충돌 정보와 m-bit인식을 이용한 적응형 RFID 충돌 방지 기법

이제율 ( Je-yul Lee ),신종민 ( Jongmin Shin ),양동민 ( Dongmin Yang ) 한국인터넷정보학회 2013 인터넷정보학회논문지 Vol.14 No.5

RFID(Radio Frequency Identification)시스템은 하나의 RFDI리더, 다수의 RFID태그 장치들로 이루어진 비접촉방식의 근거리 무선 인식 기술이다. RFID태그는 자체적인 연산 수행이 가능한 능동형 태그와 이에 비해 성능은 떨어지지만 저렴한 가격으로 물류 유통에 적합한 수동형 태그로 나눌 수 있다. 데이터 처리 장치는 리더와 연결되어 리더가 전송받은 정보를 처리한다. RFID 시스템은 무선주파수를 이용해 다수의 태그를 빠른 시간에 인식할 수 있다. RFID시스템은 유통, 물류, 운송, 물품관리, 출입 통제, 금융 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 하지만 RFID시스템을 더욱 확산시키기 위해서는 가격, 크기, 전력소모, 보안 등 해결할 문제가 많다. 그 문제들 중에서 본 논문에서는 다수의 수동형 태그를 인식할 때 발생하는 충돌 문제를 해결하기 위한 알고리즘을 제안한다. RFID 시스템에서 다수의 태그를 인식하기 위한 충돌 방지 기법에는 확률적인 방식과 결정적인 방식 그리고 이를 혼합한 하이브리드 방식이 있다. 본 논문에서는 우선 기존에 있던 확률적 방식의 충돌방지기법인 알로하 기반 프로토콜과 결정적 방식의 충돌방지기법인 트리 기반 프로토콜에 대해 소개한다. 알로하 기반 프로토콜은 시간을 슬롯 단위로 나누고 태그들이 각자 임의로 슬롯을 선택하여 자신의 ID를 전송하는 방식이다. 하지만 알로하 기반 프로토콜은 태그가 슬롯을 선택하는 것이 확률적이기 때문에 모든 태그를 인식하는 것을 보장하지 못한다. 반면, 트리 기반의 프로토콜은 리더의 전송 범위 내에 있는 모든 태그를 인식하는 것을 보장한다. 트리 기반의 프로토콜은 리더가 태그에게 질의 하면 태그가 리더에게 응답하는 방식으로 태그를 인식한다. 리더가 질의 할 때, 두 개 이상의 태그가 응답 한다면 충돌이라고 한다. 충돌이 발생하면 리더는 새로운 질의를 만들어 태그에게 전송한다. 즉, 충돌이 자주 발생하면 새로운 질의를 자주 생성해야하기 때문에 속도가 저하된다. 그렇기 때문에 다수의 태그를 빠르게 인식하기 위해서는 충돌을 줄일 수 있는 효율적인 알고리즘이 필요하다. 모든 RFID태그는 96비트의 EPC(Electronic Product Code)의 태그ID를 가진다. 이렇게 제작된 다수의 태그들은 회사 또는 제조업체에 따라 동일한 프리픽스를 가진 유사한 태그ID를 가지게 된다. 이 경우 쿼리 트리 프로토콜을 이용하여 다수의 태그를 인식 하는 경우 충돌이 자주 일어나게 된다. 그 결과 질의-응답 수는 증가하고 유휴 노드가 발생하여 식별 효율 및 속도에 큰 영향을 미치게 된다. 이 문제를 해결하기 위해 충돌 트리 프로토콜과 M-ary 쿼리 트리 프로토콜이 제안되었다. 하지만 충돌 트리 프로토콜은 쿼리 트리 프로토콜과 마찬가지로 한번에 1비트씩 밖에 인식을 못한다는 단점이 있다. 그리고 유사한 태그ID들이 다수 존재할 경우, M-ary 쿼리 트리 프로토콜을 이용해 인식 하면, 불필요한 질의-응답이 증가한다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하고자 M-ary 쿼리 트리 프로토콜의 매핑 함수를 이용한 m-비트 인식, 맨체스터 코딩을 이용한 태그 ID의 충돌정보, M-ary 쿼리 트리의 깊이를 하나 감소시킬 수 있는 예측 기법을 이용하여 성능을 향상시킨 적응형 M-ary 쿼리트리 프로토콜을 제안한다. 본 논문에서는 기존의 트리기반의 프로토콜과 제안하는 기법을 동일한 조건으로 실험하여 비교 분석 하였다. 그 결과 제안하는 기법은 식별시간, 식별효율 등에서 다른 기법들보다 성능이 우수하다. RFID(Radio Frequency Identification) system is non-contact identification technology. A basic RFID system consists of a reader, and a set of tags. RFID tags can be divided into active and passive tags. Active tags with power source allows their own operation execution and passive tags are small and low-cost. So passive tags are more suitable for distribution industry than active tags. A reader processes the information receiving from tags. RFID system achieves a fast identification of multiple tags using radio frequency. RFID systems has been applied into a variety of fields such as distribution, logistics, transportation, inventory management, access control, finance and etc. To encourage the introduction of RFID systems, several problems (price, size, power consumption, security) should be resolved. In this paper, we proposed an algorithm to significantly alleviate the collision problem caused by simultaneous responses of multiple tags. In the RFID systems, in anti-collision schemes, there are three methods: probabilistic, deterministic, and hybrid. In this paper, we introduce ALOHA-based protocol as a probabilistic method, and Tree-based protocol as a deterministic one. In Aloha-based protocols, time is divided into multiple slots. Tags randomly select their own IDs and transmit it. But Aloha-based protocol cannot guarantee that all tags are identified because they are probabilistic methods. In contrast, Tree-based protocols guarantee that a reader identifies all tags within the transmission range of the reader. In Tree-based protocols, a reader sends a query, and tags respond it with their own IDs. When a reader sends a query and two or more tags respond, a collision occurs. Then the reader makes and sends a new query. Frequent collisions make the identification performance degrade. Therefore, to identify tags quickly, it is necessary to reduce collisions efficiently. Each RFID tag has an ID of 96bit EPC(Electronic Product Code). The tags in a company or manufacturer have similar tag IDs with the same prefix. Unnecessary collisions occur while identifying multiple tags using Query Tree protocol. It results in growth of query-responses and idle time, which the identification time significantly increases. To solve this problem, Collision Tree protocol and M-ary Query Tree protocol have been proposed. However, in Collision Tree protocol and Query Tree protocol, only one bit is identified during one query-response. And, when similar tag IDs exist, M-ary Query Tree Protocol generates unnecessary query-responses. In this paper, we propose Adaptive M-ary Query Tree protocol that improves the identification performance using m-bit recognition, collision information of tag IDs, and prediction technique. We compare our proposed scheme with other Tree-based protocols under the same conditions. We show that our proposed scheme outperforms others in terms of identification time and identification efficiency.

