NFC의 능동동작 모드, 수동동작 모드 및 RFID 동작 모드에 필요한 13.56MHz 트랜스미터와 리시버 및 RFID 태그 동작을 모두 지원하는 단일 칩 NFC 트랜시버를 설계 및 제작하고 동작을 검증하였다. 제안된 NFC 트랜시버는 외부전원 공급이 없어도 RFID 태그가 동작할 수 있도록 이니시에이터와 타겟의 2중 안테나 구조를 가지고 있다. 타겟 안테나는 이니시에이터 안테나의 접지 차폐층을 사용함으로써 이중 안테나의 유효면적이 단일 안테나에 비교해서 동일한 면적을 갖도록 안테나 구조를 제안하였고, 안테나의 선택 동작에 필요한 회로를 제안하였다. 제안된 NFC 단일 칩 트랜시버의 아날로그 전단부 회로는 능동모드와 RFID 리더를 위한 Reader/writer 블록의 트랜스미터와 리시버 회로부, 수동 모드와 태그 모드를 위한 태그 회로부로 구성된다. 태그 회로부는 정류기 및 부하 변조를 위한 수동소자가 포함되어 있으며, 정류기에서 생성되는 전압을 사용하여 외부 전원 없이도 태그 동작이 가능하도록 설계하였다. 제안된 트랜시버는 UART 직렬 인터페이스 회로를 통하여 호스트와 최대 212Kbps로 통신할 수 있다. 제안된 회로는 매그나칩의 0.35um 2-Poly 4-Metal CMOS공정으로 제작되었고, 칩의 유효면적은 $2200um{\times}360um$이다.
본 논문에서는 UHF 대역 RFID 수동형 태그의 디지털 회로부 구현을 위한 VHDL 설계과정을 보인다. 태그의 동작은 EPCglobal Class1 Gen2 표준을 지원하며 합성과 구현과정을 거친 타이밍 시뮬레이션 결과를 통해 검증하였다. 수 미터의 인식거리로 인해 Frame-Slotted Aloha를 사용하는 환경에서, 단위시간당 태그 인식률을 향상시키기 위해서는 리더 명령에 대한 빠른 처리와 응답을 할 수 있는 디지털 회로 설계가 필요하다. 본 설계는 Pipeline 처리 구조를 기반으로 직렬 입력 신호에 대한 응답지연의 최소화를 목표로 하였다. 또한, 효율적인 다중 접속 명령들의 처리와 태그의 데이터 전송 속도의 오차를 낮추기 위해 리더의 Preamble과 PIE 디코딩을 위한 샘플링 과정을 제안하였다. FPGA 검증을 위한 Place & Route 후 다중 태그 상황을 감안한 테스트 벤치 시뮬레이션 결과, 표준상의 최대 송수신 데이터 전송 속도에서 디코딩 및 인코딩 을 위한 최소 요구 시간 보다 빠른 처리 결과를 확인 할 수 있었다.
The passive type RFID (Radio Frequency Identification) System using Surface Acoustic Wave (SAW) tag at 900 MHz in the range of more than 1 m was fabricated. To improve interrogation range of the system propose a method to increase isolation between transmitter and receiver. This method using a direct conversion architecture achieves a leakage rejection of 10 dB increased compared with conventional system. Measured interrogation range is more than 1 m.
본 논문에서는 일 방향 해쉬 함수 기반의 저 비용 상호 인증 RFID 프로토콜(OHLCAP) 기반의 안전하고 효율적인 수동형 RFID 프로토콜을 제안한다. 제안하는 프로토콜의 기반이 되는 OHLCAP 프로토콜과 지금까지 알려진 OHLCAP의 보안 취약성을 소개하고 분석을 통해 취약성을 제거할 수 있는 방안을 제시한다. 이를 기반으로 제안하는 수동형 RFID 프로토콜을 제안하며, 프로토콜의 계산적 성능과 보안성을 증명한다. 본 논문에서 제안한 프로토콜은 도청 공격, 리더 또는 태그의 위장 공격, 비동기화 공격, 재전송 공격에 안전하며, 태그 추적이 불가능하고 전 방향 안전성 특성을 가진다.
본 논문은 RFID 시스템 상의 RFID Tag의 보안 취약점을 보완하는 방법을 제시한 논문으로서 임의로 취득한 RFID 태그의 데이터를 불법적으로 위조하는 것을 회피하는 알고리즘을 제시한다. 현재까지 제안된 RFID Tag의 보안 문제 해결방법들은 일정정도의 계산능력을 가진 칩을 내장해야만 구현기 가능하기 때문에 작은 메모리 용량을 갖는 수동형 RFID Tag를 사용하는 현업에서는 해당 알고리즘을 적용하는 것이 불가능했다. 본 논문에서 제시하는 방법은 기존 RFID Tag 보안문제 해결방법에서 제시한 해싱 함수를 사용하지만 해싱함수를 Tag에 내장하지 않고 해싱 키를 내장함으로서 현실적용이 가능하도록 하였다. 본 논문에서 제시한 방법을 통해 FRID Tag의 내용을 임의로 바꾸는 것을 회피할 수 있다.
