시스템 구축을 위한 구성 요소별 고려사항 및 구축 시 유의사항
아주대학교 정보통신대학원에서 이동통신 분야로 석사학위를 받았고, 한도하이테크 재직 시, 2003년부터 2년에 걸쳐 RFID 미들웨어를 개발했다. RFID 팀장으로 있으면서 유통, 물류 등 다양한 분야에 걸쳐 RFID 프로젝트를 성공적으로 수행했다. 현재 BEA Systems의 아시아 태평양 지역 소속으로 국내 RFID 비즈니스를 총괄하고 있고, RFID를 기반으로한 SOA와 모바일 RFID에 관심이 많다.
2004년부터 진행되어온 RFID 프로젝트는 RFID 적용 프로세스의 잘못된 선정, 인식률과 관련된 기술적인 문제, 잘못된 시스템 구성 등으로 RFID 시스템이 실제 사용되지 않거나 더 이상 확산되지 않는 등의 부작용을 가져왔다. 본 고에서는 올바른 RFID 시스템 구축을 위한 시스템 구성 요소 별 고려 사항 및 구축 시 유의할 점에 대해 알아본다.
RFID 시스템 구성 요소 별 고려 사항
RFID 시스템은 크게 RFID 태그에 기록되는 코드(태그ID) 및 태그, 리더, 센서, 경광등 등의 하드웨어와 데이터 수집의 안정성을 보장해주는 미들웨어 그리고 RFID 관련 필수 애플리케이션과 기업의 업무 애플리케이션으로 구성된다. RFID 시스템 구축에 있어 각 구성요소 별로 고려해야 할 사항에 대해 알아본다.
1. RFID 코드
태그 ID라 불리는 RFID 코드는 태그 부착 대상이 기업 내에서만 사용되는 것인지, 기업 간에 이동하는 것인지에 따라 설계가 달라져야 한다. 기업 내에서만 사용된다면 기존 바코드처럼 자체 표준으로도 가능하지만, 확장성을 위해 일반적으로는 EPCglobal이나 ISO 표준화 기구에서 권장하는 코드를 사용한다. 코드 설계에 대해서는 <시스템 구축 시 고려 사항>에서 다시 논의하겠다.
2. RFID 하드웨어
RFID 하드웨어의 역할은 상위 시스템에서 이용 가능한 비즈니스 데이터를 도출하는데 필요한 로우 데이터를 생산하는 것이다. RFID 리더 외에도 데이터의 신뢰성 및 업무 효율성 향상을 위해 센서, 경광등 등이 사용된다.
태그
RFID 태그를 선정하는 기준은 태그를 부착할 대상, 도입 비용, 기능적인 측면에서 Air Interface 프로토콜, 업무 성격에 따른 작업자의 편의성 등이 고려되어야 한다.
- 태그 부착 대상
UHF 대역은 금속과 액체에 약하기 때문에 태그를 부착할 대상이 금속이나 액체라면 이에 적합한 태그를 선택해야 하고, 또한 태그를 부착 대상의 제조 공정에서 임베디드 형태로 삽입하거나 디자인을 필요로 한다면 추가적인 비용이 있음을 고려해야 한다.
- 도입 비용
사실 가장 중요한 측면은 바로 예산이다. 일반적인 태그 가격은 100원대로 형성되어 있지만, 특수 태그나 새로운 디자인을 요구할 시에는 상당한 비용이 소요되므로, 사전에 태그 부착 대상이나 RFID를 적용할 업무가 명확히 정의되어야 한다.
- Air Interface 프로토콜
1년 전만 하더라도 Gen2 프로토콜을 사용한 태그가 막 도입될 때라서, 사용자 요구사항에 따라 EPC Class 0, 1, ISO 18000-6B 등의 프로토콜이 혼재되어 사용되었지만, 인식 성능이나 보안, 사용자 메모리 사용 측면에서 현재는 Gen2 프로토콜의 사용이 일반화 되었다.
