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2011. 1. 24. 15:49 대덕밸리과학소식/ETRI

지금까지 외국 기술을 도입했던 실외환경 사물의 위치추적 기술에 대해 ETRI가 '능동형 RFID 기반 위치추적 기술(RTLS: Real Time Location System)'을 국내 기술로 개발했습니다.

이번에 개발한 기술적 특징은 전송 프레임 구조를 최적화해 600m 이상의 인식거리 확장과 오차범위 2m 이내의 정확도를 가지며,  태그의 전력 소비가 기존 기술보다 60% 수준으로 줄였고, 센서와 GPS 연동 기능을 지원해 기술의 응용서비스 범위를 확장시켰습니다.
 

< RTLS 시스템 구성도 >

RTLS 시스템은 필수적으로 태그, 리더, 기준태그, 위치프로세서, 서버로 구성되며 선택적으로 엑사이터, 프로그래머 등으로 구성된다.

RTLS 기술 형태별 분류


경제적인 측면에서는 태그 칩 소비전력을 낮춤으로써 수명을 연장시켰고,  최초로 리더 모뎀칩 개발을 통해 시스템 저가화를 실현하였다.

 이번에 개발한 기술에는 센서 및 GPS와 융합한 기술을 포함하고 있어, 특정한 지역에서 이동하는 차량이나 물체의 위치정보, 상태정보를 제공할 수 있기 때문에 다양한 산업체 현장에서 사물의 위치추적이 가능합니다.

이는 위험지역이나 구제역 발생 방제지역의 차량위치 파악이나 추적 등에도 활용이 가능합니다.

또 독거노인이나 어린이 등 특별한 보호가 필요한 사람에 대한 실시간 위치추적이 가능, 미아 방지와 사회 안전망 강화에도 큰 효과가 기대됩니다.

<위치 프로세서 및 서버>

위치 프로세서에는 리더들과 인터페이스 되는 데이터 제어 블록과 각종 엔진 및 위치 보정 및 필터링 기능을 포함하고 있으며 위치 서버는 위치 프로세서와 인터페이스 되며 제어 감시 등의 명령을 총괄하는 기능을 담당하고 있다.


ETRI는 이번에 개발된 기술을 RFID 국제표준기구인 ISO/IEC SC31에 국제표준 기술로 제안, 국제표준절차가 진행 중이며, 2012년 말에 국제표준으로 공표될 예정입니다.

ETRI는 신규 국제 표준화 추진을 주도하는 과정에서 위치추적의 성능 개선과 함께 서비스 응용범위를 확장하기 위하여 센서와 GPS 연동이 가능한 기술을 개발해 표준안에 반영시켰습니다.

신규 표준을 반영한 태그칩과 리더모뎀칩을 개발 적용해 성능시험을 완료함으로써, 측위기술에 대한 원천기술도 확보했습니다.

ETRI RFID기반기술연구팀 이형섭 팀장은 해외 경쟁기관으로부터 기술의 다음 단계인 실내외 공간 연속 위치추적 기술 개발의 전략적 협력을 요청받은 상태라고 밝혔습니다.

한편 이번 기술은 ETRI가 지식경제부의 사업 지원을 받아 추진됐고, 빅텍, 셀리지온, 코리아컴퓨터, 텔에이스 등이 공동 참여했습니다. 

<RTLS GUI>

RTLS 시스템의 설치 위치 등의 그래픽 정보를 저장하고 있으며 사용자가 편리하게 제어 및 감시할 수 있도록 그래픽 환경을 제공한다.

                              실시간 위치추적(RTLS : Real Time Location System) 

RTLS(Real Time Location System)는 실시간 위치추적 시스템으로 능동형(Active) 태그를 사용하는 능동형 RFID 기반의 위치추적 기술이며, 많은 산업 분야에 사용되는 추세다.
일반적인 예로 정확한 위치추적 및 이동경로가 필요한 고가 자산이나 사람의 위치확인 및 이동경로 추적 정보, 그리고 중요지역의 출입자 관리 등에 활용될 수 있으며 차량의 위치, 자재의 위치 등 실내, 실외의 다양한 분야에서 사용되고 있다.

RTLS 기본적인 구성은 위치추적용 태그, 태그의 정보를 읽는 리더, 기준 동기를 위한 기준 동기 태그, 각 리더로부터의 시각 정보를 받아서 위치 정보를 계산하는 위치 프로세서, 위치 프로세서를 관리하는 위치 서버로 구성된다.
RTLS 시스템은 리더 인프라를 기반으로 구성이 되기 때문에 모든 영역을 정밀한 Tracking Zone으로 구성하기에는 많은 예산이 필요하다. 따라서 각 시스템마다 구축의 형태에 따라 리더의 배치에 따른 위치 정밀도가 달라진다.

현재 RTLS의 기술 형태 측면에서 다양한 기술을 기반으로 위치추적서비스 구현이 가능하며, 사물의 위치추적에는 적용되는 시스템은 크게 2.4GHz의 ISO24730, Wi-Fi 와 UWB 등이 있다. 하지만 각 기반 기술 마다 특징과 장점이 있으며, 이를 충분히 검토하지 않는 다면 실제 구축현장에서 많은 어려움을 겪을 수 있다.
실외 특정한 지역에서의 위치 추적을 위해서는 가장 적합한 기술은 ISO 24730 표준 기술이다.

이번에 ETRI가 개발한 실시간 위치추적 시스템은 이러한 실외 환경에 적합한 ISO 24730-2의 기술을 한층 업그레이드한 기술이다.

