KR100930110B1

KR100930110B1 - 유선통신 기능을 갖는 ｒｆｉｄ 태그

Info

Publication number: KR100930110B1
Application number: KR1020070110524A
Authority: KR
Inventors: 조성철; 장철훈
Original assignee: 아시아나아이디티 주식회사
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2009-12-07
Also published as: KR20090044427A

Abstract

본 발명은 다른 RFID 태그나 리더와 케이블에 의해 연결되어 필요한 데이터를 송수신할 수 있도록 유선통신 기능을 구비함으로써 전자파 차폐 공간을 포함한 어떠한 공간에서도 원하는 센서 네트워크를 구축할 수 있도록 한 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그에 관한 것이다.

본 발명의 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그는 RF 신호를 방사하고 포착하는 안테나; 각종 물리량을 전기 신호로 변환하여 검출하는 센서부; 태그 ID와 상기 센서부로부터의 센싱 데이터를 저장하는 메모리, 태그의 전반적인 동작을 제어하는 제어부 및 리더나 다른 태그와의 사이에서 직렬통신을 수행하는 직렬통신 인터페이스를 구비한 프로세서부; 상기 안테나에 의해 포착된 RF 신호를 수신하여 상기 프로세서부로 전달하고 상기 프로세서부로부터 전달받은 상기 태그 ID와 상기 센싱 데이터를 변조한 후에 상기 안테나를 통해 RF 신호로 방사하는 RF 통신부; 상기 직렬통신 인터페이스와 리더 또는 다른 태그를 케이블을 개재하여 연결하는 커넥터 및 태그의 각 부에 동작 전원을 공급하는 배터리를 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서, 상기 직렬통신 인터페이스는 CAN 인터페이스인 것이 바람직하다.

RFID, 유선, 무선, 밀폐, 공간, 태그, CAN, 세미 액티브, 배터리

Description

유선통신 기능을 갖는 ＲＦＩＤ 태그{RFID tag with wire communication function}

본 발명은 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그에 관한 것으로, 특히 다른 RFID 태그나 리더와 케이블에 의해 연결되어 필요한 데이터를 송수신할 수 있도록 한 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그에 관한 것이다.

일반적으로 무선주파수인식(RFID: Radio Frequency Identification)은 무선 주파수를 사용하여 고유한 식별 정보를 가지고 있는 태그로부터 비접촉식으로 정보를 독출하거나 기록함으로써 태그가 부착된 물건이나 동물, 사람 등을 인식, 추적 및 관리할 수 있도록 하는 기술이다. 이러한 RFID 시스템은 고유한 식별정보를 지니고 물건이나 동물 등에 부착되는 다수의 태그(Electronic Tag 또는 Transponder; 이하 간단히 '태그'라고도 한다)와 상기 태그의 정보를 읽거나 쓰기 위한 RFID 리더(Reader 또는 Interrogator)(이하 간단히 '리더'라고도 한다)로 구성된다. RFID 시스템은 또한 리더와 태그 사이의 상호 통신 방식에 따라 상호 유도 방식과 전자기파 방식으로 구분되고, 태그가 자체 전력으로 동작하는지 여부에 따라 능동형과 수동형 및 이 둘을 혼합한 형태인 세미 액티브형(Semi Active)형으로 구분되며, 사 용하는 주파수에 따라 장파, 중파, 단파, 초단파 및 극초단파형으로 구분된다. 그리고 상기와 같은 구분에 따라 다양한 종류의 규격이 제정되거나 제정 준비 중에 있다. 한편, 이러한 RFID 시스템은 물류나 공장 자동화 분야 등에서 그 이용이 활발하게 도모되고 있다.

한편, 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network: USN)란 필요한 모든 것(곳)에 RFID 태그를 부착하고 이를 통하여 사물의 인식정보는 물론 주변의 환경정보까지 탐지하여 이를 실시간으로 네트워크에 연결하여 정보를 관리하는 것을 의미한다. 궁극적으로 모든 사물에 컴퓨팅 및 통신 기능을 부여하여 언제(anytime), 어디서나(anywhere), 네트워크, 디바이스, 서비스에 관계없이 통신이 가능한 환경을 구현하기 위한 것이다.

