Earticle

본 논문에서는 multi-tag를 사용하는 backscatter communication에 MIMO beamforming 기술을 적용하여, 수신신호의 BER과energy harvesting을 효율을 증대시키고자 한다. multi-tag와 Hybrid-AP(H-AP) 사이의 communication을 통해 기본 채널 정보를얻었으며, 얻은 채널정보를 이용하여, Spatial Channel Model(SCM)의 전송 시나리오에 맞는 파라미터를 설정하고 SCM 채널을 생성하였다. 그리고 MIMO Beamforming 기술을 이용하여, H-AP는 각 tag에 SINR을 올리기 위한 optimal power를 갖는 신호를 보낸다. tag에서는 optimal power를 갖는 신호를 수신하여 backscatter communication을 수행하고, receiver에서는 multi-tag가 보내는backscatter 신호를 수신하여 time switching 기법으로 Energy harvesting을 수행한다. 따라서 Receiver에서 energy harvesting 효율과 backscatter 신호의 BER 성능 향상을 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있었다.

In this paper, we propose a scheme for MIMO beamforming for the backscatter communication using a multi-tag to improve the efficiency of energy harvesting and the BER of received signals. We obtain a normal channel information through a communication between the H-AP and multi-tag. The H-AP sets parameters for the transmission scenario of the spatial channel model (SCM) using the obtained channel information and generates a SCM channel information. Then, the H-AP transmits signals that have optimal transmission power to increase the signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) to each of tags. Tags perform a backscatter communication with signals. The receiver performs a time switching technique of energy harvesting using backscatter signals from the multi-tag. Simulation results demonstrate effectiveness of the proposed scheme, and the harvesting efficiency and BER at the receiver is greatly improved.

본 논문에서는 IEEE802.15.4a 기술표준 기반의 UWB 실내 위치 인식 시스템의 다수 태그 수용을 위한 비동기식 알고리즘을 제안한다. 다수의 태그를 운용하기 위한 기존의 연구에서는 CSMA-CA, TDMA와 같은 방식들을 사용하여 임의 접근으로 인한 신호의 충돌을 회피하였다. 이러한 방식들은 구현을 위하여 모든 구성 요소들에 정교한 동기화를 요구한다. 또한 관측 영역 내에서 태그의 수에 관계없이 동일한 시간을 소모한다는 점에서 시간을 낭비하게 된다는 단점이 있다. 본 논문에서는 동기화방식에 비하여서 상대적으로 간단하게 구현이 가능한 비동기식 방식을 사용하며 태그의 수량에 따라 가변적으로 동작하여 시간의 낭비를 줄일 수 있는 알고리즘을 제안한다.

Previous studies for operating multi-tags to avoid the collision of the signals generally used CSMA-CA or TDMA. However, these methods require precise synchronization for implementation of all components. Moreover, there exists a drawback that these methods obligate equal time consumption regardless of the number of tags in the observation area. In this paper, we propose an asynchronous method that uses a master anchor to control multi-tag operation. The propsoed system can be more easily implemented than the synchronous systems. The proposed system operates adaptively according to the number of tags, which reduces time loss.

For the security issue of the single tag ownership transfer, this paper proposes a multi-owner RFID Tag ownership transfer protocol based on the Chinese remainder theorem. By using secret sharing scheme, this protocol divides the sharing key into n parts, which then are distributed to n owners. Only when t owners cooperate together, the sharing key will be recovered. Thus, it ensures the tag’s security during the authentication and transformation of the ownership. Under the Linux environment, this protocol was achieved through simulationtest and the experiment data about the calculate time of the tag was got. Then with the number of owners increasing gradually, different results were compared. The result shows that in the protocol, when increasing the owners’ number, the calculate time of tag is in the acceptable range, which is also apply to the low cost tag.

As it is known, the researches on ownership transfer issues of RFID tag have focused on a single owner. However in practice, RFID tag may have multiple owners who occupy different weights. To solve the problem, the ownership transfer protocol of multi-owner with different weights based on Lagrange has been proposed. Assuming the key is divided into n parts in this paper, and the owner gets the corresponding sub secret key according to the weight. Then, If and only if the sum of the weights of the owners involved in the restoration of the secret key is equal to or greater than t, the secret key can be obtained, or not. Therefore, security of ownership transition and flexibility in the practical application are enhanced.

