Sensor Network using RFID TechnologyC7%A5%C3%B... · 2012-05-06 · 4 물품 등 관리할...

Sensor Network using RFID Technology

2004. 6. 23.

표 철 식([email protected])

RFID기술연구팀

2

I. U-센서 네트워크 기술 개요

II. RFID 표준화 동향

III. RFID 핵심 기술

IV. RFID and SensorSensor

V. Sensor NetworksSensor Networks

목목 차차

3

1.1. RFID RFID 서비스서비스 개념개념

2. USN 기술 개요

3. USN 태그 발전 전망

I. U-센서 네트워크 기술 개요

4

물품 등 관리할 사물에 아주 작은 전자태그를 부착하고 전파를 이용하여 사물의 정보/ID 및 주변 환경정보를 자동으로 추출하고 유무선 통신망에 연결하여

우리 생활의 모든 분야 즉, 식료품으로부터 축산물 관리, 폐기물 관리, 환경관리, 물류•유통, 보안 등의 영역까지 정보화를 침투•확산시켜 비즈니스에 대변혁을 가져오고, 삶의 질을 획기적으로 개선시키는 서비스

1. 1. RFID RFID 서비스서비스 개념개념

환경 : 공해감시, (자연)재해관리

병원: 환자 관리

홈 네트워크

교통 : 텔레매틱스ITS시스템, 교통요금

물류/유통 : SCM, 재고관리쇼핑센터 : 자동계산대

USN

동물관리

환경 : 공해감시, (자연)재해관리

병원: 환자 관리

홈 네트워크

교통 : 텔레매틱스ITS시스템, 교통요금

물류/유통 : SCM, 재고관리쇼핑센터 : 자동계산대

USNUSN

동물관리

5

모든 사물에 전자태그를 부착하여 무선으로 사물과 환경 정보를 수집하고 Network을 통하여 실시간 정보를 구축하여 사물 정보화, BcN과 통합되어 Ubiquitous Network 실현

2. 2. USN USN 인프라인프라 개요개요

BCN

2단계 : 이력 관리2nd Step : Read & Write(~2005)

센싱형Tag

센싱형Tag

Tag with memory

Tracking the origin

센싱형Tag

센싱형Tag

SensingTag

3rd Step : Sensing(~2006)

Sensing & Control

USN

Products

Identifying product code

센싱형Tag센싱형TagPassiveTag

1st Step:Read only(~2004)

Broadband peer to peer communication

4th Step : Communicating(~2008)

USN

RFID 태그/리더

PDA

모 든 사 물 에 전 자 태 그 부 착

사 물 정 보 및 환 경 정 보 까 지 감 지

네 트 워 크 에 연 결 하 여 실 시 간 관 리

U biqui tousU biqui tous

S ensorS enso r

N etworkN etwork

6

USN은 초기에 전자태크를 이용 개체를 식별하는 단계에서 센싱 기능을 부가하여 환경정보를 동시에 취득하는 단계를 거쳐 태그 상호간 통신을 통하여 Adhoc Network을 구축하고 기능이 적은 다른 태그를 제어하는 단계로 발전

(인식기능 위주) (지능형 자율 센서망)(센싱 기능 융합)

이력 관리이력 관리

전자태그간 통신전자태그간 통신

전자태그 제어전자태그 제어

ID 인식ID 인식

(Ad-hoc network)

(Sensing)

(Read/Write)

(Read)

(Control)

환경정보센싱환경정보센싱

3. 3. USN USN 태그의태그의 발전발전 단계단계

7

1.1. RFID RFID 주파수주파수 이용이용 현황현황

2. ISO/IEC JTC1 SC31 표준화 동향

3. EPCglobal 표준화 동향

II. RFID 표준화 동향

8

1. 1. RFID RFID 주파수주파수 이용이용 현황현황

13.56Mhz(ISO 18000-3)

433.92MHz(ISO 18000-7)

2.45GMhz(ISO 18000-4)

125KHz,134KHz

국내외 사용중국내외 사용중

(ISO 18000-2)미국, 유럽 사용중 국외 사용중

출입통제/보안 교통카드출입통제/보안 교통카드

Passport, ID card RFID chip

POST CARD

Invitation forHitachi Exhibition 2002

(ISO 18000-6)미국 사용중

860MHz~960MHz

유통.물류

전세계 표준화 추진 중

Tire Pressure Sensor

수동형수동형 수동형 수동/능동형

컨테이너

동물관리 물류창고, 제품유통

저속 고속

강함 민감

인식 속도

환경 영향

대형 소형태그 크기

주파수 대역별 이용 현황

9

2. 2. ISO/IEC ISO/IEC 표준화표준화 동향동향

ISO/IEC JTC1: ISO와 IEC의 합동기술위원회로 IT에 대한 기술 표준화JTC1 SC 31: 자동식별 및 데이터 수집 기술 (AIDC: Automatic Identification and Data Capture Techniques) 표준화: 한국(산자부 기술표준원) 등 31개국이 member로 활동ISO/IEC 내부 및 외부 기관과의 협력 체계(Liaison) 구축

