무선통신

주식회사 에스피에스는 사물인터넷 (IoT)용 다양한 무선 통신 제품을 개발 및 생산하고 있습니다.

RFID

RFID는 무선으로 제품의 ID를 판독하는 기술입니다. ID가 저장된 소형 반도체 칩을 얇은 금속성 안테나와 결합한 RFID Tag는 사물에 부착되어 사물의 ID를 알 수 있도록 도와줍니다. RFID Tag는 Transponder라고도 불립니다. RFID Reader 또는 Interrogator는 RFID Tag에 무선으로 에너지와 통신 신호를 전달하여 RFID Tag에 반송되는 ID를 읽게 됩니다. RFID 표준은 주파수에 따라서 구분되며, 저희 에스피에스에서는 LF, HF, UHF 3가지 주파수 대역의 RFID Reader를 개발 및 공급하고 있습니다.

 

LF RFID는 125 kHz 또는 134.2 kHz 주파수를 사용합니다. 이 주파수 대역은 금속 및 수분에 대해 영향을 덜 받는 것이 특징입니다. 인식거리는 100 mm 수준이며 주로 동물에 부착되고 동물의 관리에 사용됩니다. 전송 방식에 따라 FDX 방식과 HDX로 구분하며 국제 표준인 ISO 11784 와 ISO 11785가 적용되고 짧은 Data와 단순한 ID 전달만 가능합니다.

 

HF RFID는 13.56 MHz 주파수를 사용합니다. 주파수가 높을 수록 전송하는 데이터의 속도도 높일 수 있습니다. HF RFID는 LF RFID와 비교할 때 좀더 많은 데이터를 빠른 속도로 전송하는 것이 특징입니다. 이런 이유로 대량의 데이터를 전송하고 보안이 필요한 금융거래에 많이 사용됩니다. 그러나 LF RFID에 비해서는 수분에 영향을 더 받기 때문에 동물과 식품 류에 사용하는 경우는 많지 않습니다. 우리가 알고 있는 신용 카드 및 교통카드도 HF RFID의 한 종류인 NFC를 사용하고 있습니다. 보안기능에 중점을 둔 HF Tag의 경우 Smartcard라고도 부르고 있습니다. HF RFID는 다수의 기업에서 독자적인 프로토콜로 발전하다가 하나의 표준으로 통합되면서 NFC라는 명칭을 사용하게 되었습니다. 최대 1 m까지 Tag를 읽을 수 있는 ISO 15693 표준은 일반 물품의 관리에 주로 사용되며, 이보다 짧은 거리로 통신하는 NXP가 개발한 ISO 14443 A, Innovatron가 개발한 ISO 14443 B, Sony가 개발한 JIS X 6319-4 (Felica)는 금융 거래에 많이 사용됩니다. NFC 표준으로 통합되면서 양방향 통신 기능이 추가되어 일반 근거리 통신도 이 규격으로 가능하게 되었습니다.

 

UHF RFID는 860 MHz 부터 960 MHz 대역의 주파수를 사용합니다. 자기 결합 방식의 LF 및 HF에 비해 높은 주파수를 사용하기 때문에 UHF RFID는 전자기파를 이용합니다. 이로 인해 10 m 이상의 거리에서도 Tag가 인식되는 경우가 있습니다. 그러나, 전파의 반사와 산란으로 인해 주변 환경의 영향을 많이 받으며 특히 금속과 수분이 많은 환경에서는 취약합니다. 표준으로 ISO/IEC 18000-63 과 GS1 EPC UHF G2 를 사용하고 있으며 업계 주도로 RAIN RFID라고 하는 협회 활동도 활발하게 이루어 지고 있습니다. 처음부터 장거리 인식을 목적으로 개발된 특징상 한번에 많은 Tag를 식별할 수 있도록 발전하였습니다. 이론상 한번에 인식 가능한 Tag 개수는 2^16인 65536개이며 초당 최대 800개 수준의 Tag를 인식하는 경우도 있습니다.

 

에스피에스에서 생산하는 LF, HF, UHF RFID Reader에 대한 상세한 정보가 필요하시면 아래 링크를 통해 확인하실 수 있습니다.

