초고속, 장거리 물체도 인식한다! RFID의 작동 원리

RFID(Radio-Frequency Identification)는 무선 주파수를 통해 물체나 사람을 식별하는 인식 시스템으로 바코드와 비슷한 역할을 합니다. 바코드가 빛으로 제품을 인식하는 반면 RFID는 전파를 이용해 먼 거리에서도 태그를 인식한다는 차이점입니다.

RFID는 주파수를 이용하기 때문에 직접적인 접촉없이 먼 거리에서도 정보를 인식할 수 있고, 고속으로 움직이는 물체도 식별할 수 있습니다. 심지어 사이에 있는 물체를 투과해 데이터를 수신할 만큼 인식률이 뛰어나죠.

RFID는 고유 정보를 담은 RFID 태그, 데이터 송수신을 돕는 안테나, 태그의 정보를 읽는 리더, 분산된 리더 시스템을 관리하는 호스트로 구성되어 있는데요. RFID 태그는 정보를 기록하는 IC칩과 리더에 데이터를 송신하는 안테나가 내장되어 있습니다. RFID 태그와 리더가 안테나를 통해 데이터를 주고받고, 읽어 들인 데이터는 호스트에서 관리하게 되죠. 가장 대표적인 RFID인 하이패스를 예로 들어 살펴보겠습니다.

먼저 차량에 부착한 하이패스 단말기는 RFID 태그, 톨게이트 상단에 부착된 것은 리더입니다. 차량이 톨게이트로 진입하면, 리더가 안테나를 통해 차량의 하이패스(RFID 태그)로 무선주파수를 보내는데요. 하이패스는 이 무선주파수에 반응해 차량 운행 정보가 담긴 데이터를 다시 안테나로 전송합니다. 안테나는 전송 받은 데이터를 디지털 신호로 바꿔 리더로 전달하고, 리더는 받은 데이터를 해독해 호스트 컴퓨터로 전달하는 방식이죠.

RFID와 NFC의 차이점은?

RFID와 함께 우리에게 익숙한 NFC(Near Field Communction)는 전자기유도현상을 활용한 근거리 무선통신으로, RFID와 작동 원리가 유사합니다. 하지만 엄밀히 보면 두 기술에도 용도에 따라 큰 차이가 있습니다.

가장 큰 차이는 ‘연결 범위’입니다. NFC는 13.56MHz로 주파수가 고정되어 최대 10cm로 거리가 다소 짧은 반면, RFID는 사용 주파수와 통신방식에 따라 최대 100m까지 사용 가능합니다. RFID는 주파수 대역에 따라 따라 종류를 구분(LFID, HFID, UHFID) 하기도 하는데, 주파수가 높을수록 데이터 전송 속도도 빨라지죠. 또한 RFID는 리더와 태그가 따로 구성되는 반면, NFC는 자체적으로 데이터 읽기와 쓰기 기능을 모두 사용할 수 있기 때문에 별도의 리더가 필요하지 않다는 점도 다릅니다.

RFID는 장거리 통신이 가능하고, NFC는 암호화가 가능해 보안성이 높다는 장점이 있는데요. 이런 특징 때문에 NFC는 모바일 기기 등 개인 단말기에 자주 사용되는 반면, RFID는 개인뿐 아니라 물류 등 각종 산업에서 활발하게 이용되고 있습니다.

편리함과 효율성, 두 마리 토끼를 잡다! RFID 활용 범위

RFID는 우리의 일상에서 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 앞서 언급했듯이 원활한 교통 흐름을 돕고 있는 하이패스에 이 기술이 적용되는데요. 고속의 동체나 물질을 투과할 수 있어 달리는 자동차도 정확하게 인식해 요금을 정산합니다. 교통카드도 RFID 원리를 활용한 사례인데요. 교통카드가 태그, 단말기가 리더 역할을 해 대중교통 요금을 손쉽게 지불할 수 있죠. 이 외에도 버스 도착정보 시스템, 태그에 결제 완료 정보가 입력되지 않으면 경보가 울리는 도난방지시스템 등에도 RFID 원리가 적용되어 편리한 일상을 누릴 수 있습니다.

RFID는 일상뿐 아니라 다양한 산업에 적용되며 시스템 효율성을 높여주고 있습니다. 특히 물류관리시스템에서 진가를 발휘하고 있는데요. 물류센터에서 제품에 RFID 태그를 부착하면, 리더로 판매, 입고, 출고, 재고를 실시간으로 체크할 수 있습니다. 이후 매장을 거쳐 소비자에 이르기까지 모든 과정을 추적할 수 있죠. 덕분에 처리속도는 빨라지고, 관리 비용은 줄어들어 시스템 효율성이 획기적으로 높아졌습니다.

최근에는 각자 버리는 양만큼 처리 수수료를 부담하는 ‘RFID 음식물쓰레기 종량제’에도 활용되고 있습니다. RFID 태그가 부착된 음식물 쓰레기 전용 수거 용기에 쓰레기를 버리면, 부착된 계량장치가 양을 자동으로 측정하고, 배출 정보를 수집해 관리시스템으로 전송하는 방식이죠. 무게를 측정해 수수료(37.5원/1kg)를 산정하기 때문에 음식물 쓰레기를 줄일 수 있고, RFID로 효율적인 시스템 관리가 가능한 장점이 있습니다.