SC2문자 코드

SC17ID 카드

SC28사무 기기

SC32데이터 관리

SC37생물 측정

TC68매장 관리

TC122포장

TC23농업,동물

TC20항공,우주

TC104항공 컨테이너

CEN

AIM (자동 인식/이동 협회)

EAN

UPU(우편연합)

IATA(국제항공운송조합)

ITU-R

ETSI

10

물품 관리에 대한 RFID (RFID for Item Management) : RFID

Air Interface, 데이터 구문, UID, 응용조건 등의 표준화WG4

적합성(Conformance) : 자동식별 및 데이터 수집 기술을 위한

사례 평가 요구의 표준화로서 테스트 방법론 및 테스트 명세를

포함

WG3

데이터 구조(Data Structure) : 자동식별 및 데이터 수집의

프로세스를 위한 데이터 구조의 표준화. WG2

데이터 캐리어(Data Carrier) : 1차원 및 2차원 바코드 심볼에

대한 데이터 캐리어 명세서 및 관련 문서의 개발WG1

역 할구 분


11

Host Reader TAG

PhysicalInterrogator

Data ProtocolProcessor

Command/Response

Unit

Logical Memory

TagDriverAnd

MappingRules

Encoder

Decoder

Logical MemoryMap

Tag Physical Memory

APPLICATIONCOMMANDS

APPLICATIONRESPONSES

COMMANDS

RESPONSES

AIRINTERFACE

#ISO/IECTR18001(TR):ARP

ARP

SG1 SG1 SG1 SG3

#ISO/IECTR15963(FCD)Unique ID

SG2

ISO/IEC 15961Host Interrogator TagFunctional Commands andOther syntax features(CD)

ISO/IEC 15962Data Syntax(CD)

ISO/IEC 15962Annexes

ISO/IEC 18000-1,2,3,4,6,71. Generic(FDIS) 4. 2.4GHz(FDIS)2. Below 135kHz(FDIS) 6. 860-960MHz(FDIS)3. 13.56MHz(FDIS) 7. 433MHz(FDIS)

※2.표준화진행단계: NPàCDàFCDàFDISàIS※1.출처: ISO/IEC JTC1/SC31/WG4

응용


12

ISO/IEC JTC1 SC31(AIDC: Automatic Identification and Data Capture Techniques)은 실질적으로 미국이 주도

Air Interface를 정의한 ISO 18000-1, 2, 3, 4, 6, 7은 FDIS(Final Draft International Standard)로 완성 단계

860 – 960 MHz 표준인 ISO 18000–6의 A, B는 사용되지 않는 De juro 표준이 될가능성이 높고 EPCgloal Class 1, 특히 UHF Generation 2(Class 1, Ver.2)가 De facto 표준으로 자리 잡고 있어 ISO 18000-6 C로 채택될 가능성이 높음

RFID의 Applications을 표준화하는 ARP는 앞으로 활발한 활동이 기대됨

RTLS(Real Time Locating Service), UWB, Business Plan 등 Add Hoc Group 활동개시

RFID의 활성화를 기대하기 위하여 ISO/IEC JTC SC 위원회간의 Liaison 및 ITU-R, ETSI 등 국제 표준화 기구와의 Liaison을 추진

UPU, IATA, AIM 등 사용자 협회와의 Liaison 추진


13

3. 3. EPCglobal EPCglobal 표준화표준화 동향동향

1999년 10월 1일 MIT AutoID 센터 설립Ø UCC(Uniform Code Council), Gillette, Procter, Gamble 사 등이 출원

2003년 MIT를 중심으로 한 연구그룹인 AutoID Lab 과 UCC, EAN을 중심으로 한 상용화그룹인 EPCglobal로 분리EPCglobal의 업적

Ø Software components 정의

§ Object Naming Service (ONS)

§ Savant

§ Product Markup Language (PML)

Ø Air interface 프로토콜 표준화

§ 860 - 930 MHz : De facto 표준

§ 13.56 MHz

Ø Supply chain impact studies

Ø Field trials

Ø Intellectual Property

14


15

Standards and ProjectsØ EPCglobal 1 – EPC Tag Data Specification – SAG – Version 1.24 – Later slideØ EPCglobal 2 – 900 MHz Radio Frequency (RF) Identification Tag Specification (Class 0) –

Candidate recommendationØ EPCglobal 3 – 13.56 MHz ISM Band Class 1 Radio Frequency (RF) Identification Tag

Interface Specification (Class 1) – Candidate recommendationØ EPCglobal 4 – 860 MHz - 930 MHz Class I Radio Frequency (RF) Identification Tag Radio