기존에 WhereNet에 의해 주도되어 국제표준으로 제정된 ISO/IEC 24730-2는 DBPSK Data Encoding과 PN 확산코드를 사용한 2.4 GHz 대역의 직접 시퀀스 확산 스팩트럼(DSSS:Direct Sequence Spread Spectrum)방식 및 최대 인식거리 300m, 측위 오차 3m이내를 주된 특징으로 하고 있다.

그러나 프리엠블 구조, 전송용 프레임 구조, PN 코드 생성 및 주기, 태그 전력 소비와  태그간 충돌 문제 등의 개선될 필요가 있어서 OQPSK Data Encoding과 Walsh 코드와 PN 코드의 확산코드를 사용한 2.4GHz 대역의 직접 시퀀스 확산 스팩트럼방식의 개선된 RTLS 기술을 ETRI가 주도적으로 개발 및 국제표준화를 추진하였다.

RTLS의 개선된 기술적인 특징으로는 프리앰블 구조 개선, CRC 비트 축소, 전송 프레임 구조 변경, Sub Blink ID 추가 등의 전송 프레임구조를 최적화하여 600m 이상의 인식거리와 2m이내의 오차로 인식거리 및 정확도를 개선하였으며, 기존 태그의 전력대비 60%의 전력 소비 및 센서와 GPS 연동 기능을 지원하여 기술의 응용 서비스 범위를 확장시켰다.

또한 경제적인 특징으로는 시스템 비용 절감을 위해 ISO 24730-2-1와 24730-2-2를 지원하는 태그 칩 및 동시 지원하는 리더 모뎀칩을 개발하였다. 태그 칩은 소비 전력 낮춤으로서 수명을 연장하였으며 최초로 리더 모뎀칩 개발을 통해 시스템 저가화를 실현하였다.

개발된 기술로써 시스템 구성을 위한 HW는 태그/기준태그 및 리더와 SW 구성으로는 위치 프로세서 및 위치 서버, GUI이며, 칩으로는 일반 태그칩, GPS 태그칩, 리더 모뎀칩 등을 개발하였다. 

GPS 태그칩 : GPS 수신 모뎀의 기능을 포함하고 있는 태그 칩

리더 모뎀칩 : 리더 모뎀의 기능을 집접화하여 구현한 칩

태그칩 : 태그의 기능을 집접화하여 칩으로 구현함.



이번 기술 개발의 기대 효과로 독보적인 경제 산업적 측면에서는 특정 공간에서 정밀한 위치정보 및 상태를 제공할 수 있으므로 이를 적용한 생산성을 높이고 새로운 서비스 산업을 형성할 수 있다.

물류의 경우 운송 중 문제가 발생하게 되면 문제발생의 위치를 파악할 수 있어 물품배송 중 발생한 분쟁해결이 가능하고, 배송상황을 실시간으로 고객에게 정보 제공이 가능하기 때문에 서비스 품질을 높일 수 있을 것으로 전망한다.

또한 제조업을 비롯한 산업현장과 놀이공원, 자동차/항만/공항 야적장 등에서의 사람 및 사물들에 대한 실시간 위치추적 및 보안이 요구되는 제반 산업분야에 활용 가능하므로 새로운 사업화가 가능할 것으로 예측된다.



  용  어  설  명

GUI(Graphical User Interface)
: 사용자가 컴퓨터와 정보를 교환할 때, 그래픽을 통해 작업할 수 있는 환경을 말한다. 여기서는 위치 추적 상태를 사용자가 그래픽 환경에서 제어 및 감시하는 프로그램을 말한다.

태그
: RTLS 시스템에서 사물과 사람에게 부착되어 일정한 주기 간격으로 정보신호를 전송하는 장치

기준태그
: RTLS 시스템에서 리더의 시각 동기를 위해 일정 시간 간격으로 기준 신호를 전송하는 장치

리더
: 태그의 정보신호를 수신하여 정보를 복조한 후 위치 프로세서로 도착 시각 정보 및 태그의정보를 전송하는 장치

PN( Pseudo-random Noise)코드
: 잡음처럼 보이지만 교묘히 의도된 신호

DSSS 시스템
: PN코드라는 Othorgonal 한 code를 data에 곱하여 spreading 시킨 후 전송하게 되는데, Spreading 시키게 된 dsss의 경우 노이즈의 영향을 덜 받게 되는 장점을 지니고 있음.

Walsh 코드
: CDMA 방식에서 대역확산과 다중접속 방식을 위해 사용된 확산코드로 Walsh 함수는 서로 다른 코드를 곱하면(Exclusive OR), 0 (또는 -1) 과 1 이 섞여서 나오고 이를 모두 평균하면 0 이 되도록 되어 있고, 같은 코드를 곱하면 모두 1 이 나와서 확산 신호에 숨어있는 데이터를 복구할 수 있게 된다.

OQPSK(Offset QSPK)
: QPSK방식에 Quadrature channel에 일정한 오프셋지연을 두어 PHASE의 급격한 변화에 의해 발생하는 고주파 성분을 억제하고 신호의 0교차되는 부분을 줄이기 위해서 사용


WhereNet
: 다양한 RTLS 솔루션을 제공하는 전문업체로서 지난해 2007년 지브라 테크롤로지스에 인수 합병됨

DBPSK(Differential Binary Phase Shift Keying)
: 차동 이진 위상 변조 방

UWB(Ultra WideBand)
: 기존의 스펙트럼에 비해 매우 넓은 대역에 걸쳐 낮은 전력으로 대용량의 정보를 5~10GHz 대역을 사용하면서 10m∼1㎞의 전송하는 기술




posted by 글쓴이 과학이야기

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