할당한다(S20).
그리고 나서, RFID 네트워크 내에 모든 RFID 리더로 타임슬롯을 할당하였는지의 여부를 묻고(S30), 모든 RFID 리더로 타임슬롯이 할당되었으면 할당방법에 대한 다수개의 경우 중에, 할당된 타임슬롯의 개수가 최소인 할당방법을 선택한다(S40).
상기 단계(S30)에서 모든 RFID 리더로 할당이 되지 않았으면, RFID 네트워크 내의 모든 RFID 리더로 타임슬롯이 할당되도록 상기 단계(S20)로 복귀하여 할당한다.
마지막으로, 상기 단계(S40)에서 선택된 할당방법을 이용하여 RFID 네트워크에 존재하는 모든 RFID 리더로 타임슬롯을 할당한다(S50).
도 7은 본 발명에 따른 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당방법에 따른 실시예를 도시한 도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당방법에서 RFID 리더(R1)에 타임슬롯(ts1)을 할당한다(①).
그리고 나서, 상기 RFID 리더(R1)와 인접한 RFID 리더(R2, R4, R5)에 타임슬롯을 분배하되, 상기 수학식 2, 수학식 3 및 수학식 4에 따라 타임슬롯(ts3, ts4, ts5) 중 하나를 선택하여 할당한다(②).
그리고, RFID 리더(R2, R4, R5)에 인접한 RFID 리더(R3, R6, R7, R8, R9)에 타 임슬롯을 분배하되, 상기 수학식 2, 수학식 3 및 수학식 4에 따른 제약 조건을 전제로 선택하고, 이를 할당한다(③).
여기서, RFID 리더(R2, R4, R5)가 타임슬롯(ts3, ts4, ts5) 를 각각 어떻게 선택했는지에 따라 경우의 수가 발생하고, RFID 리더(R3, R6, R7, R8, R9)가 타임슬롯을 각각 어떻게 선택했는지에 따라 경우의 수가 발생한다.
그래서, 각각의 경우의 수에 할당되는 총 타임슬롯의 수가 최소인 할당방법으로 타임슬롯을 RFID 리더로 할당하고, 최소의 스캔 주기를 가지고 RFID 태그를 감지할 수 있도록 이루어진다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허 청구 범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
도 1은 RFID 네트워크에서 발생하는 RFID 리더 간 간섭 및 RFID 리더와 태그 간 간섭을 도시한 도.
도 2는 본 발명에 따른 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치가 포함된 TDMA 기반 RFID 네트워크를 개략적으로 도시한 블록구성도.
도 3은 본 발명에 따른 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치가 포함된 TDMA 기반 RFID 네트워크의 구동 과정을 개략적으로 도시한 블록구성도.
도 4a는 본 발명에 따른 타임슬롯 할당장치 및 충돌방지장치가 RFID 관리부에 포함된 실시예를 개략적으로 도시한 블록구성도.
도 4b는 본 발명에 따른 타임슬롯 할당장치 및 충돌방지장치가 RFID 인터페이스에 포함된 실시예를 개략적으로 도시한 블록구성도.
도 5a는 본 발명에 따른 타임슬롯을 개략적으로 도시한 도.
도 5b는 본 발명에 따른 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치가 RFID 리더로 타임슬롯을 할당하는 조건을 개략적으로 도시한 블록도.
도 5c는 도 5b의 타임슬롯 할당조건에 따라 타임슬롯을 할당한 실시예를 도시한 도.
도 6은 본 발명에 따른 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당방법을 개략적으로 도시한 흐름도.
도 7은 본 발명에 따른 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당방법에 따른 실시예를 도시한 도.