RFID(Radio Frequency IDentification)리더는 영역 내에 있는 다수의 태그를 인식할 때 데이터간의 충돌이 발생하는데 이러한 충돌은 리더의 태그인식 시간을 지연시키는 원인이 된다. 리더의 태그인식 시간의 지연을 방지하는 프로토콜은 대표적으로 QT(Query Tree)알고리즘을 사용하는데 본 논문에서는 충돌비트위치를 이용하여 개선된 QT-MTC(Query Tree with Multi-Tag Cognition)알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 충돌이 일어난 비트 수와 충돌이 발생한 비트 위치를 스택에 저장하여 트리를 순회하는 횟수를 줄였고, 두 개의 태그를 동시에 식별할 수 있도록 설계되었다. 성능분석 결과 QT 프로토콜에 비교하여 제안알고리즘은 연속된 태그 비트에 대해 높은 성능개선효과를 보였다.

RFID(Radio frequency IDentification) leader is collision of data, when recognizing the multiple tag the inside area. This collision became the cause which delays the tag recognition time of the leader. The protocol which prevents the delay of tag recognition time of the leader the place where representative it uses QT(Query Tree) algorithms, it uses a collision bit position from this paper and are improved QT-MTC(Query Tree with Multi-Tag Cognition) algorithms which it proposes. This algorithm stored the bit position which bit possibility and the collision where the collision happens occurs in the stack and goes round a tree the number of time which, it reduced could be identified two tags simultaneously in order, it was planned. A result of performance analysis, It compared in QT protocols and the this algorithm against the tag bit which is continued a tush efficiency improvement effect was visible.

In this paper, we propose an improved anti-collision algorithm for multi tag interrogation in ubiquitous sensor network(USN) and show the result of simulation for multi tag interrogation in RFID systems. We have analyzed an EPC(Electronic Product Code) protocol which specifies the physical and logical requirements for a passive-backscatter Reader-Talk-First(RTF) RFID(Radio Frequency Identification) system operating in the $860MHz{\sim}960MHz$ frequency range. We have also designed and implemented the simulator of the RFID system based on the EPC protocol. Finally, we find that proposed algorithm works better than an existing algorithm.

RFID 리더기가 영역내의 다수의 태그를 인식하기 위해선 충돌방지 알고리즘이 필수적으로 요구된다. 본 논문은 Auto ID Class 0에서 정의한 충돌방지 알고리즘인 Bit-by-Bit 이진트리 알고리즘(BBB)의 충돌 위치를 스택에 저장하고 이를 통해 다음 질의어를 결정함으로써 성능이 크게 개선된 Stack-bit-by-bit(SBBB) 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션을 통한 검증결과 질의-응답 횟수, 질의어의 크기, 응답어의 크기의 모든 면에서 성능이 개선된 것을 확인할 수 있었다.

센서태그(Sensor Tag)는 기존의 RFID 태그의 특징을 그대로 유지하면서 사물의 온도 습도와 같은 정보를 추가로 획득하여 냉장 제품 등의 관리에 유용하게 사용 할 수 있는 태그이다. 이러한 센서태그에 의해 획득된 정보, 즉 센싱 데이터는 리더의 인식 영역 안에서만 획득할 수 있으며 센싱 데이터가 변화할 때마다 보고하거나 또는 주기적으로 보고를 하는 특징이 있다. 기존의 RFID 환경에서는 센싱 데이터를 단순히 속성 정보로 관리하므로 영역질의 등 센서태그 객체에 대한 질의를 처리하기 위해서 많은 연산이 필요하며 복합 질의 시 시스템 성능이 급격하게 저하된다. 본 논문에서는 센서태그 객체의 특성을 고려한 통합 데이터 모델을 제시하고 질의를 효율적으로 처리하기 위한 색인 기법을 제안한다. 그리고 동일 리더 인식영역 내의 센싱 데이터가 특정 값으로 집중되는 특성을 고려하여 데이터 삽입 시 강제 합병 기법을 이용하여 노드의 중첩으로 인해 검색 성능을 떨어뜨리는 문제를 해결한다.

