유비쿼터스 사회에서는 휴대 기기를 가지고 있는 사람이 무선으로 인터넷에 액세스하여 언제 어디서나 집과 사무실에 있는 정보를 얻거나, 얻은 정보를 이용해서 자기 집이나 사무실에 있을 때처럼 일을 할 수 있게끔 하는 것이 목표이다. 자택으로부터 얻은 정보는 상품의 존재나 제조 이력 외에 온도 등의 환경에 관한 것으로, 이러한 정보를 자동적으로 네트워크를 경유해 정보 단말기에 입력할 수 있으면, 가령 부족한 비품을 주문하거나 자택에 돌아가기 전에 방의 온도를 조정할 수가 있다.이러한 장면에서 정보를 입력하는 기술로서 RFID(Radio Frequency Identification)를 사용할 수 있다. RFID란 상품에 부착된 태그로부터 무선 기술을 사용해서 떨어진 장소에서 정보를 읽는 기술로서, 네트워크 기술 및 센싱 기술과 함께 유비쿼터스 사회를 실현하기 위한 핵심 기술로서 큰 주목을 받고 있다.RFID 기술 개발RFID의 용도에 대해서는 다양한 분야에서 검토가 이루어지고 있는데, 특히 식품의 안전성 확보와 의료사고의 방지를 목적으로 한 트레이서빌리티 용도는 단순한 물류의 효율화뿐 아니라 새로운 서비스를 가능케 하는 만큼 중요한 분야이다.트레이서빌리티를 실현하기 위해서는 처리를 마친 이력을 수시로 추가 기록할 수 있는 태그가 필요하며, 또한 트레이서빌리티의 능력을 높이기 위해 많은 태그의 이력을 처리하는 RFID 시스템의 고속 처리 기술이 중요하다.본장에서는 우선 RFID 시스템의 구성을 소개하고 나서 RFID 시스템에서 이용되는 기술동향 및 RFID 태그 칩 개발 내용을 소개한다.RFID 시스템은 RFID 태그, 리더/라이터, 백엔드 시스템으로 구성된다. RFID 태그는 부착된 상품에 관한 고유 ID 번호와 제품·제조·유통 과정 등에 관한 정보를 축적한다. RFID 태그에는 전지를 탑재한 액티브 태그와, 리더/라이터에서 송신되는 RF 파워를 DC 전압으로 변환하여 전지 없이 동작하는 패시브 태그가 있는데 안테나와 RFID 태그 칩만으로 구성되는 패시브 태그가 비용이 낮으며 시장도 크다. 본고에서는 패시브 태그 관련 기술에 대해 설명한다.리더/라이터는 RFID 태그에 축적된 정보를 읽고/쓰기 위한 커맨드를 송신하고 RFID 태그의 처리 결과를 수신한다. 리더/라이터는 PC 또는 서버에 의해서 관리되며 용량에 제한이 있는 관계로 RFID 태그에 축적할 수 없는 정보는 네트워크 상의 데이터베이스에 보관된다. ID 번호만을 축적한 RFID 태그를 사용하여 상품에 관련한 정보를 모두 데이터베이스에 축적하는 방식도 생각할 수 있지만, 네트워크가 다운될 경우의 대응과 네트워크의 부하 경감을 위해서는 RFID 태그 자체가 가진 정보에 의해 처리를 할 필요가 있어 RFID 태그가 ID 번호 이외의 정보도 축적하는 확장 메모리를 가지는 것의 의의는 크다.일반적으로 리더/라이터의 통신 가능 범위에는 복수의 RFID 태그가 존재하기 때문에 리더/라이터의 안테나에 복수의 RFID 태그로부터 동시에 응답이 들어오지 않도록 RFID 태그의 동작을 리더/라이터가 조정하기 위한 통신충돌방지 기술(Anticolli- sion)이 반드시 필요하다. Anticollision에 대해서는 뒤에서 설명한다.RFID 태그 칩은 RFID 태그 가격과 통신 거리 등 RFID 시스템에 크게 영향을 미치는 매우 중요한 디바이스다. 1998년 이전의 RFID 시스템에서는 리더/라이터로부터 RF 파워와 정보의 전달을 13.56kHz 이하의 주파수를 이용한 전자유도 방식이나 2.45GHz의 전파 방식 중 하나를 이용했다. 