Frequency & Logical Communication Interface Specification (Class 1 Version 1) HAG –Candidate recommendation

Ø EPCglobal 5 – OID Radio Frequency Identity Protocols – Generation 2 Identity Tag (Class 1): Protocol for Communications at 860 MHz – 960 MHz (Generation 2) – HAG

Ø EPCglobal 6 – Reader Protocol – SAGØ EPCglobal 7 – Savant Specification – SAGØ EPCglobal 8 – Physical Markup Language (PML) Core Specification, XML Schema and

Instance Files – SAGØ EPCglobal 9 – Object Name Service (ONS) Specification – SAG

ScheduleØ Interim conference calls and webinarsØ 27-28 May 2004 - HAG - Anaheim, CAØ 28 September - 1 October 2004 - Baltimore, MD: UHF Generation 2 표준화 완료 예정


16

EPC 식별 처리 흐름도


17(Source: Auto-ID Center)


18

1.1. RFID RFID 시스템시스템 기술기술

2. 리더의 주파수 선택 기술

3. Backscatter 통신 기술

4. 태그 충돌방지 알고리즘 기술

5. 태그/리더 통신 기술

6. Chipless 태그 기술

III. RFID 핵심 기술

19

900 MHz 대 RFID 기술은 전원이 없는 저가의 수동 태그를 이용하여 10 m 까지의 비교적긴 인식 거리를 갖기 때문에 물류, 유통, 의.약품 관리, 군사 등에 폭 넓게 활용이 예상되는중요한 기술임태그, 리더, 미들웨어, 응용서비스 플랫폼 등으로 구성되며 유.무선망을 이용하여 네트워크이 구성됨

1. 1. RFID RFID 시스템시스템 기술기술: : 개요개요

BcNBiz.

System(SW,HW)

Reader

Antenna

TAG

Antenna

� TAG 활성화수신전파로 에너지 공급

� TAG로 전파발신

�반사전파에 TAG정보 포함(Modulated Reflection)

ONC,Savant,PML

TagAir InterfaceReaderNetworkIdentificationBiz. Application

BcNBiz.

System(SW,HW)

Reader

Antenna

TAG

Antenna

� TAG 활성화수신전파로 에너지 공급

� TAG로 전파발신

�반사전파에 TAG정보 포함(Modulated Reflection)

ONC,Savant,PML

TagAir InterfaceReaderNetworkIdentificationBiz. Application

20

<안테나 분리형 UHF 대역 Tag>

- PENI Tag -

<저주파수 대역 Tag>

- Alien Technology -

<안테나 일체형 초소형 센싱 Tag>

<초소형 뮤칩 >

- Hitachi -

칩

안테나

1. 1. RFID RFID 시스템시스템 기술기술 : : 태그태그

저 가격: 칩의 소형화, 칩 제작/배열 공정의 자동화 (Alien사의 FSA, Matrics사의 PICA 등), 안테나의 저가화, 칩/안테나 조립 공정의 자동화, 물품 부착 공정의 자동화 등v UHF의 경우 현재 10 센트 수준이나 5센트(2006년), 1센트(2010년) 수준

인식 거리(수동형): Rectenna(Rectifier/Antenna) 기술, 낮은 소모 전력, FeRAM 등 메모리안테나: 부착 물질의 특성을 고려한 고효율 소형 안테나, 칩 내장형 안테나, 무 편파형(Matrics 사의 Dual Chip 등)센서 기능: 온도/습도/압력 등 저가형 센서, 센서 내장형 칩 등

21

Demodulator

Voltage Multiplier

Phase Modulator

Clock Generator

전형적인 UHF 태그 칩의 구조

UHF 태그 칩Ø EPC C0: 미 Matrics, 미 Impinj, EPC C1: 미 Alien, 프 ST Micro, 네 Phillips(EPC1.19), Ø ISO 18000-6 EM Micro(A), Intermec(B)

1. 1. RFID RFID 시스템시스템 기술기술 : : 태그태그 칩칩

22

<Desk Top 형> <PC/PDA Card 형> <Handheld 형> <Gate형>

리더의 형태: Gate 형, Desk-Top, Handheld, PC/PDA 장착 카드형, 단말기 내장 형 등멀티 밴드/멀티 프로토콜 리더: 초기에는 다양한 Tag가 존재, 경우에 따라 Bar Code 지원태그 인식률: 고속 리딩, 충돌 회피 기법, 빔 제어 안테나 기술 등환경 적응 형: 편파 및 전파 전파 영향 감소 기법 등소형화: SoC, 내장형 안테나, 저전력 소모 기술, 단말기 내장Upgrade 가능한 구조: SDR(Software Defined Radio) 기술 등

1. 1. RFID RFID 시스템시스템 기술기술 : : 리더리더

23

1. 1. RFID RFID 시스템시스템 기술기술: : 자동식별자동식별 미들웨어미들웨어

ApplicationLayer

MiddlewareLayer

ReaderLayer

자동식별 엔진 자동식별 엔진

- 리더 모니터링- 태그 데이터 필터링- 태그 데이터 로깅- M/W & App.통신- 태스크 관리- 로컬 네이밍 서비스- 실시간 BP 연동- 규칙 정의, 해석, 처리- Visual BP 모델러

Telemetics- ITS, Navigation, ...

