지하터널의 다중전파 환경에서 RFID 태그 인식률 최적화에 관한 연구 = The Optimization of RFID-Tag Recognition at the Multi Radiowave of Subway Tunnel.|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

국 문 초 록

□ 지하터널의 다중전파 환경에서 RFID 태그 인식률 최적화에 관한 연구

철도운송 및 도심의 대중교통 수단으로서 지하철도는 그 동안 기계적인 연동 기술에서 컴퓨터 시스템과 네트워크 통합기능의 IT(information technology) 기반기술로 변화하여 대용량의 운송체계에 혁신적 변화를 가져왔다. 그러나 시스템 유지 보수의 자동화와 선로의 기반자원 상에 이동하는 열차간의 유기적 연동을 위해 IT 시스템과의 결합은 확산단계에 있지만 아직 많은 부분이 인적 자원에 의지해 운영 관리되고 있다. 특히 센서 시스템은 철도 분야의 터널관리 체계를 위해서 대기, 음파, 진동, 적외선 감지 등의 환경적 정보와 열차의 위치 정보, 정지, 이동, 고장 등 다양한 제어용 정보들을 통합하는 지능적 결합이 요구되고 있다.
본 논문에서는 지하터널의 전파 특성분석과 RFID(radio-frequency identification)의 tag 인식률 최적화를 위한 실험을 실행하여 지하철의 효과적인 운전정보의 제공과 터널 관리용 센서 기술의 활용 방안을 제시한다. 따라서 실험은 지하철의 통신 환경과 철로의 구조적인 특징을 잘 갖추고 있는 서울-메트로 4호선 “총신대역과 사당역 구간” 사이에서 진행하였으며, 실험 시스템은 UHF (ultra high frequency) 대역의 상용화된 RFID 리더기와 tag 그리고 특수 제작한 스펙트럼 분석기용 안테나 및 측정용 밀차(trolley)를 사용하였다.
실험에서 RFID 리더기의 위치는 데이터를 효율적으로 수집하고 전달할 수 있도록 이동하는 열차 운전석에 장착하였으며, tag는 터널 벽면에 설치하여 열차속도에 따른 인식률 변화, 다중 전파 환경에서 무선 인터페이스 특성을 분석하였다.
실험결과 RFID 인식률은 리더기의 성능에 따른 것이 아니라 tag의 후방 산란에 의해 출력되는 역방향 연결 신호의 강도에 따라 인식거리가 결정되며, 리더기의 수신신호 강도는 tag의 RCS(radar cross section) 즉, tag의 칩(chip) 입력 임피던스 정합 조건하에서의 산란 단면적에 비례함을 알 수 있었다. 따라서 RFID를 이용한 시스템 구축을 할 경우, tag 칩과 안테나 제조회사에 따라 성능과 인식률의 차이가 발생할 수 있게 되며 RFID 시스템 설계 및 구축에 장애 요소로 나타나게 된다.
본 논문은 이러한 문제점 개선을 위하여 첫째, 제조회사 별로 서로 다른 tag의 RCS 값을 간편하게 측정할 수 있는 이론적 수식을 제안하고 산출된 값을 표로 작성 하였으며, 실제 지하 터널 환경에서 실험 검증하였다. table 값은 설계상의 tag 인식거리에 대한 오차 범위를 예상 할 수 있어서 다중 전파가 있는 터널 환경에서 RFID를 이용한 시스템 구축을 할 경우 중요한 인자로 활용될 수 있다.
둘째, 고속으로 이동 중인 열차의 리더기가 터널 내 tag를 인식하는 실험에서 이동전화의 안테나 방사패턴이 인식률에 심각한 영향을 미치는 것으로 분석되었으며, 이동전화의 고출력 수직편파에 대응하는 tag 안테나 수평편파 적용방식의 인식률 최적화 방안을 제시하였다. 또한 실험에서 사용했던 인레이(inlay)형태의 RFID tag 주파수 대역이 860(MHz)∼960(MHz)일 때, 터널 내의 CDMA 주파수인 850(MHz)∼880(MHz) 대역으로부터 영향을 받기 때문에 tag 인식률이 저하됨을 밝혔고, 지하 터널 내의 이동통신 중계기 지역에 설치할 RFID tag는 917(MHz)∼923.5(MHz) 중심으로 910(MHz)∼930(MHz) 대역통과필터특성을 갖는 PCB 형태의 metal-tag제작사용을 제안한다.

□ 주요어(key words) : RFID, 태그(tag), 인식률, 지하철, 터널, 전파.

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