- 작업자 편의성
업무 효율성 측면에서 작업자의 가시성이 필요하다면, <그림 1>과 같은 스마트 레이블을 고려해야 한다. 스마트 레이블에 태그 ID와 같은 바코드를 인쇄해서 사용한다면 RFID 태그가 동작하지 않는 상황에서도 업무의 중단을 방지하는 redundancy 제공이 가능하다.
고정형 RFID 리더
- 선정 조건
고정형 RFID 리더에게 기대하는 타깃 성능은 시스템 다운없이 안정적으로 초당 2,3회 이상 정확한 태그 데이터를 미들웨어로 전송해주는 것이다. 사실, 인식거리 안에 태그가 놓여있더라도 그 수량이 많아지면 많아질수록 RFID 리더에 의해 인식된 태그 개수의 변화는 심해지기 마련이다. RFID 리더가 매번 모든 태그를 인식할 수 있으면 좋겠지만, 현재까지의 기술 수준으로는 한계가 있기 때문에 초당 1,2회 정도만 인식거리 안의 모든 태그를 읽을 수 있다면 미들웨어의 Smoothing 기능에 의해 인식률은 보정될 수 있다. 일반적으로 미들웨어에 의한 데이터 보정은 오래할수록 인식률이 좋아지지만, 상위 애플리케이션이 실시간 업무 처리를 요구한다면 미들웨어는 가능한한 빨리 애플케이션으로 데이터를 전송해야 하기 때문에 충분한 데이터 보정을 하기 어렵다. 따라서, 사용자는 RFID 리더의 고유한 역할을 수행하는 즉, 최대한 많은 태그를 최대한 자주 보내는 리더를 선택해야 한다. 이를 위해서 효율적인 Anti-Collision 알고리즘을 탑재되어 있고, Polling 및 Notification 방식의 통신을 효과적으로 지원하며, 태그 인식 모듈과 네트워크 모듈이 서로 영향 받지 않도록 안정적인 멀티태스킹을 지원하는 리더를 권장한다.
- Dense 환경
특정 반경 안에 채널 보다 많은 숫자의 리더가 있을 때를 Dense 환경이라 부른다. Dense 환경을 극복하기 위한 DRM (Dense Reader Mode) 지원 리더들이 출시되고 있지만, 가급적 가까운 거리에 여러 리더를 사용하지 않을 것을 권장한다. 왜냐하면, 국내에서는 DRM 기능이 큰 의미가 없기 때문이다. 국내에서 사용 가능한 UHF 주파수 대역은 910~914MHz이다. 채널 대역폭이 200KHz이므로 산술적으로 20개의 채널이 확보되어야 하지만, 사이드밴드를 제외하고 보통 16개의 채널이 사용된다. 채널 수도 적고 채널 폭도 작기 때문에 국내 환경에서는 DRM을 지원하기가 쉽지 않다. 현재 정통부에서 이러한 문제를 해결하기 위한 주파수 대역 확장과 관련된 논의가 진행 중이다.
이동형 RFID 리더
기존에 이동형 RFID 리더라고 하면 핸드헬드 RFID 리더를 지칭했다. 핸드헬드 리더는 재고 실사나 이동 환경에서의 업무, 혹은 고정형 장비에서 발생하는 에러를 보정하는 목적으로 사용되었다. 현재까지 진행된 많은 프로젝트를 통하여 핸드헬드 RFID 리더를 사용하는 재고 실사 분야는 바코드에 비해 큰 장점이 없는 것으로 인식되었다. 하지만, 재고 실사의 목적으로 새롭게 설계된 이동식 일체형 RFID 장비의 출현은 성능 측면에서 매우 혁신적이라 할 수 있다. 작업자는 카트처럼 장비를 밀고 다니기만 하면 몇 분 만에 수천 개의 항목에 대한 재고 실사 작업을 완료 할 수 있다. 일반적으로 이동식 장비에는 고정형 RFID리더, Edge 미들웨어, 재고 실사 애플리케이션이 일체형으로 탑재되어 있다.
