The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

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Implementation of an Efficient Slotted CSMA/CA Anti-collision Protocol for Active RFID System

능동형 RFID 시스템을 위한 효율적인 Slotted CSMA/CA 충돌방지 프로토콜의 구현

  • 주진훈 (부산대학교 컴퓨터공학과 임베디드 네트워크 시스템 연구실) ;
  • 정상화 (부산대학교 컴퓨터공학과 임베디드 네트워크 시스템 연구실)
  • Received : 2012.02.29
  • Accepted : 2012.12.06
  • Published : 2012.12.28
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Abstract

Tag collection is one of the major concerns in radio frequency identification(RFID) system. All tags in RFID reader's transmission range send response message back to the reader in response to collection request message on the given rf channel. When multiple tags respond simultaneously, tag-collision may occur. Tag-collision problem is one of the most important issues in active RFID performance. To mitigate this problem, frame slotted ALOHA(FSA) anti-collision protocol is widely used in active RFID system. Several studies show that the maximum system efficiency of FSA anti-collision protocol is 36.8%. In this paper, we propose an efficient slotted CSMA/CA protocol to improve tag collection performance. We compare our protocol to the FSA anti-collision protocol. For the experiment, an 433MHz active RFID system is implemented, which is composed of an RFID reader and multiple tags. We evaluated the tag collection performance using one RFID reader and 40 tags in the real test bed. The experimental result shows that proposed protocol improves the tag collection time, round and collision probability by 18%, 37.4% and 77.8%, respectively.

RFID 시스템에서 태그 수집은 가장 중요한 기능이다. 태그들은 리더의 수집 명령에 따라서 동일한 채널에서 응답하게 되며, 2개 이상의 태그가 동시에 응답할 때 RFID 시스템에서 태그 충돌이 발생한다. 태그 충돌은 RFID 시스템에서 성능을 저하 시키는 중요한 요소이다. 능동형 RFID 시스템에서는 태그 충돌을 해결하기 위하여 프레임 슬롯 알로하 충돌방지 프로토콜을 널리 사용하고 있다. 많은 연구에서 프레임 슬롯 ALOHA 방식의 최대 시스템 효율은 36.8%임을 나타내고 있다. 본 논문에서는 기존의 프레임슬롯 알로하 보다 개선된 태그 수집성능 위해 RFID 시스템에 정합하는 efficient slotted CSMA/CA를 제안한다. IEEE 802.15.4 저 전력 센서 네트워크에서 널리 사용 중인 slotted CSMA/CA를 RFID 시스템에 적용하기 위한 프레임 구조를 제시하며, 주변의 태그 개수에 따라 유동적 프레임 사이즈 조절을 통한 수집성능을 향상한다. 실제 433MHz 능동형 RFID 리더와 태그 40대에서 실험을 통하여 제안한 slotted CSMA/CA가 프레임 슬롯 ALOHA 방식보다 태그 수집시간, 수집라운드 및 충돌 횟수에서 각각 18%, 37.4%, 77.8%의 성능향상을 보였다.

Keywords

References

  1. IEEE 802.11, "Wireless LAN Medium Access Control and Physical Layer specifications," Sep. 1999.
  2. IEEE 802.15.4 standard specification for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs), Sep. 2006
  3. N. Nasri, A. Kachouri, and M. Samet, "CSMA-based MAC protocol for collision avoidance in a dense RFID network," in Proc. Int. Conf. Informatics and Systems (INFOS), pp, 1-5 Mar. 2010.
  4. G. Lu, B. Krishnamachari and C. Raghavendra, "Performance evaluation of the IEEE 802.15.4 MAC for low-rate low-power wireless networks," in Proc. IEEE Int. Conf. Performance, Computing, and Communications, pp. 701-706, April. 2004.
  5. V. Kumar, A. S. Raghuvansi, and S. Tiwari, "Performance study of beacon-enabled IEEE 802.15.4 standard in WSNs with clustering," in Proc. Int. Conf. Power, Control and Embedded Systems (ICPCES), Nov. 2010
  6. B. H. Lee and H. K. Wu "Study on a dynamic superframe adjustment algorithm for IEEE 802.15.4 LR-WPAN," in Proc. IEEE Veh. Technol. Conf. (VTC 2010-Spring), May 2010.
  7. ISO/IEC 18000-7, Information technology - Radio frequency identification (RFID) for itemmanagement - Part 7: Parameters for active air interface communications at 433 MHz, Aug. 2008.
  8. K. Finkenzeller, RFID Handbook: Fundamental and application in contactless smart Card identification, 2nd Ed., John Wiley & Sons, 2003.
  9. E. Egea-Lopez, J. Vales-Alonso, A. S. Martinez-Sala, M. V. Bueno-Delgado, "Performance evaluation of non-persistent CSMA as anti-collision protocol for active RFIDTags," Wired/Wireless Internet Commun., pp, 279-289, May. 2007.
  10. G. Bianchi and L. Fratta, Performance Evaluation and Enhancement of the CSMA/CA MAC Protocol for 802.11 Wireless LANs, IEEE 0-7803-3692-5/96, Jun. 1996.
  11. W.-J, Yoon, "Efficient tag collection algorithms for identification of massive tags in active RFID systems," Pusan national university doctor thesis., Feb, 2010.
  12. W.-J, Yoon and S. H. Chung, "ISS-TCA: An identified slot scan-based tag collection algorithm for performance improvement in active RFID systems," IEEE Trans. Industrial Electr., pp, 1662-1672, Mar, 2012.
  13. W.-J, Yoon, S. H. Chung and Y. S. Moon, "Improvement of Tag Collection Performance for Active RFID Systems," The Korean Institute of Communications and Information Sciences, pp, 518-527 July, 2008.
  14. B. -S, Joo, H. J. Ki and T. J. Lee, "Partitioned Contention Access Mechanism to Enhance the Performance of IEEE 802.15.4 MAC Layer," The Korean Institute of Information Scientists and Engineers, pp. 436-440 June, 2008.
  15. STMicroelectronic, STM32F103Datasheet, Sep. 2009. from /datasheetpdf/view/303543/STM32F103C4.html
  16. ATMEL, ATmega128(L)Datasheet, Mar. 2008. from http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2467.pdf
  17. Texas Instruments, CC1101Datasheet, Apr. 2009. form http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cc1101.pdf