IIoT 자산 추적을 위한 RFID 지정 및 사용

자산 추작과 공급망 관리는 제조 공장, 물류 및 유통 센터, 데이터 센터, 병원 및 의료, 농업, 건설, 교통 등 다양한 산업용 사물 인터넷(IIoT) 응용 분야에서 중요한 활동입니다. 수동 소자 무선 주파수 식별(RFID) 자산 추적 시스템을 지정하는 것은 복잡합니다. 중요한 자산이 운송 및 보관 중에 충격, 진동, 무더위, 영하의 날씨, 습한 환경 등 다양한 제어되지 않는 조건에 노출될 수 있으므로, 다양한 응용 분야별 RFID 표준을 고려해야 합니다.

설계자는 산업, 건설 및 제조 환경의 열악한 조건을 견디고 특정 자산 유형 및 등급 요건에 적합한 다양한 표준 크기 및 판독 범위로 제공되는 견고하고 안정적인 태그가 필요합니다. 이 기사에서는 수동 소자 RFID 기술과 RFID 태그 및 데이터와 관련된 여러 산업 표준에 대해 간단히 검토합니다. 그런 다음 Molex, Murata Electronics 및 ThingMagic의 RFID 태그, 판독기 및 시스템 솔루션에 대해 설명합니다.

수동 소자 RFID 태그는 변조기 탑재 아날로그 프런트 엔드(F/E), 복조기, RF 에너지 수확 장치, 코더/디코더 탑재 컨트롤러, 제어 전자 장치, 클록, 메모리 등을 포함하는 집적 회로와 안테나로 구성됩니다(그림 1). 수동 소자 RFID 태그는 배터리를 사용하지 않습니다. 대부분의 수동 소자 RFID 태그에서 메모리를 다시 쓸 수 있으며, RFID 태그는 바코드와 같은 대체 장치보다 훨씬 많은 데이터를 교환할 수 있습니다.

그림 1: 수동 소자 RFID 태그는 아날로그 프런트 엔드(F/E), 컨트롤러 및 메모리를 포함하는 IC와 안테나로 구성되어 있습니다. (이미지 출처: Murata)

수동 소자 초고주파(UHF) RFID 태그는 최대 몇 미터 거리에서도 판독 가능하며, 한 번에 여러 태그를 읽을 수 있습니다. 바코드와 대조적으로 RFID는 무선 통신을 사용하며, 상자를 열지 않고 포장 상자 밖에서 태그를 읽을 수 있습니다(그림 2). 또한 RFID 태그는 바코드 사용 시 간섭을 일으킬 수 있는 먼지, 습기, 진동 및 기타 환경적 요인에 민감하지 않습니다. RFID 태그는 특정 응용 분야에 맞게 설계된 다양한 형식으로 제공됩니다. 일부 태그는 금속 품목을 추적하도록 설계되고 금속 표면을 부스터 안테나로 사용하여 작동 범위를 늘립니다. 수동 소자 RFID 태그에 대한 다양한 통신 및 데이터 형식 표준이 개발되었습니다.

그림 2: RFID 태그는 최대 몇 미터 거리에서도 판독할 수 있습니다. 일부 설계에서 여러 태그를 동시에 판독 가능하며 상자와 다른 포장을 통과하여 태그를 판독할 수 있습니다. (이미지 출처: Murata)

RAIN RFID

RAIN RFID Alliance가 ISO/IEC 18000-63 GS1 UHF Gen2 프로토콜 사용을 촉진합니다. RAIN(RAdio frequency IdentificatioN)은 UHF RFID 태그와 클라우드를 연결하도록 설계되었으며, 인터넷을 사용하여 RFID 데이터를 저장, 관리 및 공유할 수 있습니다. RAIN 솔루션을 활용하는 시스템에는 로컬 네트워크에 연결한 후 거기서 클라우드에 연결할 수 있는 RFID 태그, 판독기, 소프트웨어가 있습니다(그림 3). RAIN Alliance는 ISO 번호 지정 시스템을 토대로 제작되어 회사 식별 번호(CIN)로 인코딩을 간소화합니다. ISO 기반 번호 지정 시스템은 RAIN RFID 태그의 충돌 없는 식별을 지원하도록 설계되었으며, 기존 독점 데이터 형식 또는 벤더 정의 데이터 형식에 대한 간섭 없는 대안을 제공합니다.

그림 3: RAIN RFID에는 EPC UHF Gen2v2 또는 ISO/IEC 18000-63이라는 단일 글로벌 표준이 적용됩니다. (이미지 출처: RAIN Alliance)

전자 제품 코드 및 RFID

RAIN에 사용되는 전자 제품 코드(EPC) Gen 2v2는 수동 소자 UHF RFID 태그를 위한 에어 인터페이스 프로토콜 표준입니다. EPC Gen 2v2에는 태그 및 판독기 인증을 활성화하여 보안을 강화하고, 위조를 방지하며, 개인정보 보호를 강화하기 위한 기능이 포함되어 있습니다. Gen 2v2 태그의 메모리를 여러 파일로 분할하고, 전자 물품 감시(EAS)를 위해 규격 태그를 사용할 수 있습니다.