전자유도방식에서는 리더/라이터와 RFID 태그가 자기적으로 결합되기 때문에 루프 안테나가 사용된다. 전파 방식에서는 리더/라이터와 RFID 태그 간은 휴대전화와 같이 전자파로 결합되며 용도에 따라서 다이폴 안테나와 패치 안테나 등이 채용된다.당초 135kHz대 RFID 태그에서는 Anticollision 기능은 탑재되지 않은 경우가 많아 자동차의 이모빌라이저와 스키장 리프트 액세스 제어 등 비접촉 IC 카드의 프로토타입이라고 할 수 있는 인증 용도에 주로 이용됐다. 그러나 주파수가 낮기 때문에 필요한 루프 안테나의 권선 수가 50턴 이상으로 커져 태그 가격이 비싸졌기 때문에 실용화는 소규모 시장에 머물렀다. 2.45GHz대 RFID 태그는 135kHz대 RFID 태그로는 실현 불가능한 1.5m 이상의 통신 거리를 실현할 수 있기는 하지만 수분, 인체나 금속의 영향을 받기 쉬워 잘 사용되지 않는다.1998년에는 전파법의 개정에 의해 13.56MHz대에서 데이터 통신이 가능해졌다. 캐리어 주파수의 증가에 의해서 안테나에 필요한 권선 수는 5~8턴이 되며 한 층의 금속층으로 안테나를 구성할 수 있기 때문에 RFID 태그 가격이 저렴해졌다. 또한 ISO/IEC에 의한 통신 인터페이스와 프로토콜에 관한 표준화 활동이 개시되어 리더/라이터와 RFID 태그의 동작이 표준화된 결과 많은 서비스 프로바이더가 RFID 시스템과, 이것과 공통의 기술을 사용하는 비접촉 스마트카드의 채용에 흥미를 갖게 됐다.기존부터 물류 관리에 사용돼 온 바코드와 RFID 태그, 비접촉 IC 카드의 특징을 그림 1에 나타냈다. RFID 태그는 바코드와 비교해서 비용이 상승하는 반면 RFID 태그에 내장되는 확장 메모리와 Anticollision 기능을 활용함으로써 고도의 트레이서빌리티 시스템 등을 구축할 수 있다. 비접촉 IC 카드는 카드를 갖고 있는 사람의 인증이나 전자화폐를 주 용도로 하는 높은 시큐리티 기능을 지닌 디바이스다.후지쯔는 2000년초부터 13.56MHz대를 이용한 FRAM 탑재 비접촉 IC 카드 칩을 시민 카드 등에 응용하는 등 일찍이 실용화를 실현했으며, 개발한 기술을 바탕으로 RFID 태그 칩 MB89R11x 시리즈의 전개를 도모했다. MB89R11x 시리즈에 의해 Anticollision 기능을 탑재한 13.56MHz대 RFID 시스템에 응용할 수 있게 되었지만, 이 주파수 대역에서는 통신 거리가 50cm 정도로 제한된다는 문제가 있었다.통신 거리를 개선하기 위해 전파 방식의 채용이 검토됐다. 그 계기가 된 것이 Auto-ID Center(현 EPC 글로벌)의 설립이며 UHF대의 860~960MHz의 대역을 사용해서 2.45GHz대 RFID 태그에서 문제되었던 수분과 금속의 영향을 최소화하여 3m 이상의 통신 거리를 실현하기 위한 기술개발이 계속되었다. 이러한 상황에 호응하여 후지쯔에서는 UHF대 RFID 태그 칩 MB97R702x 시리즈의 개발을 추진하고 있다.13.56MHz대와 UHF대의 제품을 확보함으로써 시스템 요구에 따라서 최적의 RFID 태그를 준비할 수가 있다. RFID의 국제 표준인 ISO/IEC 18000을 토대로 각종 주파수 대역의 통신 특성을 표 1에 정리했다. UHF대 제품에서는 통신 거리가 증가하기 때문에 리더/라이터 한 대로 처리해야 할 RFID 태그의 수가 증가한다. 