Environment- TMS, Monitoring, ...

……

……

……Alien

Reader

상호연동 상호연동

상호연동정보 교환

상호연동정보 교환

데이터 수집 데이터 수집

Legacy Systems- ERP, CRM, SCM, ...

실시간BP연동시스템

전자태그정보관리시스템

ONS시스템

이벤트로깅DB



ONS시스템

이벤트로깅DB

자동식별 엔진



ONS시스템

이벤트로깅DB

ETRIReader 기타

SD

D A TA X

iZ 9200S D R DP O RT A

S D R DP O R T B

A

ON L IN E

B

BWD - E N TE R

P O RT S E L D IS C DA T A

+

SD

데이터 수집

ReaderAdapter

ReaderAdapter

ReaderAdapter

- 태그 데이터 저장/관리- M/W & M/W 통신- Orchestration Engine- Orchestration Monitor

24

1. 1. RFID RFID 시스템시스템 기술기술: : 데이터데이터 관리관리 구조구조

25

RFID 리더/태그 블록도

리더 태그

f1

f1

Demodula tor

clk

Power Detector/Vo l tage Mult ipl ier

Antenna

Backscatter Modu la to r

data

data

VDD

Control Logic

EEPROM

칩

Modulator

Demodulator

BPF

BPF

PLL발진기

Baseband&

Processor

1. 1. RFID RFID 시스템시스템 기술기술 : : 블록도블록도

26

2. 2. 리더의리더의 주파수주파수 선택선택 기술기술: : 주파수주파수 호핑호핑

§ 각 리더는 0.4초 이하 간격으로 호핑 패턴 주파수를 랜덤하게 발생시킴§ 여러 개의 리더 사용시 리더가 동일한 채널 주파수를 발생시킬 수 있으므로 주파수 간섭 발생§ 호핑 채널 수가 많을 경우 충돌 확률이 적으나 우리나라 처럼 채널 수가 적을 경우

리더 주파수간 충돌 확률이 증가하여 RFID 시스템 성능이 저하될 수 있음.§ 우리나라 처럼 채널 수가 적을 경우 타 서비스와 주파수 공유시 간섭 영향이 크므로 공유 불가능§ 보통 채널 수가 50개 이상으로 많을 경우 사용하며 이경우는 타서비스와 공유도 가능

.

.

....

Channel #1 (f1)

Channel #2 (f2)

Channel #N (fn)

Reader #1

Reader #2

Reader #M

.

.

.

0.4초이하 Step으로 호핑 주파수 발생 여러 리더에 의해 충돌 발생

0.4 sec 20 sec(50 채널시)

250~500 kHz

26 MHz

…

.

.

.

27

2. 2. 리더의리더의 주파수주파수 선택선택 기술기술: : AFA with LBTAFA with LBT

.

.

.

.

.

.

Channel #1 (f1)

Channel #2 (f2)

Channel #N (fn)

Reader #1

Reader #2

Reader #M

.

.

.

리더 #1은 채널 #1 신호 센싱하여 미사용 중이면 채널 #1 선택

리더 #2는 채널 #1 신호 센싱하여 사용중일 경우 채널 #2 신호 센싱하여 미사용중이면 채널 #2 선택

센싱선택

센싱

선택

센싱센싱

선택

리더 #M은 채널 #1, #2 신호 센싱하여 사용중일 경우 채널 #N 신호 센싱하여 미사용중이면 채널 #N 선택

센싱

센싱

Talk Listen Talk Listen



Reader #1

Reader #2

Reader #M

다른 Reader

다른 Reader

다른 Reader

§ 주파수를 가변하면서 미사용 채널을 찾아서 일정 시간 사용 후 다른 사용자 위해 사용 중지 방식§ 각 리더는 원하는 채널 주파수 신호를 센싱하여 미사용 중이면 채널 선택하여 일정시간 사용후 사용 중지§ 사용 여부를 확인하고 사용하므로 주파수 간섭 확률이 낮음§ 타 서비스와 공유하여 사용 가능§ 채널 수가 적을 경우 주파수를 효율적으로 사용 가능§ 최근 유럽에서는 기존의 Duty cycle 방식을 이방식으로 전환하는 추세임

