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RFID의 개념과 분류, 그리고 발전 뱡향

RFID의 개념과 분류, 그리고 발전 뱡향

 

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  2차 세계대전 당시 사용된 RFID(Radio Frequency IDentification)는 현재 새로운 유비쿼터스 세계를 열어갈 기술로 대두되고 있다. RFID는 오래된 기술이긴 하지만 많이 알려져 있거나 대중화된 기술이 아니다. 최근에 다시금 RFID 기술이 각광받는 이유는 전파 기술의 발전과 함께 미국방성이나 월마트, 테스코와 같은 기관과 업체들이 앞다투어 적용에 나섰기 때문이다. RFID 개념과 분류 그리고 발전 방향에 대해 알아보자.

 

RFID 기술은 각 주파수 대역별 RF 신호를 사용해 객체들을 식별하는 비접촉 인식기술 중 하나로, 일대 다수의 인식 등 기존의 인식 체계와 비교해 볼 때 한층 진보된 인식 체계다. 이미 2차 세계대전 당시 영국에서 상대편 전투기의 적군과 아군 여부를 파악하는 데 사용하기 시작한 RFID는 1970년대에는 미사일 탄도 추적을 위해 개발됐다. 1980년대에는 태그의 크기가 작아지고 가격이 낮아지면서 가축관리, 상품의 유통관리 등 기타 산업 분야에 적용되기 시작했으며, 1990년대 들어서면서 고주파 기술이 발전함에 따라 저가격, 고기술의 태그가 개발되고 카드, 라벨, 동전 등 다양한 형태의 제품이 출현하게 됐다. 2000년대 들어서 무선 인식 기술의 중요성이 부각되면서 다양한 솔루션이 개발되고 전자화폐, 물류관리, 보안시스템 등의 핵심 기술로 적용, 발전하고 있다.

 

 

비접촉식 인식 시스템, RFID


그동안 사람, 동물, 상품 등에 대한 자동식별방법은 여러 가지 방식이 사용돼 왔다. 대표적인 종류인 바코드시스템은 일용품 산업계 요구에 의해 1976년에 설계된 것으로, 지난 20년간 가장 성공한 자동인식 시스템으로 평가받고 있다. 이외에 광 문자 인식(Optical Character Recognition)은 1960년에 처음 사용됐으나 다른 자동인식 시스템에 비해 비싸고 복잡해 사장됐으며, 최근에는 생체의 개별적인 특성, 즉 지문, 음성, 홍채 등을 인식하는 생체인식 기술이 또 하나의 각광받는 분야로 떠오르고 있다.


스마트카드는 전자식 데이터 저장 시스템으로, 1984년에 처음으로 공중전화 카드에 사용됐다. 접촉부분을 통한 직렬 인터페이스를 통해 카드와 리더 간에 쌍방향으로 데이터 전달이 이뤄지며, 메모리카드와 계산가능카드로 세분된다. 과거의 인식 시스템 혁명을 주도한 바코드는 매우 저렴하지만, 저장 능력이 작고 재 프로그래밍이 불가능하다는 단점을 안고 있었다. 기술적으로는 실리콘칩에 데이터를 저장하는 것이 효과적이지만, 기존의 신용카드와 같은 접촉방식의 스마트카드는 기계적인 접촉이 필요하다는 결점을 갖고 있다. 은 사용하기에 실용적이지 못하다는 결점을 갖고 있다. 그보다 데이터 운반 장치와 리더간의 비접촉식 데이터 전달이 보다 더 실용적이며, 이와 같은 비접촉식 인식 시스템을 바로 RFID 시스템이라고 한다.


리더(Interrogator), 안테나, 태그(Transponder) 등으로 구성되어 있는 RFID는 사람, 차량, 상품, 교통카드 등을 비접촉으로 인식하는 기술이다. 일반적으로 많이 사용되는 수동형 태그 시스템은 RFID 리더/라이터가 RF 신호를 태그에 송신하고, 태그는 RF 신호가 들어오면 진폭 또는 위상 변조해 태그에 저장된 데이터를 반송파 신호로 리더에 되돌려 주고, 되돌려 받은 변조신호는 리더에서 복호화돼 태그 정보가 해독되는 것이 기본원리이다.


RFID 시스템은 고유 데이터를 담고 있는 태그와 태그의 정보를 판독하기 위해 읽어들이기 위한 리더, 그리고 이렇게 모여진 데이터를 처리하기 위한 일련의 컴퓨팅 시스템으로, 데이터 수집 기술의 하나라 할 수 있다. 그리고, 이 RFID 기술은 미들웨어를 비롯한 몇 가지 기술요소의 결합을 통해 솔루션으로 구현되어 활용되는 것이 일반적이다.


