Gen 1과 Gen 2 프로토콜 사이에는 중요한 차이점이 있다. RFID Alliance Lab은 EPC Gen 2 인증을 받은 리더기 4종을 테스트해 본 결과 제품마다 큰 차이가 있음을 밝혀냈다. 심볼의 '심볼 XR400'과 머큐리의 '머큐리4'가 성능면에서 탁월한 것으로 나타났다.
리더기의 주파수 대역은 고속으로 이동하는 컨베이어에 위치한 상품의 태그를 읽을 때나 상품이 부두 도어(door)를 통과할 때 상품에 부착된 태그를 읽을 때 판독 속도를 좌우할 만큼 중요하다.
비영리 연구 단체인 RFID Alliance Lab은 EPCglobal 인증을 획득한 Gen 2 리더기를 테스트했다. 인증을 획득했다는 것은 Gen 2의 스펙을 따르고 모든 의무 기능을 탑재했다는 것을 의미한다. 인증을 획득하지 못한 리더기가 수없이 많이 시중에 출시되어 있다. 이러한 제품들은 Gen 2 표준과 호환되어야 하지만 인증을 받기 전까지는 호환 여부를 보증할 수가 없다.
2006년 1분기에 테스트를 실행할 당시 Gen 2 인증을 받은 리더기는 Alien ALR-9800과 AWID MPR-3014, Impinj Speedway, Symbol XR400, ThingMagic Mercury4 등 5종으로, 리더기 운영체제(디바이스를 구동하는 펌웨어) 버전이 2.3.14였다. 당시 Impinj Speedway가 시판되기 전이었기 때문에 이 제품을 제외한 4종을 테스트했다. 또한 Intermec과 MaxID Group 역시 프린터 및 기타 디바이스와 연동하는 인증된 EPC 인증을 받은 리더기를 발표했으며, SAMSys Technologies도 ETSI 규제를 따르는 인증된 리더기를 보유하고 있지만 모듈이나 ETSI 리더기는 제외했기 때문에 여기에 포함되지 않았다(최근 SAMSys는 법정관리에 들어가 RFID 시스템 개발 업체인 Sirit에 인수되었다).
이번 보고서는 각 제품의 디자인에 초점을 맞춰 디자인이 성능에 어떤 영향을 끼쳤는지 알아보았다. 또한 Gen 2 프로토콜의 몇 가지 옵션도 설명하고 리더기에 어떻게 구현되었는지도 살펴본다.
Gen 2로의 업그레이드
Gen 1 리더기를 구매해 도입했다면 다음 업그레이드 경로는 구매한 리더기의 종류에 따라 결정된다. Gen 1 ThingMagic Mercury4 리더기를 보유한 사람이라면 가장 쉬운 경로를 가지게 된다. 새로운 펌웨어만 설치하면 되기 때문이다. 펌웨어 업그레이드 프로세스는 동일한 네트워크에 연결되어 있는 PC에서 웹 브라우저를 띄우고 리더기를 연결해 URL을 입력한 다음 리더기를 구동하는 웹 서버에 접속, 메뉴를 클릭해 버튼을 누르면 된다. 총 소요 시간은 5분 정도밖에 걸리지 않는다.
Alien ALR-9800과 AWID MPR-3014, Symbol XR400은 완전히 새로운 제품들이다. 기업들은 기존의 리더기를 없애고 새로운 하드웨어를 설치해야 한다. 많은 벤더들이 Alien ALR-9780과 AWID MPR-2010 라인, Symbol AR400과 같이 Gen 1 리더기를 위한 업그레이드를 제공하고 있지만 Gen 2 리더기 인증을 받지 못했기 때문에 호환성 여부를 보장하지는 못한다.
