2008. 7. 11. 17:29

RFID 스마트 선반

UHF RFID 가 제대로 시장이 활성화 되려면 유통 분야에서 적절하게 사용할 수 있는 환경이 되어야 할 것으로 생각한다. UHF RFID의 사용에 기대를 많이 걸었던 초반의 애플리케이션에는 SCM 분야 뿐 아니라 매장에서의 일괄 인식과 실시간 선반 재고관리에 대한 기대도 매우 컸다.

Gillete 면도기는 작은 날 제품은 소모품으로서 매우 인기가 많은데 문제는 그 크기가 매우 작을 뿐 아니라 가격이 매우 비싸기 때문에 도난이 가장 많이 일어나는 제품 중 한가지라고 한다. 이를 사전에 방지할 수만 있다면 비용이 좀 들더라도 태그를 부착하여 관리하고자 하는 의향이 충분히 있는 적용 분야이다. 그래서 초반에 이에 대한 실제 테스트를 진행을 했고 카메라와 연동하여 도난 방지 용도로 사용 가능한지를 시범적용하기도 하였다. 공식적인 결과는 좋았다라고 하기는 했지만 실제로 모든 매장에 잘 적용되지 않은 걸 보면 여러가지 문제점이 있었으리라 생각한다. 물론 개인 프라이버시에 대한 문제도 불거졌고 그렇게 까지 모든 고객을 잠재적인 범죄자로 취급하는 것 자체가 또하나의 큰 부담이었을 것이다. 하지만 기술적인 문제는 없었을까?

2005년도에 롯데마트에서 퓨처스토어라는 이름으로 자사 브랜드 상품에 대해 홍보를 위한 스마트선반을 서울역점에 설치하여 대대적인 언론 홍보를 하기도 하고 최근에 많은 정부 시범사업에서도 대국민 서비스 또는 사업 홍보 차원에서 매장에 스마트선반 개념을 도입하기도 하고 가장 최근에는 이마트 수서점에 와인을 대상으로 하는 스마트선반을 구축하기도 하였다. 이 모든 것들이 UHF 대역의 RFID를 사용한 것이다.



문제는 바로 이 UHF 대역의 주파수 특성이 문제이다. <그림 1>에 UHF 안테너 빔 패턴을 나타내었다. 보통 UHF RFID는 멀리 있는 여러개의 제품을 동시에 빨리 인식하고자 하는 물류 분야에 사용하려고 하였고 여기에 맞는 특성을 가지고 있다. 하지만 스마트선반은 선반위에 놓여진 제품을 짧은 거리 내에서만 인식을 하고 일정 거리를 살짝 벗어날때 인식을 중지해야 하는 애플리케이션으로 사용되어야 한다는 것이다.

스마트 선반을 통해 구현하고자 하는 시나리오는 보통 다음과 같다.

- 관심 있는 제품을 선반에서 꺼내 들면 이에 대한 정보를 선반에 있는 모니터를 통해 보여 준다.
- 선반 위에 놓여진 제품을 실시간으로 인식하여 그 재고 정보를 관리하고 결품이 예상되는 제품인 경우는 담당 직원을 호출하여 자동으로 알려준다.
- 여러개의 제품을 한꺼번에 꺼낼때는 도난의 의도가 있을 수도 있기 때문에 이때 감시 카메라와 연동하여 수상한 행동을 하지 않는지 보안 담당 직원에게 미리 알려 줄 수도 있다. (질레트 테스트 시나리오)

UHF 빔 패턴은 파의 소스인 안테너로 부터 작은 파가 생기고 일정 거리 이후에 이를때 파 패턴이 넓어 지면서 이 곳에 태그가 존재할 때 잘 읽히게 된다. 하지만 우리가 원하는 대로 스마트 선반에서 인식을 잘 하고자 하면 빔 패턴이 납작하면서도 옆으로 골고루 퍼진 상태로 눌러 만들어야만 하는 것이다. 어찌 보면 자연의 섭리를 거역하는 모습이라고나 할까?
사실상 이런 형태의 주파수는 저주파가 더 어울린다. 일본에서는 HF (13.56 MHz) 대역을 사용하여 매우 성능 좋은 스마트선반 솔루션을 만들어 내었다. 원래 저주파 대역은 UHF 대역에 비해서 처리 속도가 좀 느리고 Anti-Collision이 약해서 문제가 되었으나 최근에 완성된 솔루션을 보면 전혀 그런 문제가 없음을 알 수 있었다.