하지만 RFID 시스템은 그렇게 단순하지 않다. RFID는 태그와 리더, 그리고 미들웨어를 거쳐 수집된 데이터와 기업내 애플리케이션과의 연계를 생각하지 않고는 도입 이유가 없다. RFID 시스템과 기업의 내부 애플리케이션 간을 유기적으로 연동하려면 데이터를 제대로 관리하고 분석해야 하며, 담당자들의 정보 접근이 쉬워야 한다. 또한 기업 내부적으로만 RFID 시스템을 운영하고 글로벌 네트워크 표준을 따르지 않는다면, 앞으로 RFID의 진정한 효과를 누리지 못하게 된다.

 

 

RFID의 시스템 구성


RFID 시스템의 구성 요소 중 디바이스 계층은 태그 데이터 수집 기능을 수행하며, 일반적으로 코드라 불리는 고유 정보를 저장하는 태그와 무선을 통해 태그의 정보를 판독하고 식별 기능을 하는 리더로 구성된다.


미들웨어 계층은 디바이스 계층으로부터 수집된 상품코드 데이터를 애플리케이션 계층에서 효과적으로 사용할 수 있도록 처리하며, 대규모 데이터 환경에서 실시간 지원 등의 서비스를 제공한다. 또한 애플리케이션 계층과 리더를 제어하는 하위 디바이스 계층 간의 프로그래밍 API(Application Programming Interface) 등을 제공한다. 마지막으로 애플리케이션 계층은 물류(Logistics), 공급망관리(SCM)와 같은 애플리케이션 소프트웨어로 구성된다.

 

 

RFID 디바이스 계층


RFID 리더(reader)는 일반적으로 미들웨어를 통해 ERP나 SCM 같은 기업용 애플리케이션과 연결된다. RFID 리더는 태그로부터 우선 EPC 코드를 읽어들이며, 부가적인 정보의 존재 여부에 따라 제품의 상세 정보나 유통 기간 등도 함께 읽는다. 일단 이 데이터가 수집되면, 리더 내의 소프트웨어가 백앤드 시스템을 통해 EPC 코드를 검사할 수 있으며, 몇몇 비즈니스 시나리오 내에서 리더는 데이터 전송을 감소시키기 위해 복수 대상물로부터 인식한 정보를 수집한다.


RFID 리더는 그 위치에 따라 다양한 형태를 갖는데, 현장의 적용 환경이나 활용 목적 등에 따라 최적의 장비를 적절히 활용할 수 있다.


태그의 종류는 읽기/쓰기 능력에 따라 읽기전용(Read-Only), WORM(Write Once Read Many), 읽기/쓰기(Read/Write) 태그의 세 가지 방식으로 구분된다. 읽기 전용 태그는 만들 당시부터 프로그래밍돼 정보의 변경이 불가능하다. 그러나 가격이 저렴해 단순 인식을 요하는 RFID 분야에 주로 사용된다. WORM 태그는 사용자가 데이터를 프로그래밍할 수 있으며, 프로그램 한 후에는 변경이 불가능하다. 읽기/쓰기 태그는 몇 번이고 프로그램이나 데이터 변경이 가능한 구조이다.


태그 상에 신호발진기 존재 여부에 따라 능동형 방식과 수동형 방식으로 분류하기도 하는데, 보통 협의의 분류방식으로 태그의 전원유무에 따라 전원이 요구되는 능동형 방식과 전원이 요구되지 않는 수동형 방식으로 분류된다. 일반적으로 전원을 사용하지 않는 수동형 방식은 감지거리가 1m 전후의 근거리 통신만 가능했지만, UHF 대역의 도입으로 출력에 따라 5~8m도 가능하다. 또한 가격이 저렴하고 수명이 반영구적(약 10년이상)이어서 많이 사용된다.


이처럼 RFID 태그에는 다양한 종류가 있어 프로젝트 수립 시 주파수 대역이나 활용 시나리오와 가격 등을 고려해 적합한 태그를 선정하는 작업도 중요하다. 산업표준 단체인 EPC 글로벌은 이를 보다 명확히 하기 위해, 유통 공급망과 관련해 6가지 유형으로 RFID 태그를 구분하고 있다(표 1).


생산 단계에서 이미 EPC 번호가 부여된 클래스 0 태그부터 저장 기능과 배터리 장착 유무 등에 따라 클래스 5까지 나눠지지만, 가격 등의 문제로 현재 국내외 주요 RFID 프로젝트에는 클래스 0나 클래스 1을 적용하는 것이 일반적이다.


