RFID 시작하기

UHF RFID 시스템에는 리더, 하나 이상의 안테나 및 태그의 세 부분이 있습니다. 리더는 920–925 MHz 무선 신호를 생성하여 안테나를 통해 전송합니다. 수동 태그가 안테나의 필드에 들어가면 전파에서 에너지를 수집하여 작은 마이크로칩에 전원을 공급합니다(일반적으로 ~10 microwatts만 필요). 그런 다음 칩은 들어오는 신호를 변조하고 백산란합니다. 본질적으로 수정된 버전을 다시 반사합니다. 이 반사 신호는 태그의 고유한 Electronic Product Code(EPC)를 전달합니다.

쿼리 전송부터 태그의 응답 수신까지 전체 판독 주기는 약 1–3밀리초가 소요됩니다. 이것이 EPC Gen2 충돌 방지 프로토콜을 사용하여 단일 리더가 초당 200개 이상의 태그를 인벤토리할 수 있도록 하는 것입니다. 왕복 신호 손실은 상당합니다(-40 ~ -80dB). 따라서 리더 TX 전력(일반적으로 30 dBm / 1와트)과 태그 칩 감도(최대 -22 dBm)가 매우 중요한 사양입니다.

RFID는 여러 주파수 대역을 포괄하지만, UHF(860–960 MHz)는 상업적 응용 분야에서 지배적입니다. 이는 판독 범위, 속도 및 태그 비용 간의 최적의 균형을 제공하기 때문입니다. LF(125 kHz)는 ~10cm 이내에서 ~1 태그/초로 판독합니다. 이는 동물 추적에는 적합하지만 물류에는 너무 느립니다. HF/NFC(13.56 MHz)는 ~1m에서 ~50 태그/초로 판독합니다. 이는 결제 및 액세스 카드에 적합합니다. UHF는 200+ 태그/초로 1–12+ 미터에 도달합니다. 이는 공급망, 소매 및 자산 추적에 이상적입니다.

Vietnam 920–925 MHz 대역 내에서 리더는 여러 채널에서 주파수 도약 확산 스펙트럼(FHSS)을 사용합니다. 공식은 다음과 같습니다. 주파수 = 920.0 + (channel_index × 0.5) MHz. 일반적인 구성은 최대 채널 분리를 위해 920.0 ~ 925.0 MHz에 걸쳐 6개 채널 [0, 2, 4, 6, 8, 10]을 사용합니다.

Channel Index → Frequency (MHz)   Formula: f = 920.0 + (idx × 0.5)

Ch 0  → 920.0    Ch 4  → 922.0    Ch 8  → 924.0
Ch 1  → 920.5    Ch 5  → 922.5    Ch 9  → 924.5
Ch 2  → 921.0    Ch 6  → 923.0    Ch 10 → 925.0
Ch 3  → 921.5    Ch 7  → 923.5

Typical: use [0, 2, 4, 6, 8, 10] for max channel separation

모든 UHF RFID 태그에는 두 가지 필수 구성 요소가 있습니다. 안테나 패턴(PET 기판에 에칭 또는 인쇄된 알루미늄)과 마이크로칩(IC). 안테나는 리더의 신호를 캡처하고 칩은 명령을 처리하고 데이터를 반환합니다. 칩 감도는 칩이 활성화하는 데 필요한 최소 전력입니다. -22.1 dBm으로 평가된 칩은 ~6.3 microwatts만으로도 깨어날 수 있습니다. 낮을수록(더 음수) = 더 나은 감도 = 더 긴 판독 범위.

일반적인 칩 제품군에는 다음이 포함됩니다. NXP UCODE 9(-22.1 dBm, 128-bit EPC, 사용자 메모리 없음. 소매에서 지배적), Impinj M700 시리즈(-22.1 dBm, 128-bit EPC. 물류에서 강력함) 및 Quanray QStar-7U(-21.0 dBm, 128-bit EPC, 512-bit 사용자 메모리. 태그에 직접 데이터를 저장해야 할 때 이상적).

태그 폼 팩터: Dry Inlay(PET에 있는 원시 태그, ¢3–8, 라벨로 변환용), Wet Inlay(접착제 포함, ¢5–12, 적용 준비 완료), 스티커 라벨(인쇄 가능, ¢8–25, 브랜딩 포함), 하드 태그($1–15, 열악한 환경에 적합), 직조/패브릭 라벨(¢15–40, 의류에 꿰매어짐). Nextwaves는 35×17mm에서 95×8mm까지의 Dry Inlay와 해당 크기의 스티커 라벨을 제조합니다.