전력 및 안테나 케이블
Alien ALR-9800과 Symbol XR400, ThingMagic Mercury4는 AC를 DC로 변환해주는 DC 전원공급장치와 함께 제공된다. AWID MPR-3014는 리더기가 이더넷을 통해 전원을 공급 받는 PoE(Power-over-Ethernet)을 사용한다. 이더넷 케이블은 PoE 스위치나 AC 아웃렛에 플러그인되며 일반적인 이더넷을 PoE로 바꿔주는 어댑터에 부착된다. PoE 인프라스트럭처를 보유하고 있지만 AC 파워가 없을 경우에는 AWID MPR-3014를 사용하는 것이 좋다.
AWID MPR-3014와 Symbol XR400, ThingMagic Mercury4를 위한 안테나 구성은 Gen 1의 리더기 구성 방법과 동일하다. Symbol XR400과 ThingMagic Mercury4는 각각 4포트를 갖고 있으며 송수신 분리형인 바이스테틱(bistatic) 안테나 구성 방식으로 이루어져 있다. 이는 각 포트가 별도의 송수신 안테나로 사용될 수 있으며 케이블 두 개를 삽입할 수 있다는 것을 의미한다. 여덟 개의 케이블을 통해 여덟 개(송신용 네 개, 수신용 네 개)의 안테나를 연결할 수 있다. 이러한 송수신 분리 안테나 구성은 성능을 향상시킬 수 있다. AWID MPR-3014는 4포트 비분리형 안테나를 사용하기 때문에 신호를 송수신하는 하나의 안테나에 각 포트가 연결되어 있다. 케이블과 안테나를 적게 필요로 하기 때문에 리더기 구축 비용을 줄일 수 있다.
Alien ALR-9800은 다양하게 안테나를 구성할 수 있는 방식을 취하고 있다(Gen 1 Alien ALR-9780은 모노스테틱(monostatic) 구성 방식이었다). 다양하게 구성할 수 있는 멀티 방식의 시스템은 송수신하는데 하나의 안테나만을 사용한다는 점에서 모노스테틱 안테나 방식과 유사하다. 하지만 다중 분리 시스템에서 안테나는 송신과 수신 두 가지를 동시에 처리하지는 않는다. Alien ALR-9800 역시 4포트 디바이스이며, 4개의 케이블을 통해 4개의 안테나에 연결된다. 하지만 바이스테틱 안테나처럼 한 쌍으로 사용되는데, 하나는 전송, 다른 하나는 수신용이다. 포트 1이 RF 신호를 전송할 경우 포트 2가 태그의 신호를 수신하며, 포트 2가 전송할 경우에는 포트 1이 수신한다. 포트 3과 포트 4는 두 번째 송수신 기능을 실행한다.
멀티형 시스템은 바이스테틱 시스템보다 성능이 뛰어나며 안테나와 케이블도 적게 사용한다는 점에서 훨씬 장점이 많다. 안테나 1과 2가 동일한 지역을 커버해야 하기 때문에 두 지점만을 판독할 수 있는 것이 단점이다. 안테나 1과 2의 커버리지를 벗어나 태그가 주파수 도달 범위 내에 있지 않을 경우 판독기가 탐지할 수 없다. 이와 반대로, 4포트 모노스테틱 또는 바이스테틱 리더기는 4곳의 판독 지점을 커버할 수 있다. Alien ALR-9800의 모든 포트를 사용해 단일 지점을 커버하고자 한다면 멀티형 시스템을 도입하는 것이 좋을 것이다. 하지만 4개의 서로 다른, 겹치지 않는 영역을 커버하길 원한다면 모노스테틱이나 바이스테틱 리더기를 사용해야 한다. 또한 Gen 1 모노스테틱 리더기에서 Gen 2 모토스테틱 리더기로의 독 도어(dock-door) 업그레이드를 계획하고 있다면 최적의 성능을 위해 안테나의 위치를 바꿔야 한다.