RFID 프린터
'태그 발행기' 라고도 불리는 RFID 프린터는 스마트 레이블 형태의 RFID 태그에 태그 데이터의 기록과 작업자 업무의 가시성 향상을 위한 템플릿을 인쇄하는 장비다. 핸드헬드형 RFID 리더나 고정형 RFID 리더에 의해서도 태그 데이터 기록이 가능하지만, 일반적으로 초기에 부착할 태그의 수량이 많기 때문에 소요되는 시간과 인력을 고려한다면 RFID 프린터의 사용이 필수적이다.
보조 장비
RFID 리더 만으로 데이터의 신뢰성을 보장받을 수 있을까? 만약, 창고 입출고 업무가 이루어지는 환경에서 게이트에 설치된 RFID 리더가 태그를 100% 인식했다고 하더라도 입고, 출고가 뒤바뀐다면 어떻게 될까? 현장에서 잘못 생성된 데이터가 지속적으로 상위 시스템에 전달된다면 RFID 시스템 도입에 투자하는 의미가 없어지는 것이다. 따라서 입/출 구분 및 카운팅을 위해서는 센서를, 잘못된 데이터의 전송을 막기 위해서는 경광등의 사용을 권장한다. 이 장비들은 PLC나 RFID 리더의 GPIO 혹은 Digital I/O 보드의 장착으로서 RFID 미들웨어와 연계될 수 있다.
3. RFID 미들웨어
Edge 미들웨어
RFID 미들웨어의 필수적인 기능은 대용량 데이터의 안정적인 처리이다. 현재 RFID 사업 자체의 규모가 파일럿 형태로 진행되고 있지만 향후 확장 시, RFID 미들웨어가 처리해야 하는 데이터는 엄청나게 많아지므로 이를 처리할 수 있는 성능이 필수적이다. 또한, RFID 하드웨어의 불안정성 보완해야 한다. 수분이나 금속에 약한 UHF 대역의 주파수 특성 및 리더의 불안정성으로 인한 데이터 신뢰성 저하를 미들웨어가 보완해야 하며, 인식범위 내에 특정 태그가 불규칙적으로 인식되거나 인식범위 밖의 태그가 인식될 때 적절한 필터링 기능을 제공해야 한다. 그밖에 신뢰성 있는 데이터 전달 및 보안 기능을 제공해야 한다. 네트워크 단절 시 혹은 미들웨어가 탑재된 서버의 전원 단절 시에도 데이터 손실이나 데이터의 순서가 뒤바뀜 없는 전송을 가능하게 해야 한다.
핸드헬드 RFID 리더용 컴팩트 미들웨어
RFID 도입 초기부터 현재까지 핸드헬드용 컴팩트 미들웨어의 필요성에 대한 의문이 있었지만, 현재 정부주도의 RFID 프로젝트 대부분에서 RFP 상에 기본적으로 포함되어 있다. 주요 역할로는 기본적인 디바이스 관리, 필터링, 사용자 업무 애플리케이션 개발을 돕는 SDK, 워크플로우 처리 프레임웍, EPCIS 캡쳐 인터페이스 등을 제공한다.
Enterprise 미들웨어
Enterprise 미들웨어는 대개 WAS(Web Application Server)를 포함하고 EPCIS 표준을 만족시키도록 되어 있다. 주요 기능으로는 Edge 미들웨어와 RFID 하드웨어에 대한 웹기반 중앙 관리, 태그 발급을 위한 마스터 데이터 관리, 통계 및 조회 기능, 타 기업과의 표준 기반의 데이터 전달 등이 있다. <그림 2>은 Edge/Enterprise RFID 시스템 구성을 보여준다. 현재까지 RFID 프로젝트가 파일럿 혹은 POC 형태로 진행되었기 때문에 Edge 미들웨어없이 기업용 애플리케이션이 직접 연동되었다. 하지만, 향후 확산을 위해서 보다 보안에 강하고 확장성 있는 구조를 권장한다.
4. 애플리케이션
RFID 시스템에서 사실 가장 중요한 애플리케이션은 업무 애플리케이션이다. 하지만 기업마다 또는 업무마다 기능 및 화면이 모두 다르기 때문에 여기에서는 다루지 않겠다.