그 결과 RFID 태그에 축적되는 정보의 처리 시간을 단축하기 위해서는 RFID 태그 칩의 판독·기록 시간의 단축과 Anticollision 처리의 효율화가 중요한 기술이 된다. 최신 기술이 반영된 UHF대 RFID 시스템에서는 기존의 135kHz대, 13.56MHz대, 2.45GHz대와 비교해서 최고의 통신 속도를 제공하는 세련된 Anticollision 알고리즘이 채용됐다.이번 장에서는 이력 정보를 축적하는 RFID 태그 칩에 FRAM을 탑재하여 정보의 고속 기록·판독을 가능케 한 MB89R11x 시리즈, MB97R702x 시리즈를 소개한다.RFID 태그 칩은 RF부, 로직부, 비휘발 메모리부로 구성된다. 비휘발 메모리로서 RFID 태그 칩에 사용되는 것은 EEPROM과 FRAM이다. 후지쯔는 고속 기록이 가능한 FRAM을 채용하여 EEPROM과의 차별화를 도모하고 있다. 다음은 MB89R116, MB97R7020, 극소 칩 사이즈의 실현으로 주목받은 뮤칩(μ-chip)의 주요 특성을 비교하여 설명한다.RFAM 탑재뮤칩은 칩 사이즈의 축소를 목적으로 하여 Anticollision 기능과 확장 메모리가 없는 구성으로 되어 있다. MB89R116은 2Kbyte의 FRAM을 탑재, 도난 방지 기능 등 물품 관리 용도를 고려한 사양으로 되어 있으며 2004년 2월에 유비쿼터스 ID 센터의 인증을 취득했다. MB97R7020은 256byte의 FRAM을 탑재했으며 통신 속도의 향상에도 힘입어 Anticollision 처리 속도는 MB89R116의 3배 이상의 값을 실현했다.그림 2는 RFID 태그용 비휘발 메모리로서 널리 채용되고 있는 EEPROM과 FRAM의 특성을 비교한 것이다. EEPROM은 부유 게이트와 실리콘 기판 간의 실리콘 산화막에 고전압을 인가해서 터널 전자를 주입하거나 제거함으로써 메모리·셀·트랜지스터의 임계값을 제어하는 디바이스다.EEPROM의 판독 속도는 FRAM과 동등하기는 하지만 터널 전자 주입의 메커니즘 때문에 기록 시간을 3ms 이하로 하는 것이 곤란하다. FRAM의 채용에 의해 기록 시간을 1/100로 단축할 수 있다.MB89R116과 동등한 메모리 용량을 제공하는 EEPROM 기반의 RFID 태그에서, 2Kbyte 판독 시간, 2Kbyte 기록 시간을 비교해 보았다. Anticollision 실행 시간은 6ms로 판독·기록 시간과 비교해서 짧다. EEPROM과 FRAM에서는 기록 시간의 차이가 전 실행 시간에서 볼 때 2배의 차이나 났다.이처럼 FRAM을 탑재한 RFID 태그를 사용함으로써 기록 시간을 단축할 수 있으며 상품에 데이터 기록을 고속화할 수 있다. 이러한 기록 시간의 단축은 실제 필드에서 사용할 경우 뿐만 아니라 태그에 초기 데이터를 기록하는 발행 작업도 단축할 수 있다. 발행 작업의 단축은 발행기의 대수 절감이라는 형태로 시스템 비용의 절감에도 기여할 수 있다.고속 처리 기술RFID 태그와 리더/라이터 간의 통신 처리 시간과 데이터 처리 시간을 고속화함으로써 RFID를 적용할 수 있는 애플리케이션의 조건과 범위를 넓힐 수 있다.예를 들면 벨트 컨베이어 위를 고속으로 이동하는 다수의 물품에 부착된 RFID 태그를 읽는 경우 일괄해서 판독/기록 가능한 RFID 태그의 매수는, 리더/라이터의 통신 가능 범위에 RFID 태그가 존재하는 시간 내에 처리할 수 있는 RFID 태그의 매수로 결정되기 때문에 처리 시간이 느리면 판독 누락이나 기록 에러가 발생할 가능성이 있다. 