28

3. 3. Backscatter Backscatter 통신통신 기술기술

I

When power matching (RT = Rr; Rv=0; XT=XA)

è Pe = PS

è Only half of the power drawn from the antenna

is transferred to the Load (RT)

è The other half is reflected back into the space

29

3. 3. Backscatter Backscatter 통신통신 기술기술

l 리더에서 태그로 RF전력(S)을 보내면, 태그 안테나는 일부 전력(Pe)은 태그 내부에 전달하고,일부 전력(Ps)은 반사함.

l 태그에서 반사하는 전력(Ps)의 크기는 태그 안테나의 부하(RT)를 변화시킴으로써 조정 가능.l 그림에서 안테나의 부하를 ‘0’과 ‘Rt’로 변화시킴으로써 태그 안테나에서 반사되는 전력(Ps)의 양이

‘Pe’와 ‘4Pe’로 변하며, 이러한 방식으로 리더에 정보를 전달함 (modulated backscatter).l 태그는 단순히 리더의 송신 전력을 반사하므로 반사되는 전력의 주파수는 리더의 송신 주파수와

동일함

State 1 State 2

+

Modulated Backscatter

30

▣ Slotted ALOHA procedure

ü Command set for anticollision : REQUEST SELECT (SNR) READ_DATA

ü REQUST : reader에 transponder들이 transponders들의 SNR을 가용한 time slots중 하나에 접근할 수있도록 하는 명령

ü SELECT : 만약 error 없이 SNR이 읽어지면, detected transponder가 SELECT command에 의해 선택

ü READ_DATA : the selected transponder reader에 저장된 데이터를 전송

< Transponder system with slotted ALOHA anticollision procedure >

4. 4. 태그태그 충돌방지충돌방지 알고리즘알고리즘 기술기술: : SASA

31

TAG 1

TAG 2

TAG 3

TAG 4

TAG n

Receiver

Transmit.

If 40kbpsè 25usec * 64bit=1.6msec(data length)

250 Delay slotè 400msec(same time)

4. 4. 태그태그 충돌방지충돌방지 알고리즘알고리즘 기술기술: : SASA

32

▣ Binary Search Algorithm

ü 데이터 충돌이 일어나는 the precise bit position이 reader에서 인지되어야 함.

ü 따라서, 적절한 bit coding is required .

ü NRZ coding(Non-return-to-zero)

- logic 1 is coded by a static ‘high’ level / logic 0 is coded by a static ‘low level.

- cannot detect whether superposition of transmission or single transponder.

- parity, CRC can only detect a transmission error.

ü Manchester coding

- Logic 0 is coded by a positive transition / Logic 1 by a negative transition.

- No transition state is not permissible during data transmission (error)

- 동시에 두개의 transponder가 서로 다른 bit를 전송할 때, 서로 cancel out

received for the duration of entire bit (허용되지 않음).

4. 4. 태그태그 충돌방지충돌방지 알고리즘알고리즘 기술기술: : BSBS

33


< Manchester code and NRZ code>


34


ü Transponder commands for the binary search algorithm

; REQUEST SELECT READ_DATA UNSELECT

ü For example, consider 8-bit serial number

- The first iteration : REQUEST (<= 11111111), 11111111b 가장 큰 REQUEST

- 모든 SNR of transponder는 11111111b 보다 작아야 함.

- Transponder 1 : 10110010 / Transponder 2 : 10100011 /

Transponder 3 : 10110011 / Transponder 4 : 11100011

- Collision을 X로 표기하면 (6,4,1 bit), 1X1X001X 8가지 경우의 수

- 최소한 range SNR >= 11000000b와 range SNR <= 10111111b 에 각각 존재 가능

- 1st iteration Transponder 1,2,3,4 (REQUEST <11111111)

- 2nd iteration Transponder 1,2,3 (REQUEST <10111111)


35



36

5. 5. 리더리더//태그태그 통신통신 기술기술

가. Reader-to-Tag Command 형식 (8 field + 5 parity bits)1) [PREAMBLE][CLKSYNC][SOF][CMD][P1][PTR][P2][LEN][P3][VALUE][P4][P5][EOF]2) Required commands (ScrollAllID, ScrolID, PingID, Quiet, Talk, Kill)3) Identifier programming commands (ProgramID, VerifyID, LockID, EraseID)

나. Tag-to-Reader Reply CommunicationrollAllID, ScrollID, PingID, VerifyID에만 Reply (나머지는 태그 내부 status 변경)

37


Start... ...

[Preamble] [CLKSYNK] [SOF] [DATA] [EOF][PingID]

...[EOF]

Transaction gap

Tcoast interval

Reader

Tag 1 [CRC][1010010010100100 ...]

[PTR]=[0000 0000][LEN]=[0000 0110] [VALUE]=[101001]

... ...[Preamble] [CLKSYNK] [SOF] [DATA] [EOF]

Reader

Backscattering

Tag 2Tag 3

[CRC][1010011010100101 ...]