UHF 대역 RFID 태그에 대해 ISO 18000-6에 의해 2가지 타입(타입 A와 타입 B)이 국제표준으로 확정됐다. 그러나 현재 널리 알려진 RFID 국제 표준단체인 EPC글로벌은 ISO와 다른 클래스 0과 클래스 1의 태그를 사용해 왔다. 따라서 UHF 대역에서 사용할 수 있는 표준 태그는 ISO 타입 A, 타입 B, EPC 클래스 0, 클래스 1의 무려 4가지 태그가 존재해 하나의 리더가 이를 완전히 수용할 수 없는 체제가 됐다. 작년 12월 EPC글로벌은 클래스 0와 클래스 1 태그를 통합해 최신 기술을 반영한 EPC클래스 1 Generation 2(Cl Gen2라 함) 태그에 대한 표준화를 완성했다. UHF 대역에서 표준의 혼란을 방지하기 위해 ISO와 EPC글로벌 표준간의 통합이 강하게 요구돼 오던 터에 올해 6월 EPC C1 Gen2가 ISO의 18000-6 타입 C로 확정됨에 따라 사실상 글로벌 표준으로 정해졌다. 


이번에 확정된 ISO 18000-6의 신규타입(타입 C)은 태그에 EPC 코드 외에 일반 산업용 데이터 코드를 기록할 수 있고 ISO 표준만 준수한다면 다양한 응용 분야에서 멀티코드 리더기로 호환성 문제없이 RFID 태그 데이터를 읽어낼 수 있다는 것이 장점. 특히 업체마다 다른 RFID 프로토콜을 사용함에 따라 빈번하던 시스템 오류나 업무의 혼선이 사라지는 등 RFID 확산의 중대한 걸림돌 하나가 제거됐다는 의미를 가진다.

 

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RFID 소프트웨어


일반적으로 리더에서 읽혀진 태그의 데이터는 유무선 네트워크를 거쳐 데이터 처리를 담당하는 호스트 컴퓨터(Server)의 미들웨어로 전달돼 처리된 후, 해당 애플리케이션에 의해 사용된다. 이런 글로벌 RFID 환경에서 수집, 활용되는 데이터는 객체에 대한 정적 데이터와 이력 데이터, 센서로부터 얻는 실시간 데이터를 포함하고 있기 땜누에 이를 활용하는 애플리케이션은 상황인식 기반의 지능화된 서비스를 제공할 수 있다.


RFID 미들웨어란 애플리케이션 계층과 디바이스(리더) 계층 사이에 위치하며, 이기종 RFID 환경에서 발생하는 대량의 태그 데이터를 수집, 필터링해 의미있는 정보를 추출해 애플리케이션에 전달하는 소프트웨어로 정의될 수 있으며, 다음과 같은 3가지의 기본적인 역할을 수행한다.

 

 

·RFID 하드웨어 관리
미들웨어는 RFID 리더나 라벨 프린터 등과 같은 하드웨어 컴포넌트와의 환경 구성을 통해 손쉬운 통신을 지원하며, 이들 하드웨어를 관리하기 위한 사용자 인터페이스를 제공한다.

 

·태그로부터 생성된 데이터 처리와 애플리케이션과의 연동
태그와 RFID 리더에 의해 생성된 방대한 데이터, 즉 리더에 의해 동일 태그가 반복적으로 읽혀졌다거나 잘못 읽혀진 값들을 필터링 기법을 통해 적절히 정제한 후, 이를 적절한 기업용 애플리케이션에 넘겨주는 역할을 수행한다.

 

·아키텍처 제공
미들웨어는 사용자가 비즈니스의 필요에 따라 적합한 솔루션을 구축할 수 있도록 기업 환경에 적합한 소프트웨어 아키텍처를 제공해야 한다. RFID 미들웨어가 제공하는 아키텍처는 싱글티어 아키텍처와 멀티티어 아키텍처 2가지로 나눠 볼 수도 있다(그림 2, 3).

 

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(그림 3) RFID 멀티티어 아키텍처

 

 

EPC 중심으로 RFID 표준화 진행


EPC 글로벌과 ISO/IEC를 비롯, 여러 단체에서 RFID에 대한 표준을 제정 중에 있다. 그 결과, 객체에 대한 식별 코드로는 EPC 코드, ISO 15963, uID 등 다양한 코드 체계가 개발됐다. 하지만 최근 월마트, 베스트바이 등에서 이미 EPC 코드를 사용함에 따라 EPC 코드가 이미 표준으로 자리잡아 가고 있다. EPC글로벌은 RFID 미들웨어를 포함한 글로벌 RFID 네트워크 모델인 EPC 네트워크를 제시하고 있다. 