EPC 표준은 EPCglobal에서 개발하고 승인을 거쳐 ISO 18000-6C 표준으로 채택되었습니다. 태그 및 판독기의 통신 방법에 대한 표준을 설정하는 이외에, EPC 관련 표준은 다양한 사용자 간에 EPC 데이터를 공유하는 방법을 설정합니다. EPC는 물리적 물체를 위한 범용 식별자입니다. EPC는 RFID 태그에서 널리 사용되므로, EPC 태그 데이터 표준에는 Gen 2 RFID 태그에 저장할 수 있는 EPC 이외에 데이터에 대한 요구 사항도 있습니다. EPC 태그와 RFID 태그 사이에는 겹치는 부분이 많지만, RFID는 데이터 캐리어 기술이고 EPC는 식별자 및 데이터 형식이라는 점에서 본질적으로 다릅니다.

의료 기기를 위한 EAS 및 UDI 규정

EPC와 마찬가지로 많은 국가의 고유 장치 식별(UDI) 규정에서는 의료 장비의 안전한 사용과 보관을 위해 EAS를 지원하는 개별 식별자를 사용하도록 요구합니다. UDI 시스템은 많은 유형의 의료 장비에 적용되지만 수술을 위해 잘못된 기구를 준비할 위험이 큰 외과용 기구에 특히 중요합니다.

수백 가지의 외과용 기구가 사용되는 상황에서, 경험이 부족한 직원은 잘못된 기구를 선택하기 쉽습니다. UDI 및 RFID 태그를 사용하면 이러한 문제를 예방할 수 있습니다. 또한 RFID 태그를 사용하면 의료 시설에서 개별 기구의 사용 내역과 사용 횟수를 쉽게 수집할 수 있습니다.

외과용 기구 및 산업용 도구를 위한 수동 소자 RFID 태그

RFID 시스템 설계자는 Murata의 소형 온메탈 UHF RAIN RFID 태그인 LXTBKZMCMG-010을 사용하여 외과용 기구, 산업용 도구 및 유사한 금속 물체를 추적할 수 있습니다(그림 4). LXTBKZMCMG-010은 금속 표면을 부스터 안테나로 사용하여 판독 범위를 늘립니다. 크기는 6.0mm x 2.0mm x 2.3mm이고 작동 온도 범위는 -40°C ~ +85°C인 이 태그는 전체 UHF 대역에서 작동하므로 산업 환경과 의료 시설에서 금속 물체를 추적하는 데 적합합니다.

그림 4: LXTBKZMCMG-010 UHF RAIN RFID 태그는 외과용 기구 및 산업용 도구와 같은 금속 표면에 맞게 최적화되었습니다. (이미지 출처: Murata)

자산 추적을 위한 저높이 RFID 태그

자산 및 재고 추적 응용 분야에서는 산업, 농업, 건설 및 교통 시스템에서 발견되는 높은 진동 및 충격과 폭넓은 온도 변화를 견디도록 설계된 태그를 사용하는 것이 좋습니다. 저높이 실장 면적은 공간 및 손상의 감소와 비용 절감을 의미합니다. 예를 들어 Molex의 0133580821 RFID 태그는 1.8mm 두께에 IP68 등급으로 습한 환경에서 사용 가능하며, -50°C~ +85°C에서작동합니다(그림 5). 0133580821는 판독 범위가 4.5m이며, 금속 및 플라스틱을 비롯한 다양한 물체에서 사용하도록 설계되었습니다.

그림 5: 이 1.8mm 두께 RFID 태그는 4.5m 판독 범위에서 자산 및 재고를 추적하도록 최적화되었고 플라스틱과 금속을 비롯한 다양한 표면에서 사용할 수 있습니다. (이미지 출처: Molex)

플러그 앤 플레이 RAIN RFID 판독기

ThingMagic의 Elara RAIN RFID 완제품 판독기는 최대 2m의 판독 거리를 지원해야 하는 모든 응용 분야에서 설계 노력을 최소화하고 RFID 구현을 가속화하는 인터페이스 및 작동 기능을 제공합니다(그림 6). Elara는 865MHz ~ 868MHz 대역에서 작동하는 PLT-RFID-EL6-ULB-4-USB와 915MHz ~ 928MHz 대역에서 작동하는 PLT-RFID-EL6-UHB-4-USB라는 두 모델로 제공됩니다. 두 판독기는 모두 의료용 플라스틱으로 제조된 인클로저에 포장되어 제공됩니다.