[CRC][1110110011100111 ...]

BackscatteringBackscattering

Contention

000 001 010 011 100 101 111[Bin modulation]

Tag 1Tag 2Tag 3

[CRC][1010010010100100 ...]

[CRC][1010011010100101 ...]

[CRC][1110110011100111 ...]

000 001 010 011 100 101 111[Bin modulation]

...Tcoast interval[PingID]

[EOF]

Transaction gap

Backscattering

Backscattering

Reader... ...

[Preamble] [CLKSYNK] [SOF] [DATA] [EOF] ...

Transaction gap

Tag 1 [CRC][1010010010100100 ...] Backscattering

[PingID]

[CRC][1010011010100101 ...]

[CRC][1110110011100111 ...]

Tag 2Tag 3

[PTR]=[0000 0000][LEN]=[0000 0011][VALUE]=[101]

000 001 010 011 100 101 111[Bin modulation] Tcoast interval[EOF]

Backscattering

Contention

38


Tag 1

Reader

[ScrollID]

... ...[Preamble] [CLKSYNK] [SOF] [DATA] [EOF] ...

Transaction gap

[CW 전송]

Tag 1 [CRC][1010010010100100 ...]

[PTR]=[0000 0000] [LEN]=[0000 1001] [VALUE]=[101001001]


[Quiet]

Reader

Tag 1 [CRC][1010010010100100 ...]

Backscattering

No reply

[CRC][1010011010100101 ...]

[CRC][1110110011100111 ...]

Tag 2Tag 3

[PTR]=[0000 0000] [LEN]=[0000 1001][VALUE]=[101001001]

[CRC][1010011010100101 ...]

[CRC][1110110011100111 ...]

Tag 2Tag 3

Reader... ...


Transaction gap

[CRC][1010010010100100 ...]

Backscattering

[PingID]

[CRC][1010011010100101 ...]

[CRC][1110110011100111 ...]

Tag 2Tag 3

[PTR]=[0000 0000] [LEN]=[0000 0000] [VALUE]=[0]

000 001 010 011 100 101 111[Bin modulation] Tcoast interval

[EOF]

Backscattering

Tcoast interval

39


Tag 2

Tag 2

Tag 1

Tag 1

Reader

[ScrollID]


Transaction gap

[CW 전송]

[CRC][1010010010100100 ...]

[PTR]=[0000 0000] [LEN]=[0000 0011] [VALUE]=[101]


[Quiet]

Reader

Tag 1 [CRC][1010010010100100 ...]

Backscattering

No reply

[CRC][1010011010100101 ...]

[CRC][1110110011100111 ...]

Tag 2Tag 3

[PTR]=[0000 0000] [LEN]=[0000 0011] [VALUE]=[101]

[CRC][1010011010100101 ...]

[CRC][1110110011100111 ...]Tag 3

Reader... ...


Transaction gap

[CRC][1010010010100100 ...]

Backscattering

[PingID]

[CRC][1010011010100101 ...]

[CRC][1110110011100111 ...]Tag 3

[PTR]=[0000 0000] [LEN]=[0000 0000] [VALUE]=[0]

000 001 010 011 100 101 111[Bin modulation] Tcoast interval

[EOF]

Tcoast interval

40


Tag 3Tag 2

END

Reader

[ScrollID]


Transaction gap

[CW 전송]

[PTR]=[0000 0000] [LEN]=[0000 0011] [VALUE]=[111]

... ...[Preamble] [CLKSYNK] [SOF] [DATA] [EOF][Quiet]

Reader

Backscattering

... ...[Preamble] [CLKSYNK] [SOF] [DATA] [EOF][PingID]

Tag 2Tag 1 [CRC][1010010010100100 ...]

[CRC][1010011010100101 ...]

[CRC][1110110011100111 ...]Tag 3

[PTR]=[0000 0000] [LEN]=[0000 0011][VALUE]=[111]

Tag 1 [CRC][1010010010100100 ...][CRC][1010011010100101 ...]