본 논문에서는 다중 에이전트 심층 강화학습(MADRL, multi-agent deep reinforcement learning) 기법을 이용하여 2차원 술래잡기 게임을 구현하기 위한 보상 정책들을 제안하고 비교한다. 술래잡기 게임은 추격자(chaser)가 도망자(runner)를 쫓아가 태그(tag)하면 승리하는 게임이며, 도망자는 태그되기 전까지 생존한 시간이 길수록 더 높은 점수를 획득한다. 이 게임은 n회까지 태그되기 전까지는 도망자가 생존하는 것으로 정하거나 장애물의 배치 및 도망자와 추격자의 인원수 등에 따라 다양한 변형이 가능하다. 강화학습에서 도망자가 에이전트가 되어 생존 시간을 최대화하는 방향으로 학습할 경우, 보상 정책을 결정하는 과정은 많은 시행착오를 요구한다. 본 논문에서는 다양한 보상 정책에 따라 에이전트의 생존 시간을 조사하여 최적의 보상 정책을 발견하는 과정을 보인다. 일정한 규칙에 따라 추격자들이 에이전트를 쫓도록 설정한 뒤 에이전트의 생존 시간이 길어지는 방향으로 학습되는 것을 목표로 하여, 장애물이 서로 다르게 배치된 4개의 스테이지(stage)를 구성한 뒤 벽, 장애물, 추격자와의 충돌을 피하기 위한 11가지의 서로 다른 보상 정책을 적용하여 강화학습을 수행하였다. 실험을 통해 에이전트가 가장 오래 생존할 수 있는 보상 정책을 결정한 뒤, 이 보상 정책으로 학습된 에이전트들을 도망자로 사용하여 게임 플레이어가 추적하는 술래잡기 게임을 구현한 결과를 보인다.

This paper proposes and compares various reward policies for implementing a 2D tag game using multi-agent deep reinforcement learning (MADRL) techniques. Tag is a game where a chaser chases and tags a runner, with the runner aiming to avoid being tagged for as long as possible. The game can be customized with variations such as setting a tag limit, adjusting the environment with obstacles, or altering the number of players on each team. Designing an effective reward policy for an agent in a tag game to maximize survival time can be challenging and involve a substantial amount of experimentation. This paper investigates the impact of various reward policies on agent survival time and presents a methodology for identifying the optimal reward policy. Reinforcement learning experiments were conducted on four distinct stages, each with a unique obstacle layout, where agents were trained to maximize survival time while being chased under predefined rules. Eleven different reward policies were applied to evaluate their effectiveness, each focused on avoiding collisions with walls, obstacles, and chasers. After determining the optimal reward policy that maximizes agent survival time through experiments, a tag game was implemented where human players chase agents trained under this policy.

IT산업이 발전함에 따라 Bluetooth, ZigBee, RFID(Radio Frequency Identification)와 같은 근거리 무선통신 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 다양한 분야에 활용되고 있다. 그 중 NFC(Near Field Communication)의 연구가 활발히 진행되고 있으며, NFC 태그와 함께 사용할 경우 활용성은 더욱 증대된다. 이와 관련하여 현재 다양한 NFC 태그관련 애플리케이션이 존재한다. 하지만 기존의 NFC 태그 애플리케이션은 단일 기능을 중심으로 제공하고, 여러 가지 기능을 이용하기 위해서는 여러 개의 NFC 태그가 필요하다는 단점이 있다. 이 점을 개선하고자 본 논문에서는 단일 NFC 태그로 다양한 기능을 제공하는 애플리케이션을 구현한다. 기능들로는 Text입력과 에어플레인 모드, Wi-Fi, Bluetooth, 무음모드, 알람, 알람설정, 사용자 지정 애플리케이션 선택 및 활성이 있다. 이러한 기능들은 사용자의 상황에 맞게 태그에 입력 시킬 수 있으며, 결과적으로 기존의 단일 기능을 제공하는 애플리케이션보다 개선됨 점을 나타낸다.

IT산업이 발전함에 따라 Bluetooth, ZigBee, RFID(Radio Frequency Identification)와 같은 근거리 무선통신 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 다양한 분야에 활용되고 있다. 그 중 NFC(Near Field Communication)의 연구가 활발히 진행되고 있으며, NFC 태그와 함께 사용할 경우 활용성은 더욱 증대된다. 이와 관련하여 현재 다양한 NFC 태그관련 애플리케이션이 존재한다. 하지만 기존의 NFC 태그 애플리케이션은 단일 기능을 중심으로 제공하고, 여러 가지 기능을 이용하기 위해서는 여러 개의 NFC 태그가 필요하다는 단점이 있다. 이 점을 개선하고자 본 논문에서는 단일 NFC 태그로 다양한 기능을 제공하는 애플리케이션을 구현한다. 기능들로는 Text입력과 에어플레인 모드, Wi-Fi, Bluetooth, 무음모드, 알람, 알람설정, 사용자 지정 애플리케이션 선택 및 활성이 있다. 이러한 기능들은 사용자의 상황에 맞게 태그에 입력 시킬 수 있으며, 결과적으로 기존의 단일 기능을 제공하는 애플리케이션보다 개선됨 점을 나타낸다.