EPC글로벌은 기존 MIT Auto-ID 센터에서 개발한 RF 기반의 자동인식 시스템 기술을 표준화하고 상용화하기 위해 2003년 10월에 설립된 비영리기구로, Auto-ID 센터에서 개발한 기술의 표준화, 상용화, 그리고 EPC 코드의 보급과 관리 등을 목적으로 활동하고 있다.


EPC글로벌은 개별 물체의 유일 식별자인 EPC 기반의 'Internet of Physical Objects'를 구성하기 위한 기술집합을 EPC 네트워크라 정의하고, EPC 네트워크의 구현에 따른 기술요소 분야를 하드웨어, 소프트웨어, 비즈니스 분야로 구분해 각 분야별 활동 그룹을 구성, EPC글로벌 가입 업체 중심으로 기술규격과 표준제정을 추진하고 있다. 특히 RFID 미들웨어와 네트워크 시스템과 관련된 소프트웨어 인터페이스, 표준 제정은 SAG에서 진행되고 있다.


SAG는 리더 프로토콜(Reader Protocol), 리더 관리(Reader Management), 필터링과 정보 수집, EPCIS(EPC Information Service), ONS(Object Name Service), 태그 데이터 변환(Tag Data Translation), 시큐리티의 총 7개 주제에 대해 분야별 활동 그룹을 통해 EPC 네트워크를 구성하기 위한 표준규격을 제시하고 있다.


ONS의 경우, 사실상 DNS와 유사한 성격과 구조를 지니고 있다. DNS의 웹사이트, 검색엔진, 시큐리티는 각 EPC 인포메이션 서비스(Information Service), EPC 검색 서비스(Discovery Service), EPC 인증 서비스로 대응된다. 시큐리티는 리더를 관리하는 업체가 정보 범위를 사전에 규정해 놓고 고객이나 파트너가 정보를 열람할 때에는 인증 절차를 거치도록 하고 있다.


EPC글로벌이 제안한 EPC 네트워크 구조와 구성요소를 살펴보면, 리더는 리더 인식공간에 존재하는 복수 개의 태그를 인지한다. 이렇게 인식된 태그 데이터는 리더 프로토콜을 통해 리더로부터 미들웨어로 전달된다. 미들웨어는 리더로부터 전달된 복수 개의 중복된 태그 데이터를 필터링하는 역할을 수행하고, ALE 인터페이스를 통해 통합/정제된 태그 데이터 목록이 미들웨어에서 EPC 캡처링 애플리케이션(Capturing Application)으로 전달된다. 다시 EPC 캡처링 애플리케이션은 미들웨어로부터 전달받은 태그인식정보와 기타 비즈니스적 관련정보를 EPCIS에 공급하게 되고, 이러한 정보들은 EPCIS 지원 레파지토리(enabled repository)에 저장/관리돼 앞으로의 질의에 대응할 수 있도록 한다. EPCIS 액세싱 애플리케이션(accessing application)과 파트너 애플리케이션은 EPCIS에서 제공하는 인터페이스를 통해 EPCIS에서 관리하고 있는 EPC와 관련된 정보를 질의하고 그에 대한 결과를 활용해 비즈니스 활동을 수행하게 된다. 기타 EPC 검색 서비스는 EPC와 관련된 데이터의 검색엔진으로 특정 EPC와 연관된 데이터를 저장하고 있는 EPCIS의 위치정보 목록을 질의의 응답으로 하는 서비스 제공자다.

 

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쉽게 풀어서 설명하면, 리더가 태그로부터 받은 데이터를 EPCIS에 저장하면 이 정보를 고객이나 파트너들이 볼 수 있게끔 하는 네트워크다. EPCIS는 EPC 코드를 부여받은 제조업체들이 자사에서 생산하는 객체(제품)에 대한 상세 정보를 담아 놓는 서버를 말한다. 고객이나 파트너들은 ONS를 통해 각 생산 제조업체의 서버(EPCIS)에 저장돼 있는 각 객체(제품)에 대한 생산 정보를 검색할 수 있다.


EPC글로벌 네트워크는 현재 기본적인 서비스는 가능하나, 아직 시범적으로 운영하고 있다. 또한 프라이버시 문제로 소비자에게는 시장 확산 이후에나 공개할 것으로 보인다.
RFID는 기본 인프라다. 현제 각 기업들은 RFID를 구축하고 준비중에 있다. 이후 EPC글로벌 네트워크를 통해 수많은 정보와 데이터가 동시에 수면위로 올라왔을 때, 이를 활용할 수 있는 것은 미리 준비한 기업뿐이다. 준비한 업체와 그렇지 않은 업체간의 격차는 엄청날 것이다.