[CRC][1110110011100111 ...]No reply

41

SAW 태그 동작 원리

리더에서 발사된 전파가 SAW 태그 안테나에 수신되면, Transducer의 압전 효과에 의해 전기 신호가 음파로 변환되어 반사판(Reflector) 으로 진행반사판으로 음파가 전달되면 반사판의 스트립에 의해 입사된 음파의 일부가 InterdigitalTransducer(IDT)쪽으로 반사Tranducer로 반사된 음파신호는 압전효과에 의해 다시 전기신호로 바뀌어 안테나로 전파됨으로써리더에서 반사파를 감지하게 됨

Tag 마다 스트립 간격을 고유하게 만들어 데이터를 인코딩스트립의 간격에 따라 리더로 반사되는 시간이 다르므로 이 시간차를 이용하여 코드 정보를 해석함주파수는 주로 2.45GHz 를 사용Transducer에 사용하는 압전물질에는 수정발진자에 사용하는 수정 등

SAW 태그 구조

6. 6. ChiplessChipless 태그태그: : SAWSAW

42

코일과 커패시터를 조합하여 공진 회로를 구성하고 공진 주파수당 한 데이터 비트 할당

Ø 코일 1개와 커패시터 1개로 구성된 공진기 하나가 한 bit를 구성

리더에서 전파를 발사하면 공진점에서 에너지가 태그에 흡수되어 반사되지 않게 되는 데 ,

이를 리더에서 감지하여 해당 주파수에 할당된 비트 정보의 유무를 알 수 있게함

Ø 여러 개의 공진 주파수를 조합하여 Tag ID 및 데이터를 인코딩

리더는 태그 전체 주파수 범위를 스캔하여 원하는 Tag ID와 정보 해석(100bits)

스캔을 위해 1~100MHz 사용, 인식거리는 3m까지 가능

LC array 태그 LC 공진회로 4개 주파수

6. 6. ChiplessChipless 태그태그: : LC LC 태그태그

43

Philips의Polymer 칩을

이용한 태그

기존 칩은 반도체 기판을 사용하나 polymer 트랜지스터는 플라스틱 위에 트랜지스터를 인쇄하는방법으로 만들며 현재 간단한 RFID Tag에서 필요한 4,800개 트랜지스터 집적 가능

기존 실리콘 반도체 공정과 다르므로 Chipless로 분류되지만 내부 회로는 기존 칩과 동일함

Reel to reel assembly 하므로 제작 가격이 싸고 e-paper에 사용될 수 있을 정도로 유연하여,

디스플레이, RFID 태그, 메모리 등에 이용 예상

단점은 전자의 이동속도가 느려 사용 주파수 대역이 낮고 수명이 짧음 (실험적으로 500kHz 대역까

지 동작)

Polymer 트랜지스터를 이용한 RFID 태그는 1998년 Philips에서 만들었으나 실용화는 5~10년

이후로 예상되며, 2010년 이후에나 일반화 될 수 있을 것으로 예측

Comparison of Technologies for Flexible Electronics

6. 6. Chipless Chipless 태그태그:: 폴리머폴리머 태그태그

44

1. Sensors ?

2. Spectrum of Sensing Technology

3. RFID with Sensor

4. RFID in Wireless Sensor Network

IV. RFID and SensorSensor

45

1. 1. Sensors ?

Sensors: device whose output can be quantified and changes with one or more physical phenomena. This output information can be used for process monitoring and control.

Transducer: device which transforms energy from one domain (magnetic, thermal, mechanical, optical, chemical, electrical)into another

A detector: device indicating presence, absence, or change ofthe signal qualitatively, either as a binary signal or as a low resolution signal with several states.

46

1. 1. Sensors ?

Properties of sensors–Range–Accuracy–Repeatability–Linearity

–Sensitivity

–Efficiency

–Resolution–Response time–Overshoot–Drift and stability–Offset–Packaging–Property of the circuit

Example of sensors– Magnetic sensors

•Honeywell’s HMC/HMR magnetometers

– Photo sensors

•Clairex: CL9P4L– Temperature sensors

•Panasonic ERT-J1VR103J

– Accelerometers•Analog Devices: ADXL202JE

– Motion sensors

•Advantaca’s MIR sensors

47

2. 2. Spectrum of Sensing Technology

l We need to integrate the computation capability into the physical world to improve the quality of life, and to facilitate applications that were not feasible before

l To make this possible, we need a large number of computing devices. This mandates that they have very low cost and consume little power

l For low-cost and low-power devices to do sophisticated work, they need communication capability

l For a large number of devices to communicate, radio communication is probably the only feasible option

l Finally, the current technology has enabled all these to happen

To incorporate intelligence in the physical world

Large number ofcomputing devices

Low-cost devices

Wireless communication

48

2. 2. Spectrum of Sensing Technology

l Remote Sensing via Satellitel Dataloggersl Traffic Monitoringl RFIDl Ad-hoc mobile networksl Wireless Sensor Networks

49

3. 3. RFID with Sensors

l RFID Tag with Sensor

출처: VTT

50

4. 4. RFID in Wireless Sensor Network

l Sensor Node Platform

51


l Sensor Node Platform

출처: Chalmers University of Technology

52


출처: VTT

53

V. Sensor NetworksSensor Networks

1. Why Sensor Network?

2.2. Features of Sensor NetworksFeatures of Sensor Networks

3.3. Design IssuesDesign Issues

4.4. Communication ArchitectureCommunication Architecture

5.5. Physical LayerPhysical Layer

6. Data Link Layer

7.7. Network LayerNetwork Layer

8.8. Transport & Application LayerTransport & Application Layer

54

1. 1. Why Sensor Networks?Why Sensor Networks?

l Small Processors (Size)l Low costl Permits remote object monitoringl Unattended mode of operationl Coordinationl Deployed in toxic locations or remote regionsl Latest technology for Monitoring

55

2. 2. Features of Sensor NetworksFeatures of Sensor Networks

§ What is a Sensor Network?§ 1000s of sensors deployed to collect, process and store information

e.g. weather conditions.

