Recently, RFID (Radio Frequency IDentification) has been widely used in many applications as an alternative technique of the existing bar code technique by using wireless frequency. Especially, RFID systems are spread far after the standardization in EPCglobal Class 1 Gen. 2. With increasing interests of RFID systems, there have been many challenging issues not yet solved. Especially, collisions among signals such as reader collisions and the tag collision are the typical trouble for development of the RFID systems. By resolving the collision problems, the read rate and throughput can be improved.
The tag collision problem arises when two or more tags transmit their data to the same reader simultaneously. There are two basic approaches to solve the tag collision problem: ALOHA-based protocols and Tree-based protocols. ALOHA-based tag anti-collision scheme is standardized by EPCglobal. In this thesis, the tag collision is not focused on.
Reader collisions are split into the reader-to-tag collision and the reader-to-reader collision. The reader-to-tag collision occurs in the case that the reading range among multiple readers overlaps and the readers are trying to interrogate a particular tag at the same time. In this case, the tag is not read by any reader though readers use different frequency bands, respectively.
The reader-to-reader collision occurs when a reader receives signals from a tag and other readers simultaneously. When a signal of a reader is transmitted to the other reader with a weak response signal of the tag which is previously issued by the reader concurrently, the reader cannot identify the tag. Especially, this kind of collision occurs even when the reading range among readers is not overlapping.
However, in addition to reader collisions, there is another serious problem being raised recently in RFID systems. As the number of readers increases, the available channels are relatively scarce due to the fixed number of channels. Like this, the case that the number of active readers is more than the number of available channels is called dense reader networks. In ETSI standards, only 4 channels with high power transmissions by readers are used. Therefore, there is lack of channel resources for readers when the readers are densely deployed, and an effective scheme to solve the problem in the dense reader environment is needed.
Although resolving methods for the reader collisions and the dense reader environment problem are suggested respectively, there are little methods to be able to solve all the problems. In this thesis, we propose a hierarchical structure based protocol which is solving not only the reader collisions, but also the problem of the dense-reader environment. This scheme solves reader collisions while conforming to the pre-pulse synchronization technique of ETSI TS 102 568 for the dense RFID reader environment. In this protocol, a reader should transmit pre-pulse and post-pulse to adjacent readers and make readers’ hierarchy. By using the hierarchical structure, many readers efficiently can share the same channel for spectrum efficiency when the number of channels is insufficient. Moreover, the time coordination scheme among the adjacent readers and the frequency division scheme among the reader groups are used in order to avoid reader collisions. Consequently, reader collisions can be solved and the rate of channel occupancy is enhanced.
RFID 시스템은 사물에 태그를 부착하고 무선으로 감지, 인식하는 기술로서, 바코드 시스템을 대체하여 많은 응용(application)에서 사용되고 있다. 특히 RFID 표준화 단체인 EPCglobal에서 EPCglobal Class 1 Gen. 2 를 발표하면서 RFID 기술의 이용범위가 확대되고 수요가 증가하고 있지만, RFID시스템을 자유롭게 활용하기 위해 해결해야 할 많은 문제들이 있다. 특히, 리더충돌문제 와 태그충돌문제는 태그의 인식 효율을 떨어뜨리는 주요 원인이고 이를 해결하기 위한 노력이 필요하다.
태그충돌문제는 한 개 이상의 태그가 하나의 리더에 동시에 응답할 때 발생하는 충돌로, ALOHA, Tree 기반의 프로토콜을 사용하여 문제를 해결한다. 태그충돌 문제는 EPCglobal 표준기술을 포함하여 많은 연구를 통하여 해결되었고 본 논문에서는 고려하지 않는다.
리더충돌 문제는 크게 리더간 충돌(reader-to-reader collision)과 다중리더 태그간 충돌(readers-to-tag collision) 로 나뉜다. 다중리더 태그간 충돌은 다수의 리더가 오버랩(overlap)된 인식범위에 위치한 태그들을 인식할 때 생기는 충돌로서, 각각의 리더가 서로 다른 주파수를 사용하여 동작하더라고 문제는 발생한다. 리더간 충돌문제는 태그를 인식하는 리더가 태그로부터 응답신호를 받을 때 멀리 떨어진 리더의 신호로부터 간섭을 받는 것을 의미하며 인식범위가 겹치지 않는 경우에도 발생한다. 리더충돌문제와 더불어 최근 RFID 시스템에서 밀집리더 환경에서의 문제가 대두되고 있다. 이는 동작하는 리더의 수가 점점 늘어나면서 리더가 동작할 주파수 자원이 부족하게 되어 생기는 문제이다. 유럽의 RFID표준에서는 리더가 4개의 채널을 이용하여 동작할 수 있는데, 이렇게 적은 채널에서도 효율적으로 동작 할 수 있는 프로토콜 연구는 필수가 되었다.
비록 기존의 연구들이 리더충돌 문제와 밀집리더 환경에서의 문제를 각각 해결하기 위하여 노력했지만, 두 문제 모두 해결할 수 있는 프로토콜 연구는 없었다. 따라서, 본 논문에서는 정의한 두 가지 리더충돌 문제는 해결하고, 또한 밀집리더 환경에서도 잘 동작할 수 있는 프로토콜을 제안한다. 이 기술은 pulse 신호 전송을 하여 리더간 계층구조를 만들어 동작하는 ETSI TS 102 562 표준기술을 활용하여 만들어졌다. 먼저 동작하는 리더는 사전펄스(pre-pulse)와 사후펄스(post-pulse)를 전송하여서 인접한 리더와 계층구조를 만들고, 리더그룹간 동일 채널을 효과적으로 공유하게 함으로서 채널의 효율을 높인다. 게다가, 충돌이 생기는 리더간에는 시간조정(time coordination)을 통하여 충돌을 방지하고 충돌이 생기지 않는 범위의 리더는 사용 가능한 채널을 점유하여 동작이 가능하게 한다. 본 프로토콜을 사용하게 되면, 리더충돌 문제를 해결하여 인식률을 향상시키고 더불어 채널 점유를 높일 수 있다.