 

 

태그 가격의 하락으로 시장 폭발 조짐 보여


RFID 기술의 발전 단계는 태그의 기능에 따라 단순한 ID 인식 기능, 이력관리 기능, 환경정보 센서 기능, 태그 간 통신 기능으로 구분할 수 있다.


각 발전 단계별 요구되는 안테나 기술, RF 기술, 무선 접속(Air Interface) 기술, 칩 제작 및 공정기술, 소형 OS 기술, 미들웨어 기술, 정보보호 기술, 핵심 요소 기술 및 응용 기술, 표준화 기술의 발전 단계는 그림 에 나타낸 바와 같이 전망되고 있다.


이와 같이 RFID 기술의 USN으로의 연계 발전은 칩의 가격, 크기, 성능 등 태그(센서) 기술의 발전에 따라 시장에서의 적용이 활성화되는 단계적 발전을 예상할 수 있고, 태그의 소형화, 지능화로의 발전과 병행된 태그의 초저가화의 실현은 물류, 유통, 환경, 재해방지 및 예방, 의료관리, 식품관리 등 실생활에서의 활용이 확대될 것이다. 현재 읽기 전용 칩 가격은 5~20센트이고, 태그 가격은 약 10~50센트이나, 태그 가격은 18개월에서 24개월 내에 5센트 이하로 하락할 전망이며, 1센트 이하의 태그를 구현하기 위해 Chipless 태그 기술 개발에 대한 관심과 연구 개발이 확대되고 있다. 또한 2007년부터 Chipless 태그의 10%대의 시장 점유율이 기대되고 있다. 업계에서는 태그 가격이 5센트 이하로 하락한다면 시장이 확대되는 시점으로 파악하고 있지만 굳이 태그가 굳이 5센트가 돼야한다는 것은 아니다. 앞서 설명한대로 태그의 성격이나 용도에 따라 태그의 가격 또한 많은 차이를 보일 것으로 예상된다.


최근 순천대학교가 개당 5원 이하로 생산이 가능한 스티커형 플라스틱 RFID 태그칩 개발했다고 발표했으며, 잉크테크에서 칩프레스 기술을 이용한 RFID 태그 잉크를 선보이는 등 국내에서도 저가형 태그 기술 발표가 이어지고 있다. 특히 순천대의 태그 기술은 제조공정이 복잡하고 고가인 기존 제품과 달리 100% 유기물질과 잉크젯 프린터 만을 이용한 수동형 태그로, 대량 생산할 경우 제조물량에 따라 칩가격을 1∼5원 정도에 납품할 수 있다는 점에서 주목할 만하다. 순천대 측은 이번 기술이 종이, 플라스틱, 나무 등 모든 기판에 인쇄가 가능해 저가의 RFID 태그 제조를 통한 물류유통 시장에 획기적 전환점을 가져올 것으로 기대하고 있다.

 

 

미들웨어 탑재한 스마트리더로 진화
RFID 리더 기술은 기존의 무선, 이동통신용 단말기 기술과 매우 유사하다. 이런 단말기 기술은 크게 하드웨어 기술과 하드웨어를 제어하기 위한 펌웨어 기술을 포함한 소프트웨어 기술로 구분할 수 있다. 그러나, RFID 리더는 기존의 무선통신이나 이동통신 단말기와 비교해 매우 단순한 기능을 갖는다. 따라서 RFID 리더기술은 리더를 구성하는 하드웨어의 저가화, 저전력화, 고성능화, 고기능화를 제공하는 리더 칩 기술 개발에 주목하고 있다.


리더 기술의 발전 방향은 스마트리더로 발전한다는 것이 일반적인 예측이다. 미들웨어의 여러 기능을 리더에 탑재한 것이 바로 스마트리더다. 지금까지 대부분의 리더가 데이터 필터링 기능이 없어, 읽혀진 모든 데이터를 지속적으로 서버로 보내는 비지능형 리더였다. 이 때문에 데이터 양이 폭주할 가능성이 있었다. 기업에서 필요한 실시간 데이터는 비즈니스 이벤트가 일어났을 때의 그것이다. 스마트리더는 비즈니스 이벤트들만 필터링해서 관리 서버로 보내지게 함으로써 다양하고 역동적인 업데이트가 가능해진다.

 

 

저자 :이대영 기자

 

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원문 :http://www.ionthenet.co.kr/newspaper/view.php?idx=10481&fhead_x=0&fhead_y=0

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