§ Local communication to achieve global objectives

§ Current Ad-hoc protocols are not applicable

§ Popular application areas –§ Medical, Military, Natural Habitat monitoring, micro-organisms

monitoring, etc

§ Factors to consider when deploying sensors–Ø Low power Ø Large numbersØ Frequent motion, task dynamics / Device failuresØ Distributed sensingØ Exception free, unattended operation

56

3. 3. Design IssuesDesign Issues

l Sensor Network Vs Wired / Wireless network

Ø Data centric – addressed by data values rather than identitiesØ Application Specific – tailored for specific tasks

l Types of coordination between sensors to achieve above goals

Ø Centralized§ single point of failure§ energy inefficient§ non– scalable

Ø Distributed localized algorithms§ robust to network partitions/ node failures§ short range of communication - energy efficient§ scalable – low communication overhead§ simpler self-configuration

57

l Sensor Node

4. 4. Communication ArchitectureCommunication Architecture

l Considers issues like § Fault Tolerance

§ Scalability

§ Hardware constraints

§ Productions costs

§ Topology

§ Environment

§ Transmission media

§ Power Consumption

58

l Considers issues like § Hardware constraints

§ Productions costs

§ Environment

§ Transmission media

• Current Ad-hoc protocols are not applicable


59


l Protocol Stack

60

5. 5. Physical LayerPhysical Layer

Ø Research Areas –Ø Modulation schemesØ Overcome effects of Signal propagationØ Hardware design

Ø Aim – minimize energyØ Power ∞ dn , d= distance and 2<=n<=4. (n=4 for low lying antennas)

Ø M-ary – reduces on-time by sending multiple bps Ø Binary – energy efficient - low complexity, low power consumption

Ø Suggested solution- Ultra widebandØ base-band transmission – TDMA transmission

Ø resilience to multi-path

Ø Low transmission power

Ø simple transceiver circuitry.

61

6. Data Link Layer – Current MACs

GoalPower Efficiency

InfrastructureType

Power conservationPower~0dBm/range<10m

NoSensor N/wrequires

Hi QoS under mobility conditions

Not power efficient

YesMANET

Replace cable between electronic terminals with RF links

Power –20dBm/ range 10m

No. Short-range wireless

Bluetooth

Hi QoS/ bandwidth efficient

Not power efficient

Yes-Centralized

Cellular

62

Research issues:-• MAC for sensor networks

• Error control coding schemes

• Power saving modes

Suggested MACs• SMACS – Self organizing MAC for sensor network

Nodes discover neighbors, duplex time slots, random wake-up schedule and turn off in idle state

• EAR - Eaves-Drop-and-register algorithm (works with SMACS)Continuous service in mobile / stationary conditions

• CSMA-based MAC

phase changes, constant listen periods and random delays.

• Hybrid TDMA/FDMAnumber of channels calculated for min. system energy

6. Data Link Layer –MACs for Sensor Network

63

7. Network LayerNetwork Layer

Design issues:-

Ø Power EfficientØ Data centricityØ Data AggregationØ Attribute based addressing Ø Internetworking with external networks

Suggested Schemes

Small Minimum Energy Communication Network (SMECN)Creates sub-graphs of sensor networks with minimum energy paths

FloodingBroadcasting of data to all neighbors. Issue - resource blindness, Implosion

64

GossipingSend data to randomly selected neighbors

Sensor Protocols for Information via Negotiation

Send data to only interested nodes. Send descriptive data rather than entire data.

Sequential Assignment Routing

Create multiple trees with roots are one hop away from sink. Nodes select a tree to route data back based on energy resources

Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy

Formation of clusters to conserve energy

Directed Diffusion

Data centric routing based on interests and gradients

7. Network LayerNetwork Layer

65

8. Transport & Application LayerTransport & Application Layer

l Transport Layer – Not explored much as yet. Option – UDP for sink to sensors & TCP for sink to user

* Proposed Solution for transport

• Application Layer – Yet unexplored. 3 possible solutions:-

- Sensor Management Protocol

- Task Assignment and Data Advertisement Protocol- Sensor Query and Data Dissemination Protocol

Sensor Network using RFID TechnologyC7%A5%C3%B... · 2012-05-06 · 4 물품 등 관리할...

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