그런데, 전자파가 투과되지 못하는 공간, 예를 들어 금속재로 밀폐된 공간, 즉 전자파 차폐 공간에 태그를 배치할 필요도 있는바, 종래의 태그에는 다른 태그나 리더와 유선에 의해 통신할 수 있는 기능이 전혀 갖추어져 있지 않기 때문에 이러한 필요를 충족시키지 못하는 문제점이 있었다. 예를 들어, 태그를 냉장고의 냉장실 및 냉동실 온도를 검출하여 보고하는 센서 노드로 사용하고자 할 경우에 종래의 태그에는 유선통신 기능이 구비되어 있지 않기 때문에 다른 센서 노드나 싱크 노드로 기능하는 태그나 리더와 통신할 수 있는 방법이 없고, 이에 따라 원하는 센서 네트워크를 구축할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다른 RFID 태그나 리더와 케이블에 의해 연결되어 필요한 데이터를 송수신할 수 있도록 유선통신 기능을 구비함으로써 전자파 차폐 공간을 포함한 어떠한 공간에서도 원하는 센서 네트워크를 구축할 수 있도록 한 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그를 제공함을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그는 RF 신호를 방사하고 포착하는 안테나; 각종 물리량을 전기 신호로 변환하여 검출하는 센서부; 태그 ID와 상기 센서부로부터의 센싱 데이터를 저장하는 메모리, 태그의 전반적인 동작을 제어하는 제어부 및 리더나 다른 태그와의 사이에서 직렬통신을 수행하는 직렬통신 인터페이스를 구비한 프로세서부; 상기 안테나에 의해 포착된 RF 신호를 수신하여 상기 프로세서부로 전달하고 상기 프로세서부로부터 전달받은 상기 태그 ID와 상기 센싱 데이터를 변조한 후에 상기 안테나를 통해 RF 신호로 방사하는 RF 통신부; 상기 직렬통신 인터페이스와 리더 또는 다른 태그를 케이블을 개재하여 연결하는 커넥터 및 태그의 각 부에 동작 전원을 공급하는 배터리를 포함하여 이루어진다.

또한 상기 배터리의 전압을 검출하는 전압 검출부 및 태그의 각 부를 상기 배터리 또는 CAN 인터페이스의 외부 전원선과 택일적으로 연결하는 스위칭부를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 전압 검출부에 의해 검출된 상기 배터리의 전압이 기준 전압 이하인 경우에는 상기 스위칭부를 제어하여 태그의 각 부를 상기 CAN 인터페이스의 외부 전원선에 연결시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그에 따르면, 전자파 차폐 공간을 포함한 공간에 설치된 경우와 같이 필요한 경우에는 리더나 다른 태그와 유선통신에 의해 데이터를 전송하기 때문에 어떠한 공간에서도 원하는 센서 네트워크를 구축할 수가 있다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그의 블록 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그는 배터리가 구비되어 자체 배터리로만 동작하는 능동형이나 세미 액티브형 태그로 구현될 수 있다. 구체적으로 본 발명의 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그(400)는 다른 리더나 태그로부터 특정 주파수를 갖는 연속적인 전자파(continuous electromagnetic wave)와 리더의 명령어인 변조된 RF 신호를 받아 후술하는 RF 통신부에 전달하고, 태그 내부 메모리에 저장된 정보를 리더나 다른 태그에게 전송하기 위해 RF 통신부로부터 데 이터를 전달받아 송출하는 안테나(440); 안테나(440)로부터 전달받은 연속적인 전자파 신호를 이용하여 태그의 동작 전력을 생성하고 변조 RF 신호를 후술하는 프로세서부에 전달하여 리더의 명령을 수행하는 수신부(432)와 프로세서부에 저장된 데이터를 변조하여 안테나(440)를 통해 무선 송출하는 송신부(434)를 포함하여 이루어진 RF 통신부(430); 물리, 화학 또는 바이오 정보 데이터와 같은 각종 물리량을 상응하는 크기의 전기 신호로 변환하여 검출하는 센서부(480); 태그(400)의 ID(고유 식별자) 또는 센서 검출 데이터 등을 저장하고 있는 메모리(424)와 RF 통신부(430)의 수신부(432)로부터 전달받은 리더의 명령어를 해석/처리하고 센서에 의해 검출된 데이터를 처리하여 메모리(424)에 저장하고 이를 RF 통신부(430)의 송신부(434)를 통해 리더로 전송하는 제어부(422)를 포함하여 이루어진 프로세서부(420) 및 태그(400)의 각 부에 필요한 동작 전력을 제공하는 배터리(450)를 포함하여 이루어질 수 있다.