태깅 애플리케이션
태깅 애플리케이션은 모든 RFID 프로젝트에 필수적으로 사용되며 RFID 업무가 본격적으로 시작되기 전 태그 부착 과정에서 사용되는 것으로 일반적으로 DB 및 RFID 프린터와 연계된다. 태깅 애플리케이션의 동작은 DB로부터 태그 부착 대상을 위한 태그ID를 발급 받는 과정과 발급 받은 태그 ID를 RFID 프린터와의 연동으로 태그에 기록하는 과정, 마지막으로 태그 기록이 성공했을 때 이 태그 ID를 상위 시스템에서 관리하는 코드와 맵핑하는 과정으로 이루어진다.
모니터링 애플리케이션
모니터링 애플리케이션 또한 하드웨어 및 미들웨어의 동작 상태 및 태그 데이터 모니터링을 위해 필수적으로 사용된다. 일반적으로 모니터링 애플리케이션은 <그림3>처럼 미들웨어 벤더에서 원격 관리 툴 형태로 제공되지만, 관리자가 요구하는 화면을 위해서는 일정 수준의 개발을 거쳐야 한다.
RFID 리더 시뮬레이터
RFID 리더 시뮬레이터는 프로젝트가 시작되었지만, 계약이 지연되어 관련 RFID 리더가 준비되지 않았거나, 개발실에서 실제 현장과 유사한 환경을 구축하기 어려울 때 매우 유용하다. 시뮬레이터는 RFID 미들웨어 및 애플리케이션 구현물의 정확한 테스트를 가능하게 하는 등의 개발 생산성을 높인다. 또한 데이터의 신뢰성에 문제가 발생한 경우, RFID 하드웨어와 미들웨어 중 어떤 부분에서 발생한 문제인 지 가려줄 수 있다. <그림 4>는 리더 시뮬레이터의 예를 보여준다.
시스템 구축 시 고려 사항
여기에서는 RFID 시스템 구축 과정에서 간과하지 말아야 할 사항에 대해 기술한다.
RFID 적용 업무 프로세스 및 ROI 산출
RFID를 적용할 업무 프로세스를 도출하는 작업은 RFID 시스템을 도입하는데 ROI를 가장 효과적으로 도출할 수 있는 부분을 찾는 것이다. 예를 들어, 업무 효율성 측면에서 RFID 도입을 고려한다면, 가장 자주 사용하는 업무 중 가장 비효율적으로 이루어지는 업무에 적용하는 것을 검토해야 한다. 또한, RFID를 도입하는데 있어 기업의 가장 큰 고민은 도입 효과의 불확실성이다. 따라서, 만약 RFID를 적용할 업무가 결정이 되었다면, 이에 따른 ROI에 대한 산출이 이루어져야 한다. 이를 위해서는, 기업 업무에 대한 분석이 선행되고, 비효율적인 업무로 인해 얼마의 손실이 발생하고 있는 지를 조사해야 한다.
적합한 프로토콜과 장비의 선정
국내 RFID 사업이 UHF 대역을 중심으로 이루어지고 있다고 하더라도 꼭 UHF 대역을 고집할 필요는 없다. 신뢰성있는 데이터 수집이 목적이기 때문에 업무 영역이나 현장 상황을 고려해 적합한 프로토콜과 그에 맞는 장비를 선정해야 한다.
코드 체계 설계
코드 체계에 대한 설계는 RFID 데이터가 기업의 비즈니스 데이터와 맵핑되는 과정으로서 매우 중요하고, 바코드 등 다른 자동 인식 시스템과 연계가 필요하다면, RFID 코드와 해당 코드 간의 변환 규칙도 정의되어야 한다. 또한, 사용자 메모리의 사용도 신중하게 결정되어야 한다. 네트워크 접근이 불가능한 상황에서 꼭 필요한 경우가 아니라면 데이터의 일관성 측면이나 성능에 영향을 미칠 수 있으므로 태그 ID만 기록하고 DB에 접근해서 데이터를 가져오는 방법을 권장한다.