Indoor GPS - RTLS

야외에서 위치를 파악하기 위해서 다수의 인공위성에서 송출하는 신호를 분석하여 위치를 파악하는 GPS 기술이 사용됩니다. 실내에서는 실외와 달리 인공위성에서 송출하는 신호를 수신할 수 없으므로, 다른 방식으로 실내에서 위치를 파악하게 됩니다. 이를 위해 UWB, WiFi 등의 표준이 사용됩니다. 실내에서의 위치 파악은 전파가 송신되었다가 다시 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 파악하는 것이 기본 입니다. 전파가 송신 된 후 다시 돌아오는 시간을 ToF (Time of Flight)라 하며, 전파의 속도는 빛의 속도와 동일하다고 알려져 있으므로 ToF와 전파의 속도의 곱으로 물체와 물체 사이의 거리를 알 수 있게 됩니다. Anchor라 불리는 고정된 3개의 위치에서 움직이는 하나의 Tag에 전파를 순차적으로 발사하여 돌아오는 시간을 측정할 경우 움직이는 Tag의 위치를 삼각 측량법으로 파악할 수 있습니다. 이러한 방식으로 움직이는 물체의 위치를 파악하는 방식은 TDOA (Time Difference of Arrival)라고 합니다. 단일 위치에서 복수개의 안테나를 사용할 경우, 각 안테나에서 수신되는 신호의 도착 시간이 다르므로 신호가 들어오는 방향도 알 수 있게 됩니다. 이 경우는 하나의 Anchor 만으로 움직이는 물체의 위치 파악이 가능합니다. 이러한 방식을 AoA (Angle of Arrival) 방식이라고 합니다.

 

UWB 기술은 수 GHz에 이르는 전파를 짧은 시간 동안 송신하여 전파의 반사에 대한 영향을 줄여서 정밀한 위치 파악이 가능하도록 하고 있습니다. 현재 사용화된 기술은 30 cm 이내에 위치 오차가 있으며, 최신 기술로는 3 cm까지의 위치 오차도 가능합니다. 국제 표준으로 IEEE 802.15.4a 및 IEEE 802.15.4z 가 적용되고 있습니다.

 

WiFi 기술은 WiFi RTT(Round Trip Time)라는 기술을 이용하여 TDOA를 측정하게 됩니다. 기술 표준으로 IEEE 802.11mc를 사용하고 UWB Anchor 대신 일반 WiFi AP(Access Point) 또는 공유기를 이용할 수 있으므로, 좀더 손쉽게 동작환경을 구축할 수 있습니다. 그러나 위치 오차는 UWB에 비해서 크며 1 m 정도의 위치 오차가 있습니다.

 

저희 에스피에스에서는 WiFi 또는 UWB와 RFID 기술 융합을 통해서 물체의 위치 추적이 가능한 시스템을 개발한 경험을 가지고 있습니다. 실내 위치 추적에 대한 협력이 필요하시면 언제든 연락 주시기 바랍니다.

Energy Harvesting

에너지 하베스팅 기술은 외부에서 공급되는 전기 에너지가 아닌 다른 형태의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기술로 미약한 전기를 사용하는 장치에서 배터리 없이 장치를 구동할 때 많이 이용됩니다. 공급되는 에너지는 열, 빛, 운동 에너지, 바람 등으로 다양하며, 저희 에스피에스에서는 배터리가 없는 장치에 전파를 인가하여 장치가 구동하는 기술을 제공하고 있습니다. 대표적인 예로 배터리가 없는 ESL 과 센서 입니다.

Batteryless ESL

ESL(Electronic Shelf Label)은 매장의 각 선반에 부착되어 있는 종이 가격표를 대체하여 전기적인 디스플레이 장치를 통해 가격 정보를 표시하는 장치입니다. 상용화된 ESL의 경우 작은 동전형 배터리(Coincell)가 장착되어 있고, 무선으로 가격 정보를 전송하고 갱신하도록 되어 있습니다. 그러나 동전형 배터리는 2년 내외의 수명으로 인해 주기적인 교체가 필요합니다. 저희 에스피에스에서 개발한 Energy Harvesting 기술을 사용한 Batteryless ESL 은 별도의 동전형 배터리 없이 외부에서 공급하는 전파 에너지로만 동작합니다. ESL에 표시되는 정보의 갱신은 이동식 단말기를 통해서 이루어 집니다. 따라서 중앙 서버와 지속적으로 연결을 할 수 없는 환경 – 공장의 생산 현장의 칸반 카드 대체, 항공기 탑승객의 수화물 표와 같은 분야에 사용할 수 있습니다.

Batteryless Sensor

RFID 기반 센서 태그는 에너지 하베스팅 기술을 이용하기 때문에 배터리 없이도 온도, 습도 등의 센서 값을 읽을 수 있습니다. 배터리를 장착할 수 없고, 무선으로 센서 값을 읽어야 하는 경우 저희 에스피에스의 Batteryless Sensor 기술을 사용할 수 있습니다. 예를 들어 신선식품 배송 상자 또는 의약품 상자 안의 내부 온도를 상자를 열지 않고도 읽을 수 있습니다.

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