물류 분야에서의 벨트 컨베이어 속도와 화물 반송차의 게이트 통과 속도가 RFID 태그의 이동 속도에 관한 요구 조건이 되며, 이것들은 대략 150~220m/분의 범위가 된다.이러한 경우에는 판독 지점에 여러 개의 안테나를 설치함으로써 통신 가능 범위를 넓히는 방법도 효과적이지만 설치 공간이나 비용이 증가하는 문제가 있다. 판독 속도가 빠르면 적은 안테나 수로도 커버가 가능하다.고속화에 따른 이점은 이외에도 있다. 같은 스루풋이라면 고속으로 판독/기록을 하고 빈 시간을 다른 리더/라이터에 통신 채널을 개방해서 사용할 수 있도록 함으로써 시스템 전체의 스루풋을 향상시킬 수가 있다.이번 장에서는 RFID 시스템의 통신·정보처리를 고속화하는 방법으로서 통신 속도의 고속화, 정보처리 시간의 단축, 고속 애플리케이션 방식의 적용, 판독 환경의 개선에 대해 설명한다.통신 속도의 고속화통신 속도를 높이기 위해서는 일반적으로 넓은 주파수 대역이 필요하다. RFID를 포함한 소전력 무선 통신 시스템을 사용할 수 있는 주파수, 대역폭 및 스펙트럼 마스크 등의 기술적 조건은 국가나 지역별로 엄밀하게 규정되어 있으며 서로 다르다.1채널당 최대 대역폭도 국가별로 규정되어 있기 때문에 이용할 수 있는 최대 통신 속도는 나라마다 다르다. 현재 널리 이용되고 있는 13.56MHz대의 주파수는 세계적으로 거의 공통의 규격이다.UHF대에 대해서 일본은 2005년 4월부터 952~954MHz의 2MHz를 이용할 수 있게 됐다. 다른 국가의 상황을 보면 유럽, 한국, 미국에서 각각 3MHz, 5.5MHz, 26MHz를 이용 가능하며 미국은 다른 국가와 비교해서 넓은 대역이 할당되어 있다. 이용 가능 대역과 채널 대역폭은 동시 이용 가능한 채널 수와 관계하며 이용 가능 대역이 넓을수록, 또한 각 채널의 전송 속도를 낮게 해서 채널 대역폭을 좁힐수록 많은 채널의 동시 이용이 가능하다. 일본에서는 동시 이용 가능한 채널 수를 확보하기 위해 넓은 대역을 이용한 통신은 곤란하지만 후지쯔에서는 한정된 대역에서 효율적인 전송을 수행할 수 있는 통신 기술도 개발하고 있다.정보처리 시간의 단축리더/라이터와 RFID 태그 간 통신 처리 이외에 리더/라이터와 상위 네트워크와의 통신 처리·정보 처리에 필요한 시간도 고속화에 있어 중요한 요소가 되는 경우가 있다. 앞에서 설명한 바와 같이 ID 번호만 축적되어 있는 RFID 태그에서는 부착한 물품에 관련된 정보는 네트워크 상의 데이터베이스에 축적되어 있으며 애플리케이션에 따라서는 네트워크 액세스 속도를 포함한 처리 시간이 문제가 된다. 한편 RFID 태그 자체가 메모리를 가진 경우는 로컬 시스템 내에서 처리를 완결할 수 있기 때문에 보다 고속의 처리가 가능하다.고속 애플리케이션 방식의 적용Anticollision은 복수의 RFID 태그가 동시에 응답을 반복함으로써 리더/라이터가 통신 불능이 되지 않도록 응답 수순을 제어하는 기능이다.여기서는 국제 표준 규격에도 채용되어 있는 대표적인 알고리즘으로서 바이너리 트리 방식과 알로하 방식을 소개한다.바이너리 트리 방식에서는 우선 리더/라이터가 각 RFID 태그에 대해 ID 번호의 선두 비트 값을 응답하도록 명령한다. 설명을 간단하게 하기 위해 ID는 3비트 값으로 한다. 리더/라이터는 여기에서 충돌을 검출했더니 선두 비트가 0인 RFID 태그에 한정해서 ID의 2비트째를 대조시킨다.여기에서도 충돌을 검출하여 ID가 00으로 시작하는 RFID 태그에 또 다시 한정해서 ID의 3비트째를 대조시킨다. 