<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명>
1: TDMA 기반 RFID 네트워크 10: RFID 태그
20: RFID 리더 30: RFID 미들웨어
31: RFID 인터페이스 33: RFID 리더 관리부
33a: 타임슬롯 할당장치 33b: 충돌방지장치
35: RFID 태그정보 관리부 37: 어플리케이션 인터페이스
40: 중앙 서버 50: 데이터베이스

Claims (15)

  1. TDMA 기반 RFID 네트워크에서 동일한 주파수가 단위 시간으로 분할된 타임슬롯을 RFID 태그 내의 식별 코드를 읽어들이는 RFID 리더로 할당하는 장치에 있어서,
    상기 RFID 네트워크에 구비된 다수개의 RFID 리더로 상기 RFID 태그와의 통신을 위한 타임슬롯을 할당하는 타임슬롯 할당장치;
    상기 타임슬롯 할당장치가 상기 다수개의 RFID 리더로 타임슬롯을 할당하도록 제어하되, 인접한 상기 RFID 리더 간에 동일하지 않고, 연속되지 않은 타임슬롯을 분배하도록 제어하여 상기 RFID 리더 간에 타임슬롯의 충돌이 발생하지 않도록 제어하는 충돌방지장치;
    를 포함하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 충돌방지장치는 이동하는 상기 RFID 태그를 읽어들이기 위하여, 인접한 상기 RFID 리더로 할당된 각 타임슬롯 간격을 최대한 3 개 내지 6 개 이하의 타임슬롯으로 이격되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 충돌방지장치는 시간적인 간섭을 배제하기 위하여, 인접한 상기 RFID 리더로 할당된 각 타임슬롯 간격을 적어도 1 개 내지 4 개 이하의 타임슬롯으로 이격되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 충돌방지장치는 상기 RFID 네트워크 내에 구비된 모든 RFID 리더에 할당된 타임슬롯이 최소가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 타임슬롯 할당장치와 상기 충돌방지장치는 상기 RFID 리더와의 연결을 위한 RFID 인터페이스에 구비되는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 RFID 인터페이스는 상기 RFID 리더를 제어하고, 상기 RFID 리더에서 읽어들인 상기 RFID 태그의 식별 코드를 수집하는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 타임슬롯 할당장치와 상기 충돌방지장치는 상기 RFID 리더와의 연결을 위한 RFID 인터페이스를 통하여 입력된 상기 RFID 리더의 정보를 이용하여 각 RFID 리더로 타임슬롯을 할당하는 RFID 리더 관리부;
    가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 RFID 인터페이스는 상기 RFID 리더와, 상기 RFID 리더 관리부가 포함된 RFID 미들웨어 내의 각 구성 요소와의 연결을 위하여 구비되는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 RFID 미들웨어는
    상기 RFID 리더와 상기 RFID 미들웨어 내의 각 구성 요소와의 연결을 위하여 구비되는 RFID 인터페이스;
    상기 RFID 인터페이스를 통하여 연결되어 상기 RFID 리더에게 통신을 위한 타임슬롯을 충돌되지 않도록 할당하는 RFID 리더 관리부;
    상기 RFID 인터페이스를 통하여 연결되어, 상기 RFID 리더가 읽어들인 상기 RFID 태그의 식별 코드를 수집 및 관리하는 RFID 태그 정보 관리부;
    상기 RFID 미들웨어와 상기 RFID 네트워크를 제어하는 중앙 서버와의 연결을 위하여 구비되는 어플리케이션 인터페이스;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 RFID 리더와 인접한 각 RFID 리더 간에는 RFID 리더가 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당장치.
  11. TDMA 기반 RFID 네트워크에서 동일한 주파수가 단위 시간으로 분할된 타임슬롯을 RFID 태그 내의 식별 코드를 읽어들이는 RFID 리더로 할당하는 방법에 있어서,
    상기 RFID 네트워크에 구비된 다수개의 RFID 리더로 상기 RFID 태그와의 통신을 위한 타임슬롯을 할당하는 타임슬롯 할당장치가 임의의 RFID 리더로 임의의 타임슬롯을 할당하는 제1 단계;
    상기 임의의 RFID 리더와 인접한 RFID 리더에 타임슬롯을 할당하되, 상기 RFID 네트워크 내에 구비된 각 RFID 리더의 시간 간섭을 제거하기 위하여, 충돌방지장치는 상기 임의의 타임슬롯과 동일하지 않고, 연속되지 않은 타임슬롯을 할당하는 제2 단계;
    상기 임의의 RFID 리더와 인접한 RFID 리더 간에는 이동하는 상기 RFID 태그를 읽어들이기 위하여, 일정 개수의 타임슬롯으로 이격되도록 타임슬롯을 할당하는 제3 단계;
    를 포함하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제3 단계의 일정 개수는 3 개 내지 6 개 이하인 것을 특징으로 하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제3 단계는
    상기 RFID 네트워크 내에 구비된 모든 RFID 리더에 타임슬롯을 할당할 때까지 상기 2 단계 및 제3 단계를 반복하는 과정;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 충돌방지장치는 상기 RFID 네트워크 내에 구비된 모든 RFID 리더에 할당된 타임슬롯이 최소가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 단계의 연속되지 않은 타임슬롯은
    상기 임의의 RFID 리더와 인접한 RFID 리더에 할당된 타임슬롯 간에 시간적 인 간섭을 배제하기 위하여, 적어도 1 개 내지 4 개 이하의 타임슬롯으로 이격된 타임슬롯인 것을 특징으로 하는 TDMA 기반 RFID 네트워크에서 타임슬롯 충돌방지를 위한 타임슬롯 할당방법.
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