[임베디드] RFID 란?

 

임베디드 개발 시 사용하는 기본적인 통신방법에 대해 연재중이다.

 

CAN, RS-232시리얼통신, TCP/IP, RFID 에 대해 연재중이며 TCP/IP까지 포스팅을 완료했다.

 

https://dbstndi6316.tistory.com/307

[임베디드] TCP/IP 프로토콜 정리

 

 

---

 

 

RFID 개념

[Radio Frequency Identification]

 

무선 주파수 (RF) 를 이용하여 대상을 식별할 수 있는 기술

 

RF태그에 정보를 저장하여 적용 대상에 부착한 후 RFID 리더를 통해서 정보를 인식한다.

---

RFID 시스템은 Tag / 안테나 / 리더기 / 호스트 로 구성된다.

http://www.schmidt.com.cn/jjfa/info_87_itemid_350.html

• 태그 : 반도체와 안테나로 구성되어있으며 리더로부터 RF로 태그 정보제공을 요청받으면 태그가 보유한 정보를 리더에 제공한다.
• 리더 : 태그에게 정보를 보내도록 명령한 후 태그로부터 정보를 받아서 사용자가 사용하고자 하는 장소(호스트)로 정보를 송신한다.

 

 

---

 

 

RFID 특징

• 초극박형부터 다양한형태, 사이즈로 개발 가능 (스티커, 라벨, 티켓, 뱃지 등)
• 비접촉식 통신방법
• 읽기/쓰기 가능 - Reprogramming 가능
• 단말기를 이용하여 라벨에 저장되어 있는 Data를 언제 어디서든 업데이트 가능
• 라벨은 유일한 Serial 번호를 가지고 있기 때문에 다른 라벨과 함께 사용 가능
• 악조건에서도 사용 가능 - 고/저온, 습기찬 곳 등

 

 

---

 

 

RFID 작동원리

1. 태그(칩+안테나)에 정보를 입력하고 대상에 삽입,부착
2. 게이트, 계산대 등에 부착된 리더에서 안테나를 통해 발사된 무선 주파수 태그에 접촉
3. 태그가 주파수에 반응 - 입력된 데이터를 안테나로 전송
4. 안테나는 데이터를 디지털신호로 변조, CRC체크하여 리더로 전달
5. 리더는 데이터를 해독해 호스트 컴퓨터로 전달 (RS-232 등)

 

 

---

 

 

주파수 종류별 특성

주파수 구분	특징	적용 가능 분야
저주파수 대역 (125kHz & 134kHz)	- 짧은 인식거리 (1m이하) - 저가형 - 느린 인식속도	- 출입통제 - 동물식별 - 재고관리
중간주파수 대역 (13.56MHz)	- 중저가형 - 상호유도방식 적용 - 비금속 장애물의 투과성 우수	- 출입통제 - 스마트카드
고주파수 대역 (433MHz)	- 고가형 - 능동형 - 긴 인식거리	- 컨테이너 식별 및 추적
고주파수 대역 (860~960MHz)	- 저가형, 장거리 인식 (~10m) - 금속 및 액체 인식률 저조 - 수동형	- 유통 물류 분야
마이크로파 대역 (2.45GHz)	- 장거리 (~27m) - 빠른 인식속도 - 차폐물이 있는 경우 인식 불가 - 고가형	- 자동차 운행 흐름 모니터링 - 톨게이트 시스템

 

 

---

 

 

RFID 의 동작 심화

 

1. UID

 

RFID 방식 중 ISO/IEC 14443 표준은 리더/스마트카드 등의 표준 통신방식이다.

 

이 표준을 예시로 RFID를 조금더 깊게 알아보고자 한다.

 

위 그림은 RFID의 주소 (UID)로 ISO/IEC 14443 표준에서는 3가지 종류의 길이를 갖는 주소를 소개한다.

 

Mifare의 경우에는 4byte를 써왔으나 할당 가능한 주소가 점차 고갈되어서 현재는 7byte를 사용한다.

 

(주소가 고갈되면 세계 어디에선가는 중복되어 사용되고 있을 수 있다는 말)

 

 

---

 

2. 데이터 전송

 

1. 리더기 -> 태그

 

ISO 14443 타입 A의 경우 리더기->태그 에너지 전송을 위해 100% 진폭변조를 사용하고 인코딩 방식으로는 변형된 밀러방식을 사용한다.

 

타입 B의 경우 10% 진폭 변조를 사용하며, 인코딩방식으로는 NRZ(Non Return to Zero)를 사용한다.

• 100% ASK 변조 + 변형된 밀러 : Type A

• 10% ASK 변조 + NRZ : Type B

---

2. 태그 -> 리더기

 

태그로부터 리더기로 정보전송에는 847kHz의 반송파를 사용하고 OOK(On/Off Keying) 변조 방식을 사용한다.

 

인코딩방식으로는 맨체스터 방식을 사용하고 타입B의 경우에는 동일한 반송파로 BPSK 변조방식과 NRZ-L인코딩방식을 사용한다.

• OOK + 맨체스터 : Type A

• BPSK + NRZ-L : Type B

---

3. 데이터 포맷

 

두 가지의 데이터 프레임이 존재한다. Standard 데이터 프레임과 축소형 데이터 프레임이다.

 

• 표준 프레임 : 8bit data, Start bit, End bit 로 구성

• 축소 프레임 : 데이터전송X, 상태 변화 목적, 7bit, REQA와 WUPA 대표적 -> HALT상태 PICC를 활성화

* REQA : Request Type A (0x26)

* WUPA : Wake Up Type A (0x52)

---

4. 연결

 

UID를 이용해 PCD와 PICC가 어떻게 연결되는지 알아본다.

 

1. PCD ---REQA---> 특정하지 않은 PICC (반복전송)
2. REQA 회신한 PICC ---ATQA---> PCD (충돌방지 기능 지원하는지도 같이 전송)
3. PICC가 충돌방지기능을 지원하면 PCD ---CL1(충돌방지 명령 0x93)---> PICC 
4. PICC ---자신의 UID번호---> PCD
5. PCD ---anti-collision 명령 ---> PICC
6. 받은 주소값이 자신과 동일할 경우 PICC ---나머지 부분의 주소---> PCD

*ATQA : Answer to Request

 

---

 

RFID 기술의 응용

기본적으로 출입/통제 물류 관리 등에 이용할 수는 있다고 알고 있다.

 

하지만 이러한 '기술' 자체를 응용한 사례는 있을까?

 

NFC

 

NFC는 RFID라는 무선통신표준을 바탕으로 NFC포럼에서 새로운 표준을 만든 것이다.

 

ISO/IEC 14443과 ISO 18092를 물리계층으로 하고 NFC포럼에서 응용계층에 대해 규정을 한다.

 

13.56MHz의 주파수 대역을 사용해 통신거리가 짧지만 기존 유통위주 RFID 기술보다 보안성이 높고, 휴대폰 조작으로 동작하게 할 수 있어 이용자의 행동기반으로 의도를 인식하여 다양한 맞춤형 서비스들과 연결하기 좋은 장점이 있다.

 

마지막으로 NFC의 계층구조까지 첨부한다.

 

https://www.scirp.org/html/1-4000018_18631.htm