전술한 구성에서, 배터리(450)로부터의 전력은 RF 통신부(430)로부터 프로세서부(420)에 충분한 전력이 공급되지 않는 경우에만 공급될 수 있는데, RF 통신부(430)로부터 전력을 공급받는 경우, 즉 태그(400)가 수동형으로 동작하는 경우에는 통상적으로 리더로부터 받은 전자파를 산란시켜 리더에게 되돌리는 방법을 이용하게 된다.

제어부(422)는 리더와 태그 사이 통신 과정에서 일어나는 리더의 모든 명령어를 해독/구현하며, 센서 데이터를 얻는데 필요한 모든 추가적인 리더의 명령어를 포함한다. 센서부(480)는 태그(400)에 내장된 형태로 존재하며, 주변 환경 정보를 센싱하여 제어부(422)로 전달하는데, 이러한 센서의 모든 동작 제어는 제어부(422)의 명령으로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그에서는 프로세서부(420)에 다른 리더나 태그와의 유선통신을 위한 직렬통신 인터페이스, 바람직하게는 CAN(Controller Area Network) 인터페이스가 추가로 구비될 수 있는데, 이러한 CAN 인터페이스(420)는 외부의 CAN 버스에 연결되는 커넥터(410)와 제어부(422) 사이에서 데이터 통신을 담당하게 된다.

CAN에 대해 좀 더 상세하게 설명하면, CAN은 1980년대 초에 보쉬사에 의해 자동차 애플리케이션을 위한 시리얼 버스 시스템으로 개발되었는바, 이러한 CAN 프로토콜은 현재 자동차, 선박, 의료, 제조 및 우주/항공 등 다양한 산업에서 널리 사용되고 있다. CAN 버스는 차폐형 트위스트 페어(Shielded Twist Pair: STP)나 비차폐형 트위스트 페어(Un-shielded Twist Pair: UTP) 또는 리본 케이블 중 하나를 사용하는 밸런스(차동형) 2-와이어 인터페이스로 이루어지고 각 노드는 메일(Male) 9-핀 D 커넥터를 사용하는바, 이러한 각 핀의 구체적인 이름이나 기능은 아래의 표 1에 나타낸 바와 같다.

핀번호	신호 이름	신호 설명
1	Reserved	Upgrade Path
2	CAN_L	Dominant Low
3	CAN_GND	Ground
4	Reserved	Upgrade Path
5	CAN_SHLD	Shield, Optional
6	GND	Ground, Optional
7	CAN_H	Dominant High
8	Reserved	Upgrade Path
9	CAN_V+	Power, Optional

한편, CAN은 피어 투 피어(peer-to-peer) 네트워크, 다시 말해서 개별 노드가 CAN 버스에서 데이터를 읽거나 쓰기 위해 액세스할 때 컨트롤하는 마스터가 없는 네트워크이다. 이러한 구조에서, 임의의 CAN 노드가 데이터 전송 준비를 완료하게 되면, CAN 버스의 준비 여부를 확인하고 그 후 CAN 프레임을 네트워크에 작성한다. 전송되는 CAN 프레임은 전송 노드나 수신 노드 중 어느 쪽의 주소도 포함하고 있지 않은 대신에 고유한 중재 ID가 네트워크에서 프레임을 분류한다. 이에 따라 CAN 네트워크상의 모든 노드는 CAN 프레임을 수신하며 전송되는 프레임의 중재 ID에 따라 네트워크상의 각 CAN 노드가 프레임 수용 여부를 결정한다.

도 2는 ISO 11898로 정의되어 있는 CAN 프로토콜의 구조 및 그 구현 소자를 설명하기 위한 도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, CAN 프로토콜은 최하위의 물리층(Physical Layer)과 그 상위에 존재하는 데이터 링크층(Data-Link Layer) 및 최상위에 존재하는 응용층(Application Layer)의 3개 층으로 이루어질 수 있다. 전술한 구성에서, 물리층은 물리적인 시그널링(Physical Signalling), 물리 매체 연결(Physical Medium Attachment) 및 매체 종속 인터페이스(Medium Dependant Interface)를 담당하고, 데이터 링크층은 논리적인 링크 컨트롤(Logic Link Control) 및 매체 접근 제어(Medium Access Control)를 담당한다.