본 논문에서는 단일리더기가 아닌 멀티리더기를 이용하여 리더기들간의 상호 협동작업을 통하여 일정한 속도로 이동하는 태그를 최대한 많이 읽을 수 있는 멀티리더기들간의 협업을 이용한 향상된 태그인식 알고리즘을 제안하였다. 즉, 두 개의 리더기를 사용하여 많은 양의 태그가 서로 다른 이동 속도로 리더기를 지나 갈 때, 첫 번째 리더기가 저장해 놓은 태그정보를 두 번째 리더기가 이어받아 계속하여 나머지 태그를 인식하는 알고리즘을 개발한다. 시뮬레이션 결과 멀티리더기를 이용하면 단일리더기의 단점을 극복하여 보다 향상된 태그 인식 결과를 얻어내어 좀 더 안정적이고 효율적인 알고리즘을 제안하였다.

본 논문에서는 단일리더기가 아닌 멀티리더기를 이용하여 리더기들간의 상호 협동작업을 통하여 일정한 속도로 이동하는 태그를 최대한 많이 읽을 수 있는 멀티리더기들간의 협업을 이용한 향상된 태그인식 알고리즘을 제안하였다. 즉, 두 개의 리더기를 사용하여 많은 양의 태그가 서로 다른 이동 속도로 리더기를 지나 갈 때, 첫 번째 리더기가 저장해 놓은 태그정보를 두 번째 리더기가 이어받아 계속하여 나머지 태그를 인식하는 알고리즘을 개발한다. 시뮬레이션 결과 멀티리더기를 이용하면 단일리더기의 단점을 극복하여 보다 향상된 태그 인식 결과를 얻어내어 좀 더 안정적이고 효율적인 알고리즘을 제안하였다.

능동형 RFID가 많은 응용 분야에서 활용되기 위해서 대용량의 태그 데이터를 보다 빠르고 효율적으로 보낼 필요성이 대두되고 있다. ISO/IEC 18000-7 표준은 433MHz대역을 사용하고 있으며 전송 속도는 27.8kbps에 불과하다. 이러한 전송속도는 대용량 데이터를 전송하기에 무리가 있다. 우리는 빠른 대용량 태그 데이터 전송을 위하여 2.4GHz대역을 사용하였고, 보다 효율적인 데이터 전송을 위하여 데이터 전송 프로토콜을 설계하였다. 우리가 설계한 프로토콜은 Burst Read UDB라는 새로운 명령어를 사용하여 255bytes이상의 메시지 데이터를 생성하고, 이를 효과적으로 전송할 수 있도록 이루어져 있다. 프로토콜을 구현하기 위하여 Texas Instruments사에서 개발한 Smart RF04 개발보드를 사용하였으며, 통신모듈로는 CC2500트랜시버를 이용하였다. 구현을 통한 비교실험에서 63.75kbytes의 데이터를 전송할 경우, 기존 표준의 Read UDB보다 Burst Read UDB가 17.95%의 데이터 전송시간이 향상되었음을 확인하였다.

To apply active RFID technology in the various kinds of industry, it needs to quickly transmit a large amount of data. ISO/IEC 18000-7 standard uses the 433.92MHz as single channel system and its transmit rate is just 27.8kbps, that is insufficient for a large amount of data transmission. To solve this problem, we designed a new data transmission protocol using 2.4GHz band. The feature of designed protocol is not only making over 255bytes data messages using the Burst Read UDB but also efficiently transmitting it. To implement this protocol, we use Texas Instruments's SmartRF04 develop kit and CC2500 transceiver as RF module. As an evaluation of 63.75kbytes data transmission, we demonstrate that transmission time of Burst Read UDB has improved as 17.95% faster than that of Read UDB in the ISO/IEC 18000-7.