사용자 삽입 이미지
<그림 1> UHF 안테너 빔 패턴

그런데 굳이 UHF 대역을 사용해서 스마트선반을 만들어야 하는 이유는 무엇일까? 우선 우리나라에서는 오직 UHF 만이 대세라는 인식하에 다른 주파수에 대한 다양성을 인정하지 않는 사회 분위기가 가장 큰 원인이다. 그것보다 좀더 현실적인 원인으로서는 단순하게 매장에서 단품 관리 용도로만 사용될 것이 아니라 중간의 유통 과정에서 물류 관리에도 같이 사용하고자 하기 때문에 두가지 주파수로는 해답이 없는 경우가 많기 때문이다.
두개의 주파수를 지원하기 위해 두개의 태그를 붙이고 두 종류의 리더를 곳곳에 설치할 수는 없지 않은가? (물론 일본 TOPPAN 이란 회사에서는 하나의 태그로 여러가지 주파수를 동시에 사용할 수 있는 태그 개발에 나섰지만 내가 아는 한 상용화에는 실패한 것으로 안다. 우선 비용적인 부담이 만만치 않을 것 같다.)

어쩔 수 없이 UHF 를 사용하여 스마트 선반을 꾸며야만 한다면, 발생되는 기술적 문제점들은 다음과 같다.

- 음료수 같은 액체로 된 제품이거나 금속 성분을 포장지 또는 케이스로 사용하고 있는 제품들에 적용할때는 인식률이 현저히 떨어진다.
- 많은 제품들이 너무 조밀하게 밀집되어 있기 때문에 서로 간의 간섭으로 인해 인식률이 많이 떨어진다.
- 여러 선반에 같이 적용했을 경우 다른 선반의 태그를 오인식할 수도 있다.
- 한꺼번에 너무 많은 태그가 있음으로 해서 인식 속도가 저하될 수 있다.
- 주어진 하나의 선반 영역 내에서만 읽히고 벗어나면 안 읽히게 하고 싶지만 이를 구현하기가 매우 힘이 든다.
- 밀집된 지역에 여러 리더가 사용될 수 있으므로 Dense Reader Mode 가 지원되는 리더 사용이 필수적이다.
- 선반 영역 내에서 음영 지역이 없도록 안테나를 설치하여야 한다.

요약해 보면 액체에서 잘 읽히는 태그를 개발해야 하고 안테나를 잘 만들어 가까운 곳에 있는 태그를 오류 없이 여러개 읽을 수 있도록 하고, 성능 좋은 리더를 사용해야만 한다. 차폐 장치 등 부가적인 장치도 추가적으로 필요하다.
이런 분야에 사용하기 위해서 기존의 Far-Field 방식의 문제점을 Near-Field 개념으로 해결하고자 하는 노력들이 진행되고는 있지만 이 점 역시 그리 쉽게 해결되고 있지는 않은 것 같다. (Near-Field 에 대해서는 앞에서 설명한 바가 있다.)

하드웨어 입장에서 모든 문제를 해결해 주면 상관이 없겠지만 그것이 현실적으로는 어려운 점이 많기 때문에 소프트웨어 입장에서도 해결책이 있어야만 한다. 우선 태그의 인식이 들쑥날쑥하면 이를 에러 없이 일관된 정보로 유지하는 방법이 이른바 Smoothing이란 방법을 써야 하는데 사실상 RFID 미들웨어가 가져야 하는 기본 기능이라고 할 수 있다. 문제는 대부분 이 Smothing 알고리즘을 구현하기 위해서 일정 시간동안 판단을 보류함으로써 그 일정 시간동안 데이터 변화가 없다고 판단하는 방법을 많이 사용하고 있는데 이는 근본적인 해결책이 아니며 실시간 데이터 인식이 불가능하다. 실시간성과 데이터 안전성은 서로 반비례하는 특성이 있다.