한편, 응용층은 DSP(Digital Signal Processor)나 이와 유사한 컨트롤러로 구현될 수 있고, 데이터 링크층 및 물리층의 물리적인 시그널링은 임베디드 CAN 컨트롤러로 구현될 수 있으며, 기타 물리층은 트랜시버와 커넥터 및 케이블로 이루어지는 CAN 트랜시버로 구현될 수 있다.

아래의 표 2는 CAN 프레임의 구조를 보인 표이다.

S O F

11-BIT ARBITRATION ID

S L R

I D E

18-BIT ARBITRATION ID

R T R

r 0

DLC

0…8 BYTES DATA

CRC

A C K

E O F

위의 표 2에 나타낸 바와 같이, CAN 디바이스는 CAN 네트워크 상에서 프레임이라고 불리는 패킷으로 데이터를 전송하는데, CAN 프레임은 다음과 같은 섹션으로 구성될 수 있다.

SOF(Start-of-frame) : 특정한 비트(logic 0)로 메시지의 시작을 표시한다.

중재 ID(Arbitration ID) : 메시지를 식별하고 메시지의 우선 순위를 지정하는데 사용되는데, CAN 프레임에는 11 비트 중재 ID를 사용하는 표준 및 29 비트 중재 ID를 사용하는 확장의 두 가지 포맷이 있다.

IDE(Identifier Extension) 비트 : 표준과 확장 프레임을 구분한다.

RTR(Remote Transmission Request) : 리모트 프레임과 데이터 프레임을 구별하는 역할을 하는데, 주요한 RTR 비트(logic 0)는 데이터 프레임을 나타내고, 열성 RTR 비트 (logic 1)는 리모트 프레임을 나타낸다.

DLC(Data Length Code) : 데이터 필드의 바이트의 수를 나타낸다.

데이터 필드 : 0 ~ 8 바이트의 데이터로 구성된다.

CRC(Cyclic Redundancy Check) : 오류 검출에 사용된다.

ACK(ACKnowledgement) 슬롯 : 메시지를 정확하게 수신한 모든 CAN 컨트롤러는 메시지의 말미에 ACK 비트를 전송하는데, 전송 노드는 버스 상에 ACK 비트 유무를 확인하고 ACK가 발견되지 않을 경우 전송을 재시도한다.

EOF(End-Of-Frame) : 특정한 비트로 프레임의 끝을 나타낸다.

다시 도 1로 돌아가서, 본 발명의 RFID 태그는 배터리(450)의 전압을 검출하여 제어부(422)로 전달하는 전압 검출부(470) 및 제어부(422)의 제어에 따라 태그 내부의 각 부를 내장 배터리(450) 또는 CAN 인터페이스(426)를 통해 외부의 CAN 버스 전원선에 택일적으로 연결하는 스위칭부(460)를 더 구비할 수도 있는데, 제어부(422)는 내장 배터리(450)의 전압이 기준 전압 이하인 경우에는 CAN 인터페이스(426)를 통해 공급되는 전원, 즉 커넥터(410)의 9번 핀(표 1 참조)을 통해 공급되는 전원으로 태그(400)를 동작시킬 수도 있다. 그리고 이를 위해 제어부(422)는 후술하는 바와 같이 다른 태그로부터 제공되는 전원 모니터링 정보를 참조할 수가 있다.

도 3은 본 발명의 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그의 일 응용 예시도이고, 도 4는 본 발명의 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그의 다른 응용 예시도이다. 먼저 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그의 응용으로, 예를 들어 1개의 태그가 전자파 차폐 공간(500)에 설치된 상태에서 이러한 전자파 차폐 공간(500)에 설치된 태그(이하 '내부 태그'라 함)로부터의 데이터, 예를 들어 센싱 데이터를 RFID 리더(200)나 상위의 싱크 노드 등에 전달하기 위해 상기한 내부 태그를 자유공간에 노출되어 전송 중계 수단으로 기능하는 태그(이하 '외부 태그'라 함)와 CAN 버스, 즉 케이블(300)과 커넥터(410)에 의해 1대1로 연결할 수가 있는데, 참조번호 100은 미들웨어를 나타낸다.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이 1개의 외부 태그가 다수의 내부 태그로부터의 센싱 데이터를 RFID 리더(200)나 상위의 싱크 노드에 전달할 수도 있는데, 이들 내부 태그(400)는 서로 다른 전자파 차폐 공간(500),(510)에 설치될 수가 있고, 더욱이 2개의 내부 태그가 동일한 차폐 공간(510)에 함께 설치될 수가 있다. 그리고 이 경우에는 외부 태그와 각각의 내부 태그는 별도의 CAN 버스(600)와 커넥터(320),(410)를 통해 상호 연결될 수 있는데, 참조번호 610은 CAN 버스(600)의 종단 저항을 나타낸다.