소규모 무선 네트워크에 적합한 중앙제어 방식의 DESYNC 개선 방안

이남권,현상현,이제율,이규원,양동민,Lee, Nam-Kwon,Hyun, Sang-Hyun,Lee, Je-Yul,Lee, Ku-Won,Yang, Dong-Min 한국정보통신학회 2015 한국정보통신학회논문지 Vol.19 No.3

In the recent days, interests in machine-to-machine communication schemes in small-scale networks has been increasing with growing demands. TDMA(Time Division Multiple Access) can be used as a multiple access method in small-scale networks. However, time synchronization for TDMA is complicated or needs additional equipments. Such a large cost is not suitable for small-scale networks. We propose, BC-DESYNC, a efficient time synchronization for small-scale networks by extending DESYNC(DESYNChronization). DESYNC takes a long time to complete synchronization and doesn't guarantee the synchronization delay. BC-DESYNC uses CU(Central Unit) that performs a centralized control to achieve the 2-hop communication and guarantees the synchronization completion time by using Mimic firing and C-DESYNC scheme. 최근 기기간 통신에 따른 소규모 네트워크에 적합한 통신 방법들에 대한 관심이 급증하면서 수요가 증가하고 있다. 소규모 네트워크의 기본적 시스템은 TDMA(Time Division Multiple Access)방식이 사용될 수 있다. 하지만 TDMA는 동기화 방식이 복잡하고 추가 장비가 필요하며 비용적인 측면에서 비효율 적이다. 때문에 본 논문에서는 DESYNC(DESYNChronization)를 이용하여 소규모 네트워크에 적합한 동기화 방법을 제안한다. 기존 DESYNC는 동기화 완료까지의 시간이 걸리고 지연시간을 보장하지 않는다. 본 논문에서는 DESYNC 알고리즘을 개선하여 BC(Bridge Count)-DESYNC를 제안한다. BC-DESYNC는 통신 범위를 초과한 노드들 사이에 CU(Central Unit)을 배치하여 중앙제어장치 기능을 통해 노드들의 통신이 가능하도록 하며, Mimic DESYNC와 C-DESYNC를 이용하여 동기화 상태 완료 시간을 보장한다.