그림 6: Elara RAIN RFID 완제품 판독기는 최대 2m의 판독 거리를 지원해야 하는 모든 응용 분야에서 설계 노력을 최소화하고 RFID 구현을 가속화할 수 있습니다. (이미지 출처: ThingMagic)

설계자는 Elara를 사용하여 플러그 앤 플레이 데스크톱 또는 고정 실장 판독기가 유용한 응용 분야에 RFID 기능을 쉽게 추가할 수 있습니다. 자율 워크플로를 지원하므로 RFID 전문 지식(설계자 측면)이나 소프트웨어 개발 키트 및 통합 도구 없이도 솔루션을 빠르게 구축할 수 있습니다. Elara 응용 분야의 예로는 의료 시설에서 UDI 규정 구현, 반품 처리, 창고 및 유통 센터 추적, RFID 태그 커미셔닝 등이 있습니다. Elara의 기능:

• 사전 로드된 자율 워크로드를 사용하여 간소화된 시스템 통합 및 소프트웨어 없는 작동
• RAIN 기술 표준 및 RAIN 통신 인터페이스 지원
• EPCglobal Gen 2v2 프로토콜 지원
• 외과용 기구, 조립 라인 부품 키트 등 품목 일괄 읽기
• 반품 처리 또는 재고 조사를 위한 품목 수 및 확인
• RFID 태그 커미셔닝
• 사용 및 기타 정보로 태그 데이터 업데이트

인더스트리 4.0 RFID 판독기 및 에지 서비스 장치

여러 RFID 판독기가 필요하고 에지 서버를 통해 클라우드에 연결해야 하는 인더스트리 4.0 응용 분야의 경우, 설계자는 4포트 엔터프라이즈급 수동 소자 UHF RFID 태그 판독기와 에지 서비스 컨트롤러를 포함하는 Molex의 ALR-F800-X로 전환할 수 있습니다(그림 7). ALR-F800-X를 사용하면 소스에서 RFID 데이터를 처리하고 실시간으로 평가할 수 있습니다. ALR-F800은 dc 전력 어댑터 또는 이더넷을 통한 전력 공급(PoE) 전원을 사용하여 전력을 공급하므로 대규모 인더스트리 4.0 RFID 시스템 배포를 간소화할 수 있습니다.

그림 7: ALR-F800-X에는 인더스트리 4.0 응용 분야를 지원하는 4포트 엔터프라이즈급 UHF 수동 소자 RFID 태그 판독기와 에지 서비스 컨트롤러가 포함되어 있습니다. (이미지 출처: Molex)

ALR-F800의 동적 셀프 조정(DSA) 기술은 RF 환경을 실시간으로 모니터링하고 여러 파라미터, 필터 및 동조 지표를 제어하여 RFID 태그 판독을 최적화합니다. micro-SD 카드를 사용하여 메모리를 추가하고, USB 포트를 사용하여 Wi-Fi 및 셀룰러 모뎀 연결을 추가할 수 있습니다.

내장된 Emissary 소프트웨어를 사용하면 전용 에지 서버 없이도 추가 판독기와 판독 지점을 지원 및 구성할 수 있습니다(그림 8). Emissary 소프트웨어를 사용하여 새 응용 제품의 커미셔닝을 간소화 및 가속화하는 사전 설계된 활동(예: 태그 읽기, 조명 켜기, 데이터 전송 등)을 사용하여 전체 워크플로를 개발할 수 있습니다. Emissary에는 다음이 포함되어 있습니다.

• 기능, 장치 및 판독 지점을 체계적이고 직관적으로 시각화
• 일반 명명 규칙 사용(예: ‘wrap station’, ‘door #1’ 등)
• 워크플로 생성을 위한 Windows 기반 도구 세트
• 장치에 연결된 모든 로컬 판독기 설정, 제어, 유지 보수
• 수신 데이터를 정확히 해석하는 데 적합한 태그 데이터 표준 사용
• 태그 판독 데이터 보고서 관리 및 클라우드로 전송하기 위해 여러 판독기의 보고서 통합

그림 8: ALR-F800-X에 내장된 Emissary 소프트웨어를 사용하면 전용 에지 서버 없이 추가 판독기 및 판독 지점을 구성 및 지원할 수 있습니다. (이미지 출처: Molex)

요약

수동 소자 RFID 태그 및 판독기는 IIoT에서 제조, 물류, 데이터 센터, 의료, 농업, 건설, 교통 등 다양한 자산 추적 활동을 지원할 수 있습니다. RFID 시스템을 선택하여 지정할 때 설계자는 RAIN, EPC Gen 2v2, ISO/IEC 18000-63, UDI 규정을 비롯한 다양한 산업 표준을 알고 있어야 합니다. 다양한 유형의 태그가 자산 추적 응용 분야의 온-메탈 설치 및 저높이 설계와 같은 특정 응용 분야에 맞게 최적화되어 있습니다. 태그 외에도 데스크톱 설계, 엔터프라이즈급 판독기/에지 서비스 컨트롤러를 비롯하여 인더스트리 4.0 RFID 응용 분야 배포를 가속화할 수 있는 RFID 판독기를 사용할 수 있습니다.