도 5는 본 발명의 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그와 RFID 리더 사이의 무선 통신 데이터 포맷을 예시하기 위한 도이다. 외부 태그는 도 5에 도시한 바와 같은 프레임 구조에 의해 내부 태그로부터 CAN 버스를 통해 전달받은 센싱 데이터를 RFID 리더나 상위의 싱크 노드에 전달할 수가 있는데, 이러한 프레임은 예를 들어 헤더와 다수의 태그 정보를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기에서 각각의 태그 정보는 태그 ID와 센싱 데이터를 기본적으로 포함하고, 이외에도 전원 모니터링 정보를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 유선통신 기능을 갖는 RFID태그는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다. 즉, 전술한 실시예에서는 직렬통신 인터페이스로 CAN 버스를 예로 들었으나, 이와는 달리 RS-485 등의 직렬통신 인터페이스가 사용될 수도 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 유선 통신 기능을 갖는 RFID 태그의 블록 구성도,

도 2는 ISO 11898로 정의되어 있는 CAN 프로토콜의 구조 및 그 구현 소자를 설명하기 위한 도,

도 3은 본 발명의 유선 통신 기능을 갖는 RFID 태그의 일 응용 예시도,

도 4는 본 발명의 유선 통신 기능을 갖는 RFID 태그의 다른 응용 예시도,

도 5는 본 발명의 유선 통신 기능을 갖는 RFID 태그와 RFID 리더 사이의 무선 통신 데이터 포맷을 예시하기 위한 도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100: 미들웨어, 200: RFID 리더,

300: 통신 케이블, 320: 커넥터,

400: RFID 태그, 410: 커넥터,

420: 프로세서부, 422: 제어부,

424: 메모리, 426: CAN 인터페이스,

430: RF 통신부, 432: 수신부,

434: 송신부, 440: 안테나,

450: 배터리, 460: 스위칭부,

470: 전압 검출부, 480: 센서부,

500, 510: 밀폐 공간, 600: CAN 버스,

610: 종단 저항

Claims

RF 신호를 방사하고 포착하는 안테나;

각종 물리량을 전기 신호로 변환하여 검출하는 센서부;

태그 ID와 상기 센서부로부터의 센싱 데이터를 저장하는 메모리, 태그의 전반적인 동작을 제어하는 제어부 및 리더나 다른 태그와의 사이에서 직렬통신을 수행하는 직렬통신 인터페이스를 구비한 프로세서부;

상기 안테나에 의해 포착된 RF 신호를 수신하여 상기 프로세서부로 전달하고 상기 프로세서부로부터 전달받은 상기 태그 ID와 상기 센싱 데이터를 변조한 후에 상기 안테나를 통해 RF 신호로 방사하는 RF 통신부;

상기 직렬통신 인터페이스와 리더 또는 다른 태그를 케이블을 개재하여 연결하는 커넥터 및

태그의 각 부에 동작 전원을 공급하는 배터리를 포함하여 이루어진 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그.
제 1 항에 있어서,

상기 직렬통신 인터페이스는 CAN 인터페이스인 것을 특징으로 하는 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 배터리의 전압을 검출하는 전압 검출부 및

태그의 각 부를 상기 배터리 또는 CAN 인터페이스의 외부 전원선과 택일적으로 연결하는 스위칭부를 더 구비하고,

상기 제어부는 상기 전압 검출부에 의해 검출된 상기 배터리의 전압이 기준 전압 이하인 경우에는 상기 스위칭부를 제어하여 태그의 각 부를 상기 CAN 인터페이스의 외부 전원선에 연결시키는 것을 특징으로 하는 유선통신 기능을 갖는 RFID 태그.