여기에서 충돌이 없으면 000인 RFID 태그의 존재를 인식할 수가 있다. 충돌이 있는 경우는 000과 001 2개의 RFID 태그가 있다고 인식할 수 있다. 다른 RFID 태그에서도 같은 수순을 반복함으로써 인식할 수가 있다.알로하 방식은 무선LAN 등의 패킷 통신에서 널리 사용되고 있는 액세스 제어 방식이다. RFID 태그는 응답할 때에 난수를 생성하고 이 값에 의해 자신이 응답을 하는 타임 슬롯을 결정한다.동일 타임 슬롯에서 복수의 RFID 태그가 응답한 경우는 충돌이 되기 때문에 재차 난수를 생성해서 처리를 반복한다.이상의 2가지 방식에 의한 성능(식별 속도)에는 큰 차이는 없지만 알로하 방식은 판독하는 RFID 태그의 수에 따라서 난수 값의 범위(슬롯 수)를 최적화하면 다소 효율이 향상된다.판독 환경의 개선실제 판독 성능은 주위 환경에도 크게 의존한다. 통신 환경이 나빠지면 통신 거리가 짧아지거나 스루풋이 저하된다. 환경 요인으로는 주위 잡음이나 가까이에서 동시 이용하는 리더/라이터로부터의 간섭, 주위 사물로부터의 전파 반사 영향 등이 있다. 주위 잡음은 같은 주파수를 다른 시스템과 공용하고 있는 경우와, 이것들이 근방의 주파수를 사용하고 있는 경우에 다른 시스템으로부터 간섭이 있는 것으로 관측된다. 13.56MHz대에서는 그다지 문제가 되지 않지만 2.45GHz대에서는 같은 주파수를 사용하고 있는 무선LAN, 블루투스와 전자레인지 등으로부터의 간섭을 고려해서 설치 위치와 안테나의 방향 등을 조정할 필요가 있다.패시브 태그용 리더/라이터는 RFID 태그에 전원을 공급하기 때문에 비교적 큰 RF 파워를 송출하며 이것이 다른 리더/라이터에 대한 간섭 신호가 되어 수신 성능을 열화시키는 요인이 된다. 따라서 공장 내 등에서 복수의 리더/라이터를 가까이에 배치해야 하는 경우에는 상호의 간섭 영향을 줄이는 방향으로 해야 한다. 지향성 안테나의 방향을 조정해서 다른 리더/라이터와, 이것이 읽으려고 하는 RFID 태그의 방향에 자국의 전파가 날아가지 않도록 하거나 상호 다른 주파수 채널을 사용하는 등의 방법이 있다.간섭 영향은 통신 거리가 큰 UHF대의 시스템에서 특히 문제가 되기 쉬우며, 여기에 대응하기 위해 후지쯔의 UHF대 리더/라이터는 빈 채널을 자동적으로 탐색하는 기능과 복수의 리더/라이터를 시분할 제어해서 동작시키는 기능 등을 갖고 있어 유연한 간섭 제어 대책이 가능해졌다.주변 물건으로부터 전파 반사의 영향에 의해 판독 가능 거리의 범위 내에 있어도 RFID 태그의 위치에 따라서 판독할 수 없는 장소가 생기는 경우가 있다. 안테나의 방향을 조정하거나 복수의 안테나를 이용함으로써 영향을 줄일 수 있다.본고에서는 유비쿼터스 사회에서 상품이 가진 정보를 판독하는 기술로서 고속의 통신·정보처리를 가능케 하는 RFID 시스템 기술을 소개했다. RFID 시스템은 최근 몇 년 동안 각 업계에서 실증실험의 실적을 토대로 본격적인 보급을 향해서 시장이 확대될 것으로 기대된다. 일본에서는 13.56MHz대의 시스템에 추가해 2005년 4월에 새로이 주파수가 할당된 UHF대의 시스템이 더해져 RFID 적용 분야가 한층 확대되는 동시에 시스템에 최적인 RFID를 고객이 선택할 수 있도록 환경이 개선되고 있다. RFID의 보급에 즈음해서는 여기에서 설명한 고속 처리 기술 이외에도 시큐리티, 운용 용이성과 저비용화 등 아직 해결해야 할 과제가 많다.
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