시작하기
리더기 사용에서 가장 간단한 방법은 리더기를 구동하는 웹 서버를 보유하는 것이다. 리더기를 위해 네트워크 구성을 설정한 다음 네트워크에 연결된 PC의 웹 브라우저를 띄우고 리더기 액세스를 위해 적절한 URL을 입력한 다음 태그를 판독한다. 괜찮은 웹 애플리케이션이라면 리더기의 소프트웨어 부분을 포괄적으로 구성해주며 다양한 모드에서 리더기를 테스트하고 정기적인 소프트웨어 및 펌웨어 업데이트로 리더기를 업그레이해준다. 리더기를 테스트하는 또 다른 방법은 CD로 리더기와 함께 번들로 제공되는 데모와 같은 애플리케이션을 설치하는 것이다.
Alien ALR-9800은 리더기에서 구동하는 웹 서버와 PC에 간단히 설치할 수 있는 데모 애플리케이션과 함께 제공된다. 웹 서버와 애플리케이션 모두 사용이 쉽다. AWID MPR-3014는 리더기의 기본적인 일부 기능에 액세스하기 위해 PC에 설치되어야 하는 데모 애플리케이션과 함께 출시된다. 설치는 매우 쉽지만 애플리케이션의 경우 기능이 제한적이다. 또한 애플리케이션의 버그가 발견되었다. '싱글 태그 미터(meter)' 기능의 판독률은 임의적인(random) 결과를 보여주기 때문에 테스트를 위해 우리가 자체적으로 소프트웨어를 개발해야만 했다. Symbol XR400은 리더기를 구성하는데 효과적인 웹 서버와 함께 제공되지만 테스트하기 위해서는 데모 애플리케이션을 PC에 설치해야 하는데, 설치가 쉽지 않다. Thing- Magic Mercury4는 기본적인 옵션을 쉽게 설치하고 리더기에서 구동하는 데모 애플리케이션으로 리더기를 쉽게 테스트할 수 있게 해주는 웹 서버와 함께 제공된다.
모든 리더기들이 디바이스를 위한 소프트웨어 애플리케이션 작성 방법에 대한 문서와 함께 출시되고 있다. 하지만 리더기와의 인터페이스를 위해 미들웨어를 사용하는 경우가 많기 때문에 그 문서를 별로 활용하지 않을 수도 있다.
판독 거리 성능
사람들이 Gen 2에 대해 가장 궁금해하는 점은 "과연 어느 정도나 멀리에서 리더기가 태그를 읽을 수 있을 것인가"이다. 그 대답은 리더기 안테나와 태그의 방향을 비롯해 RF 간섭, 어떤 물체에 RFID 태그가 부착되는가 등 다양한 요인에 따라 결정된다. 객관적인 비교를 위해 동일한 태그 및 환경에서 각각의 리더기를 테스트했다.
판독 거리 성능을 테스트하기 위해 EPCglobal 인증을 받은 집적회로가 탑재된 5개의 Gen 2 태그를 사용했다(EPCglobal은 써드 파티 테스트 업체인 Met Laboratories를 사용해 RFID 마이크로칩이 Gen 2 무선 인터페이스 프로토콜 표준을 준수하는지의 여부를 검사한다).
리더기를 공장의 디폴트 세팅과 최대로 허용 가능한 출력으로 설정해놓고 다양한 거리에서 안테나와 태그를 직선으로 배치했다. 테스트는 넓고 개방적인 환경의 콘크리트 바닥에서 진행되었다. 통계적으로 충분히 신뢰할 만한 결과를 얻기 위해 각 거리마다 60초에 한 번씩 결과를 쟀으며 그 수치를 기록했다.
각각의 리더기가 서로 다른 속도에서 판독하기 때문에 결과를 일반화했다. 예를 들어, 리더기가 60초마다 판독한 수치 중 가장 높은 것이 500이었다면 그 수치가 100%로 기록되며 리더기가 60초에 태그를 300번 읽을 경우 60%가 된다.