근골격계 질환에 대한 한방 관리 안드로이드 앱 개발

이민호 ( Min-ho Lee ),이제율 ( Je-yul Lee ),현상현 ( Smg-hyun Hyun ),이남권 ( Nam-kwon Lee ),양동민 ( Dongmin-min Yang ) 한국정보처리학회 2014 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.21 No.2

IT 기술의 발전으로 U-Health’를 기반으로 하는 건강관리 앱의 필요성이 증가하고 있다. "U-Health’는 무선 인터넷 기술을 이용하여 질병의 예방과 치료를 위한 원격진료 서비스로서 다양한 형태로 사용자 들에게 제공된다. 본 논문에서는 안드로이드 플랫폼을 활용하여 근골격계 환자가 의사의 도움 없이 스마트기기를 이용하여 텍스트 문진과 이미지 문진을 통해 의사의 진단과 동일한 결과를 얻을 수 있는 건강관리 엠을 소개한다. 그리고 예약 및 진료 정보 등 병원에서 제공하는 서비스를 스마트기기 상에서 이용할 수 있도록 병원 시스템과 연동하였다.

유비쿼터스 및 모바일 컴퓨팅 : 단일홉 무선 애드혹 네트워크에서 단순 TDMA 시스템을 위한 DESYNC 알고리즘 개선 방안

현상현 ( Sang Hyun Hyun ),이제율 ( Je Yul Lee ),양동민 ( Dong Min Yang ) 한국정보처리학회 2014 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.3 No.9

TDMA(Time Division Multiple Access)는 무선 네트워크에서 한정된 주파수 대역을 일정한 크기의 시간 단위인 슬롯으로 분할하고 사용자가 할당된 슬롯을 이용하여 통신할 수 있는 채널 접속 기술이다. TDMA에 사용되는 기술에 따라 동기와 비동기 방식으로 나눌 수 있다. TDMA의 동기화 과정은 복잡하고, 추가 장비가 필요할 수 있기 때문에 소규모 네트워크에 적합하지 않다. 반면, 비동기 방식의 DESYNC에서는 전역 클록(global clock)이나 기반 시설 도움 없이 동기화를 이룰 수 있다. 하지만 DESYNC는 동기화 완료하는 데 제법 시간이 걸리고, 소요되는 최대 지연 시간이 얼마인지 보장하지 못한다. 그래서 본 논문에서는 소규모 네트워크에 적합한 경량 동기화 기법인 C-DESYNC를 제안한다. C-DESYNC는 참가 하는 노드의 주기 시작 정보를 가지고 있는 GP(Global Packet) 신호와 노드들의 firing 개수를 이용하여 노드의 개수를 파악하고, 이 정보를 이용하여 동기화를 이룬다. 제시하는 알고리즘은 기존의 동기화 방식의 TDMA 기법에 비해 간단하여 비용 측면에서도 효율적이며, 동기화 완료시까지 걸리는 최대 지연시간을 보장한다. 시뮬레이션 결과를 통해서 C-DESYNC는 참가 노드 개수에 관계없이 오직 3 주기 내에 동기화 완료를 보장하는 것을 보여준다. TDMA(Time Division Multiple Access) is a channel access scheme for shared medium networks. The shared frequency is divided into multiple time slots, some of which are assigned to a user for communication. Techniques for TDMA can be categorized into two classes: synchronous and asynchronous. Synchronization is not suitable for small scale networks because it is complicated and requires additional equipments. In contrast, in DESYNC, a biologically-inspired algorithm, the synchronization can be easily achieved without a global clock or other infrastructure overhead. However, DESYNC spends a great deal of time to complete synchronization and does not guarantee the maximum time to synch completion. In this paper, we propose a lightweight synchronization scheme, C-DESYNC, which counts the number of participating nodes with (Global Packet) signal including the information about the starting time of a period. The proposed algorithm is mush simpler than the existing synchronization TDMA techniques in terms of cost-effective method and guarantees the maximum time to synch completion. Our simulation results show that C-DESYNC guarantees the completion of the synchronization process within only 3 periods regardless of the number of nodes.