이를 해결하기 위해서는 리더가 데이터를 넘겨주는 속도가 매우 빨라야만 한다. 최대한 많은 데이터를 모아 두고 이 중에서 몇번이 빠졌나를 판단하여 처리하여야만 데이터 안전성과 함께 실시간성을 보장 받기 때문이다. 일반적으로 사용자가 제품을 하나 들었을때 그 정보가 보여지는 시간이 3초 이내여야만 지루함이 없다. 그러기 위해서는 초당 4~5번 이상의 데이터 전송 속도가 보장되어야만 한다. 이런 분야에 사용될 리더를 선정할때 고려해야 하는 특성 중 하나이다.


사용자 삽입 이미지
<그림 2>스마트 선반 시스템 구성

보통 스마트 선반에 사용되는 시스템 구성은 <그림2>와 같다. 역시 RFID 미들웨어가 내장된 로컬 컨트롤러는 현장에 놓이는 것이 좋다. 그래야만 실시간 데이터 처리에 대한 대처가 가능하기 때문이다. 일반적으로 매장에서는 무선 네트워크를 사용하여 상위 서버와 연동되는 점을 참고하기 바란다.

다음은 실제 매장에 스마트 선반을 지속적으로 운영한다고 가정했을 때의 문제점을 생각해 보자.

- 스마트 선반은 이제부터는 하나의 설비가 되는 것이다. 따라서 전자 기기로서 관리되고 유지보수가 필요해 진다. 어떤 매장은 24시간 운영되기 때문에 24시간 365일 운영될 수 있는 튼튼한 장비가 필요하다.
- 원격 관리 기능은 필수적이다. 많은 매장에 많은 선반이 놓이게 된다면 일일이 현장에서 이를 모니터링하고 관리한다는 것은 불가능하다. 원격 중앙에서 이러한 관리가 가능하도록 해야 한다.
- 일반적으로 <그림2>에서 보는 바와 같이 여러개의 장비들이 서로 연동되어 구성되기 때문에 케이블이라든지 여러 구성이 매우 복잡해 질 수 있다. 하지만 매장에서는 수시로 레이아웃을 바꾸고 이동할 수 있기 때문에 이런 구성이 너무 복잡하면 다음 변경 작업 때는 철거하게 될 것이다.
- 전자 기기들이기 때문에 발생되는 열이 엄청나다. 이를 대비한 완벽한 해결책이 있어야만 한다.
- 매장에서는 가끔 바닥 물청소를 한다는 것을 잊지 말라. 전자 제품에 물이 묻으면 치명적이라는 사실도 잊지 말라.
- 아무리 DRM 기능이 완벽하게 지원되는 리더라고 하더라도 인식률을 높이기 위해서 많은 리더를 사용하려고 하지는 말라. 우선 설치 비용이 문제이고 너무 많은 리더가 매장에 깔려 있다고 생각해 보라. 위에서 얘기한 모든 문제점들의 관리 포인트가 그만큼 늘어날 것이다. 최대한 적은 수의 리더로 해결할 수 있는 방법은 없을까?
- 안테너를 잘 튜닝하고 겉으로 드러나지 않도록 미관에도 신경을 써야 하지만 이를 위해서 새로운 선반 집기를 제작하여 설치하여야만 한다면, 이는 시범적으로 설치되는 선반에만 적용할 수 있을 뿐이다. 지속적으로 사용되기 위해서는 기존 선반에 손쉽게 설치하여 성능을 발휘할 수 있는 간편한 방법이 있어야만 한다.
- 지속적인 컨텐츠의 관리가 가능해야만 한다. 이를 위한 시스템 유지보수 팀과 인력의 노력이 지속적으로 들어 가야만 한다. (당연한 이야기다.)

개인적으로 스마트 선반 기술이 여러 RFID 응용 시스템 중에서 기술적으로는 가장 어려운 제품이 아닌가 생각한다. 특히 위에서 얘기한 유지보수 문제를 생각하면 더욱 그렇다.

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