테스트 결과
리더기의 판독 성능은 테스트되는 태그에 따라 다양하게 나타났다. 일반적으로 Symbol XR400과 ThingMagic Mercury4가 가장 뛰어난 성능을 기록했으며 Alien ALR-9800이 AWID MPR-3014를 능가했다. 예를 들어, 텍사스 인스트루먼트 Gen 2 태그(Impinj IC 탑재)에서는 Symbol XR400과 ThingMagic Mercury4가 Alien ALR-9800보다 훨씬 멀리 떨어진 곳에서도 태그를 읽을 수 있었다. Symbol XR400과 Mercury4가 바이스테틱 안테나를 사용하고 있기 때문에 다른 시스템보다 성능이 뛰어났다.
AWID MPR-3014는 거리가 조금 떨어질수록 TI 태그를 읽는데 어려움을 겪었으며 태그의 인식률이 매우 저조했다. 또한 AWID MPR-3014는 필립스 IC를 탑재한 UPM Raflatac 태그를 읽을 수도 없었다. AWID측은 조만간 MPR-3014의 성능을 향상시킨 제품을 출시할 계획이라고 밝혔다.
앞 페이지의 그래프를 보면 굴곡이 매우 심하다는 것을 알 수 있다. 때때로 태그를 멀리 떨어뜨리는 것이 성능의 향상을 가져 온다. 리더기 안테나와 태그 사이를 전파하는 RF에 두 가지 경로가 있음을 알 수 있는데, 직선 경로와 반사 경로가 그것이다. 두 경로의 길이에 따라 RF 에너지는 태그 성능을 결합시키고 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.
결론
ThingMagic Mercury4 리더기를 보유하고 있지 않으며 Gen 2 인증을 받은 리더기를 원할 경우 새로운 하드웨어를 구매해야 한다. Alien ALR-9800과 ThingMagic Mercury4가 테스트 결과 뛰어난 제품인 것으로 나타났으며 AWID MPR-3014도 그리 나쁘지는 않은 것으로 나타났다. Symbol XR400은 설치하기에 다소 까다롭지만 판독 거리 성능은 충분히 투자할 가치가 있는 편이다.
판독 거리의 경우, 바이스테틱 안테나를 사용하는 Symbol XR400과 ThingMagic Mercury4가 멀티스테틱 Alien ALR-9800과 모노스테틱 AWID MPR-3014보다 먼 거리에서도 태그를 읽을 수 있다. 테스트 결과는 리더기가 판독하는 태그와 환경에 따라 다르게 나올 수 있음을 다시 한번 언급한다.
모든 애플리케이션들이 태그를 멀리 떨어진 곳에서 읽어야 하는 능력을 필요로 하는 것은 아니라는 사실도 중요하다. 예를 들어, 컨베이어의 포탈 리더기는 바로 옆에서 있는 컨베이어의 케이스를 판독한다. 팔레트에 있는 케이스를 읽는 등의 애플리케이션 역시 거리가 멀 필요가 없다. 하지만 판독율이 50%와 70%에는 엄청난 차이가 있는 것으로, Gen 2 리더기가 초당 수많은 판독 시도를 하며 그 중에서 한 번만 성공하기만 하면 되기 때문이다.
Gen 2가 향상되었다고는 해도 Gen 1에 비해 압도적이거나 우월할 정도는 아니다. 향후 시간이 지나면 추가적인 기술이 도입되고 기능이 더욱 향상될 수 있을 것이다. Gen 1의 경우도 지난 2년 동안 동일한 태그와 리더기를 사용하면서도 성능이 꾸준히 개선되어 왔다. Mercury4의 경우 지난해 Class 0 태그 판독을 초당 8회 정도 실행했지만 최신 소프트웨어의 업그레이드를 통해 초당 100회 이상 실행하는 것으로 나타났다. Gen 2 역시 벤더들이 효과적인 구현 방법을 찾아가면서 Gen 1과 같은 성능 향상이 이루어질 수 있을 것이다.
InformationWeek Elena Malykhina
RFID Alliance Lab에 대해
RFID 제품을 객관적으로 평가하는 기관으로, Daniel Deavours 박사가 총괄하고 있다. 이 연구소는 캔사스 대학에서 테스트를 수행하고 있으며 Rush Tracking Systems와 RFID JOURNAL이 후원하고 있다. 보다 상세한 정보는 www.rfidjournal.com/labreports에서 제공된다.