본 논문에서는 900MHz 대역 RFID 수동형 태그 전치부를 설계 및 구현하고 측정을 통해 검증하였다. 문턱전압(threshold voltage) 제거 회로 구조의 전압 체배기, 전류를 이용한 복조 회로, 온도 및 공정 보상회로를 포함한 EPC Global Class-1 Generation-2 UHF RFID 프로토콜에 만족하는 클록 발생기 구조로 주요 블록을 설계하였으며, 전력차단 회로를 추가하여 동작의 안정성에 중점을 두었다. PWM(Pulse Width Modulation)을 이용한 변조기 구조로 입력단의 용량성 임피던스 부하 변조 방식을 이용하여 변조 동작을 검증하였다. 성능 검증을 위해 평가 보드에 CPLD(Complex Programmable Logic Device)를 삽입하여 디지털 신호 처리부의 기능을 통해 기본적인 태그 명령을 처리할 수 있도록 하여 설계된 태그 칩과 더불어 전체 태그 동작을 검증하였다. 삼성 0.18um CMOS 공정을 이용하여 설계하였고, 인식거리는 1.5m내에 안정적인 동작이 가능하다. 15~100% 변조율의 신호를 복조하며, 온도 및 공정에 변화에 대해 9.6% 이하의 오차를 가진 클록을 생성하였으며, 1m 거리에서 평균 소모전력은 약 71um이다.
수동형 태그는 능동형 태그와는 다르게 연산처리가 뒤떨어지며 많은 연산처리는 힘들다. 본 논문에서 제안한 프로토콜은 수동형 태그에서 연산을 줄이지만 보안 인증에 안전하도록 개선한 인증 알고리즘으로 재카운터를 이용하여 리더가 태그를 읽을 때 오류가 발생하여도 계속 같은 값을 반환하는 다른 시스템과 달리 새로운 값을 반환하고 태그의 연산 부분을 리더 혹은 후위시스템에서 처리하도록 RFID 보안 프로토콜을 개선하였다. 그리고 RFID 인증 프로토콜이 보장해야 할 기본적인 보안사항들을 만족하도록 하였으며 태그의 실제 정보를 악의적인 방법을 통해 불법적으로 획득하더라도 실제 정보가 아닌 암호화된 정보가 노출이 되어 정보의 획득이 힘들고 연속적으로 태그 정보를 읽더라도 읽을 때마다 태그의 정보가 변경되기 때문에 위치 추적성등에 안전한 프로토콜이다.
본 논문에서는 UHF 대역 수동 RFID 태그(UHF-band passive RFID tag) 칩 제작에 필수적인 요소인 쇼트키(Schottky) 다이오드를 CMOS 공정으로 제작하고 크기에 따른 특성을 분석하였으며 이를 이용하여 전압체배기를 설계하였다. 쇼트키 다이오드는 Titanium-Silicon 접합을 이용하여 제작되었으며, $4{\times}10{\times}10\;{\mu}m^{2}$의 면적을 가지는 쇼트키 다이오드는 $20\;{\mu}A$의 전류 구동에 대해 약 0.15 V의 순방향 전압 강하의 우수한 특성을 나타내었다. 역방향 파괴전압(breakdown)은 약 -9 V로 수동 RFID 태그칩의 전압체배기에 사용될 수 있는 충분한 값을 나타내었다. 제작된 쇼트키 다이오드의 소신호 등가모델을 이용하여 다이오드의 크기에 따른 순방향 전압강하와 입력 임피던스간의 trade-off에 대해 분석하였다. 이를 이용하여 제작된 6-단 전압체배기는 900 MHz 주파수, 200mV 최대 입력 전압에 대해 1.3 V이상의 출력 전압 특성을 나타내어 인식거리가 비교적 큰 수동형 태그에 적합한 특성을 나타내었다.
RFID(Radio Frequency Identification) 시스템은 응용 서비스의 비용과 에너지 효율성으로 인해 사물인터넷 기술의 핵심 구성 요소로 각광받고 있다. RFID 기술을 사물인터넷 응용 서비스 분야에서 사용하기 위해서는 RFID 시스템의 리더와 태그 사이의 단순한 인식뿐만 아니라 다양한 정보를 장기간 저장하고 관리할 수 있어야 한다. 그리고 정보를 태그에 읽고 쓰기 위하여 열악한 무선 채널에 강하고 신뢰성 있는 성능 향상 기술이 필요하다. 특히, UHF(Ultra High Frequency) RFID 시스템에서는 다수의 태그가 밀집 환경에서 수동적인 방법으로 통신하기 때문에 개별 태그의 인식률과 전송속도 향상이 필수적이다. 본 논문에서는 임펄스 잡음 환경에서 RFID 시스템의 성능을 분석하기 위하여 Middleton의 A급 임펄스 잡음 모델을 선정하였고 태그에서는 FM0 인코딩과 Miller 인코딩을 적용하여 RFID 시스템의 오율 성능을 분석하였다. Middleton의 A급 임펄스 잡음 채널에서 RFID 시스템의 성능을 분석한 결과, 가우스 잡음 대 임펄스 잡음의 전력비 값과 임펄스 잡음 지수 값이 클수록 가우시안 잡음 채널과 유사함을 알 수 있었다.
RFID is a generic term for technologies which use RF waves to identify, track, or categorize any object. A radio frequency identification (RFID) reader recognizes objects through wireless communications with RFID tags. Tag collision arbitration for passive tags is a significant issue for fast tag identification due to communication over a shared wireless channel. One of the research areas in RFID system is a tag anti-collision protocol. In this paper, various anti-collision protocols are discussed. The pros and cons of different anti-collision protocols are compared with each other and their performance is analyzed and the better performance anti-collision protocol is suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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