EPCglobal Gen2(ISO 18000-6C)는 UHF 리더가 태그와 통신하는 방식을 관리합니다. 주요 혁신은 하나의 리더가 서로 간섭하지 않고 수백 개의 태그를 동시에 인벤토리에 추가할 수 있게 해주는 슬롯형 ALOHA 충돌 방지 알고리즘입니다.

인벤토리 라운드가 작동하는 방식은 다음과 같습니다. 리더는 매개변수 Q(2^Q 타임 슬롯 생성)를 사용하여 쿼리를 보냅니다. 각 태그는 임의의 슬롯을 선택하고 대기합니다. 태그의 슬롯이 도착하면 16비트 난수로 응답합니다. 하나의 태그만 응답하면 리더가 ACK를 보내고 전체 EPC를 수신합니다. 여러 태그가 충돌하면 리더가 해당 슬롯을 건너뜁니다. 모든 슬롯이 지나면 Q가 조정됩니다(충돌이 너무 많으면 증가, 빈 슬롯이 너무 많으면 감소). 라운드가 반복됩니다.

실용적인 Q 설정: 1–5개의 태그의 경우 Q=2(4개 슬롯), 5–20개의 태그의 경우 Q=4(16개 슬롯), 20–100개의 태그의 경우 Q=5(32개 슬롯), 100–500개의 태그의 경우 Q=6(64개 슬롯), 500개 이상의 태그의 경우 Q=7(128개 슬롯). Q가 높을수록 충돌은 줄어들지만 라운드는 느려집니다.

세션 지속성은 태그가 이미 읽혔다는 것을 얼마나 오랫동안 기억하는지 제어합니다. 세션 S0은 즉시 재설정됩니다(지속적인 모니터링). S1은 0.5–5초 동안 지속됩니다(표준 인벤토리). S2/S3는 2초 이상 지속됩니다(각 태그가 통과할 때마다 한 번씩 계산하려는 도크 도어 및 컨베이어). 일반적인 규칙: 선반 모니터링에는 S0을 사용하고 포털에는 S2/S3을 사용합니다.

Tag Count → Q Value → Slots → Use Case

  1-5       Q=2       4       fast, low overhead
  5-20      Q=4       16      good balance
  20-100    Q=5       32      warehouse shelves
  100-500   Q=6       64      pallet scanning
  500+      Q=7       128     dock doors, bulk

Higher Q = fewer collisions but slower rounds

모든 Gen2 태그에는 4개의 메모리 뱅크가 있습니다. Reserved(Bank 00): Kill password + Access password, 총 64비트. EPC(Bank 01): CRC-16 + Protocol Control word + EPC 식별자, 일반적으로 96–128비트. TID(Bank 10): 공장에서 구운 고유한 칩 ID로 변경할 수 없으며 위조 방지에 매우 중요합니다. User(Bank 11): 선택적 사용자 지정 데이터 저장소(칩에 따라 0~512+비트), 배치 번호, 검사 날짜 또는 센서 데이터에 유용합니다.

리더가 태그를 인벤토리할 때 각 알림에는 다음이 포함됩니다. 안테나 ID(포트), RSSI 원시 값(0–255, dBm으로 변환: dBm = -100 + round(raw × 70 / 255)), EPC 데이터(12+바이트) 및 주파수 채널 인덱스. 이 데이터는 애플리케이션에서 '품목 배송' 또는 '팔레트 수신'과 같은 비즈니스 이벤트에 실제 태그 판독값을 매핑하기 위해 처리하는 데이터입니다.

[ANT] [RSSI] [EPC ×12 bytes ..................] [CH]
 01    B4     30 34 25 7B F7 19 4E 40 00 00 1A 85  06

Antenna:  1 (port 1)
RSSI:     180 → dBm = -100 + round((180×70)/255) = -51 dBm
EPC:      3034257BF7194E4000001A85 (SGTIN-96)
Channel:  6 → 920.0 + (6×0.5) = 923.0 MHz
GTIN-14:  80614141123458  Serial: 6789

각 단계별로 구체적인 지침과 함께 첫 번째 RFID 시스템을 설정하기 위한 실용적인 체크리스트입니다.

Input:  GTIN-14=08600000232451  Serial=1001  Prefix=7 digits
Output: 30 14 1A 80 0E 98 78 00 00 00 03 E9  (12 bytes)