장애 발생 시 알림
현장에서 발생되는 에러 및 장애 상황에서 RFID 시스템은 작업자 및 관리자에게 적절한 방법으로 알려줄 수 있어야 한다. 예를 들어, 입고 작업에서 입고 수량이 맞지 않을 경우 현장 작업자가 인지할 수 있도록 경광등을 점등하는 등의 조치를 취해야 한다. 또한 관리자가 장애 상황을 즉시 인지할 수 있도록 SMS나 모니터링 화면에 디스플레이 해야하고 적절한 조치를 취하도록 로그 파일을 남겨야 한다.
작업자/관리자 가이드
RFID 프로젝트에서 시스템 구축 시 정상적으로 동작하는 것이 당연히 중요하겠지만, 비정상 케이스에 대해 어떻게 처리할 건지도 매우 중요한 요소다. 시스템 설계 과정에서 사전에 이런 상황 등을 예측하고 비정상 경우에 대해 작업자 및 관리자가 어떠한 액션을 취해야 하는지 가이드해야 한다.
네트워크 단절
RFID 시스템을 구축하는 기업이나 공공 기관은 가급적 현장과 중앙 센터를 전용선으로 연결하는 것이 좋다. 하지만, 물리적으로 전용선을 구축하기 힘든 상황에서는 ADSL을 사용하게 된다. ADSL은 연결이 자주 끊기기 때문에 데이터 손실에 대한 가능성이 매우 크다. 따라서, 네트워크 단절이나 미들웨어가 탑재된 PC나 서버의 다운 시에도 데이터 손실없이 상위 시스템으로 전달될 수 있는 기능이 필수적이다.
네트워크 구성 (Factory Lan)
RFID 리더로부터 미들웨어로 전송되는 데이터는 RFID 리더의 개수가 증가할 경우, 다른 네트워크를 마비시킬 만큼 네트워크 자원의 소비가 크다. 따라서, 미들웨어가 탑재된 PC/서버 측에 네트워크 카드를 두 개 설치해서 하나는 리더로부터 데이터 수신을 하는 목적으로 사용하고, 다른 하나는 상위 시스템과의 통신을 위해 사용하는 것이 좋다.
미들웨어 워크플로우 설계
일반적으로 미들웨어 커스터마이징이라 함은 기업마다 다른 사용자 요구사항 및 현장 업무 프로세스와 관련된 로직을 미들웨어 워크플로우 프레임웍에 삽입하는 것이다. 미들웨어의 워크플로우의 예를 들면, 입고 프로세스에서 입고 방향 센서가 감지되었을 때 미들웨어가 리더를 깨워 태그 데이터를 읽게하고, 센서 신호와 태그 데이터를 병합하여 입고 데이터를 만든후, 상위 ERP에 전송하고, ERP에서 보내주는 결과값을 바탕으로 경광등을 점등하는 것이다.
하드웨어 및 미들웨어 성능 테스트
RFID 시스템의 구축의 성공 여부의 핵심은 역시 인식률이다. 99% 이상의 인식률을 보장 받기 위해서는 상당한 시간의 하드웨어 튜닝 작업이 필요하다. 현장 마다 환경이 모두 다르기 때문에 개발실에서 이루어지는 튜닝은 사실 의미가 없어 보인다. 하지만, 하드웨어에 대한 신뢰성이 공인되지 않은 상황에서의 하드웨어 테스트는 반드시 이루어져야 한다. 왜냐하면 몇몇 프로젝트에서 리더 때문에 프로젝트 일정이 전반적으로 늦어지고 결국엔 리더를 교체하는 경우가 있었기 때문이다.
기존 프로젝트 들의 규모나 발생되는 데이터 양이 많지 않았기 때문에, 상대적으로 성능보다는 가격이 낮은 미들웨어 제품을 선호하는 경향이 있었다. 하지만, 프로젝트 규모가 점점 커지고 있고 처리해야 할 데이터 양이 많아지고 있기 때문에 미들웨어의 CPU점유율, 가용메모리, Disk I/O 등의 성능 관련 요소에 대한 검증이 필요하다.