장점과 단점
Alien ALR-9800
멀티스테틱 시스템으로 바이스테틱 시스템보다 성능이 좋으며 안테나와 케이블도 절반밖에 필요하지 않다. 하지만 판독 지역이 두 곳밖에 되지 않는다.
AWID MPR-3014
포트 비분리형 안테나를 사용하기 때문에 신호를 송수신하는 하나의 안테나에 각 포트가 연결되어 있다. 케이블과 안테나를 적게 필요로 하기 때문에 리더기 구축 비용을 줄일 수 있지만 성능이 떨어지는 것이 단점이다.
Gen 2 옵션
Gen 2 리더기의 성능은 아직 완벽하게 구현되지 않고 있다. Gen 2 표준이 확산되기 위한 잠재적인 성능이 아직 최종 사용자들에게 제공되지 않고 있다. 다음은 대표적인 성능의 일부이다.
다양한 데이터 속도. Gen 2 프로토콜은 태그와 리더기간의 커뮤니케이션에서 다양한 데이터 속도를 제공한다. 높은 데이터 속도는 판독 속도가 높다는 것을 의미하지만 그만큼 RF 노이즈에 민감하다. 데이터 속도가 낮을 경우 판독 속도도 떨어지지만 노이즈에 강하다고 볼 수 있다. 하지만 노이즈에 따라 리더기를 조율할 방법이 거의 업기 때문에 제조 업체가 밝힌 데이터 속도는 매우 중요한 도입 변수가 될 수 있다.
변조 선택. 태그와 리더기는 0과 1의 코드를 조합해 상호 커뮤니케이션한다. 이러한 커뮤니케이션에서는 변조(modulation)라 불리는 코드 기법이 사용된다. Gen 2 프로토콜은 리더기가 FMO나 Miller-2, Miller-4, Miller-8 등 여러 변조 방식 중 하나를 선택하도록 지시할 수 있도록 해준다. FMO는 ISO 18000-6a와 6b 표준에서 사용되고 있지만 Miller 인코딩은 노이즈 환경에서 성능의 향상을 제공할 수 있다. 이번에 테스트한 제품은 변조를 선택할 수 있는 기능이 탑재되어 있지 않았다.
DRM(Dense-Reader Mode). 모든 리더기가 DRM을 지원하고 있다. DRM은 리더기가 RF 주파수의 밀도와 상관 없이 보다 효과적으로 동일한 물리적인 공간을 공유할 수 있도록 해준다. Alien ALR-9800과 ThingMagic Mercury4는 DRM에서 구동할지 여부를 선택할 수 있지만 AWID MPR-3014와 Symbol XR400은 그렇지 않았다. 리더기의 밀도에 따라 선택 가능한 MIM(Multiple-Interrogator Mode)이 구현된 제품은 아무것도 없었다.
Q 알고리즘 설정 및 사용의 유연성. Q 알고리즘은 설치되는 태그의 숫자를 토대로 성능을 조절하는데 사용된다. 각 리더기는 태그를 읽을 때 판독할 수 있는 태그의 수치를 토대로 Q 파라미터를 유연하게 조절하는 것으로 나타났다. 하지만 애플리케이션 Q값을 '최적'으로 제공하기 위해서는 0에서 15의 값을 자신이 설정해야 한다. Alien ALR-9800과 ThingMagic Mercury4는 초기값을 설정할 수 있지만 AWID MPR-3014와 Symbol XR400은 그렇지 않았다.
최고 성능을 발휘한 제품들
Symbol XR400
바이스테틱 시스템으로, 각 포트가 송신과 수신 안테나를 따로 갖고 있다. 설정하는데 다소 시간이 걸리긴 하지만 거리 대비 판독률이 좋으며 충분히 투자할 가치가 있다.
ThingMagic Mercury 4
설치하기가 매우 쉬우며 바이스테틱 안테나를 채택해 거리 대비 판독률이 뛰어난 것으로 나타났다.