지금까지 무선전파기술의 전성기를 연 RFID 기술을 알아봤습니다. 우리의 일상뿐 아니라 시스템 효율성까지 높이고 있었는데요. 세상을 바꾼 무선통신기술 다음편도 많은 기대 부탁 드립니다!

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[세상을 바꾸는 무선통신기술] 제 1탄. 푸른 이빨의 ‘블루투스(Bluetooth)’

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선 없는 자유로움은 무선통신기술의 발전에서부터 시작됐는데요. 무선통신이란 전파를 이용해 선에 의한 연결 없이 원격지에 정보를 전달하는 통신기술을 뜻합니다. 전선 없이도 신호·부호·영상·음성 등의 정보를 전달할 수 있는 기술로, 안테나 설계기술, 레이더기술, 이동통신기술, 근거리 무선통신기술 등이 포함되죠.

이중 근거리 무선통신기술은 무선통신기기와 전자기기를 서로 연결해 정보를 교환하는데요. 근거리 무선통신기술 중 우리 생활에서 익숙한 ‘블루투스(Bluetooth)’에 대해 알아보겠습니다. 블루투스 스피커, 블루투스 이어폰 등 블루투스 제품의 대중화가 이뤄지면서 우리 실생활도 편리해 졌는데요. 블루투스의 어원과 기호의 유래부터 원리, 연결 방법까지 블루투스에는 어떤 이야기가 숨겨져 있을까요?

무선 기술 규격 통일의 원대한 꿈을 담은 ‘푸른 이빨’

블루투스는 스웨덴의 통신 장비 회사인 에릭슨이 1994년 시작한 무선 기술 연구를 시작으로, 비영리 단체 ‘블루투스 SIG(Special Interest Group)’을 통해 1998년 본격적으로 개발됐습니다. 블루투스라는 명칭은 10세기경 스칸디나비아 지역을 통일한 덴마크와 노르웨이 국왕 ‘하랄드 블로탄 고름손(Harald Blåtand Gormsen)’의 별명에서 나온 것인데요. ‘블루투스 SIG’가 자신들이 개발한 근거리 무선통신기술이 하나의 무선 기술 규격으로 통일되기를 바라며 공식명칭을 블루투스로 정했다는 비하인드 스토리가 있습니다.

하랄1세의 별명이 블루투스였던 이유는 블루베리를 좋아해 항상 치아가 푸르게 물들어 있었기 때문이라는 설과 파란색 의치를 가지고 있었기 때문이라는 설이 있다고 합니다. 블루투스 기호도 하랄의 H와 블루투스의 B에 해당하는 스칸디나비아의 룬 문자 ᚼ, ᛒ 두 개를 합쳐 탄생한 것이죠.

블루투스의 비밀은 주파수 호핑?!

블루투스는 산업, 과학, 의료용으로 할당된 ISM(Industrial Scientific and Medical) 주파수 대역인 2402~2480MHz 범위에 있는 총 79개의 채널을 사용합니다. ISM은 전 세계가 공통적으로 할당된 주파수이기 때문에 전파 사용에 대한 허가를 받을 필요가 없는 영역대인데요. 이러한 이유로 시스템간의 전파 간섭이 생길 우려가 있어 블루투스는 주파수 호핑 방식을 취하고 있습니다. 주파수 호핑이란 많은 수의 채널을 특정 패턴에 따라 빠르게 이동하며 데이터를 조금씩 전송하는 기법입니다. 즉, 블루투스는 할당된 79개 채널을 1초당 1,600번 호핑해 전파 간섭을 최소화하고 있는 것이죠.

누구나 할 수 있다! 간단한 블루투스 연결 방법

블루투스 기기를 서로 연결하는 것을 ‘페어링(Pairing)’이라고 하는데요. 블루투스 페어링은 생각보다 어렵지 않습니다. 먼저, 블루투스 기능을 지원하는 마스터 기기와 슬레이브 기기를 준비합니다. 예를 들어 스마트폰과 무선 이어폰을 연결한다면, 스마트폰이 마스터가 되고 이어폰이 슬레이브가 됩니다. 무선 이어폰 기기를 켜고 스마트폰의 블루투스를 활성화하면 이내 주변의 모든 블루투스 기기를 탐색하는데요. 탐색된 목록에서 무선 이어폰을 터치하면 연결됩니다.

마스터 기기가 될 노트북과 휴대폰이 블루투스를 지원하지 않을 경우에는 블루투스 동글(dongle, 중계기)을 사용하면 됩니다. 블루투스 동글은 일반적으로 USB포트에 연결하는 방식이지만, 기기에 따라 별도의 전용 동글이 필요할 때도 있습니다.

무선통신 시대 공신으로 우뚝 선 블루투스, 오늘도 진화 중

1999년 첫 규격이 공개된 블루투스는 지금까지 꾸준히 개선의 개선을 거듭하며 지금의 무선 시대를 이끌고 있는데요. 버전이 높아질수록 데이터 전송 속도, 소비 전력 효율, 도달 거리 등 블루투스의 스펙은 점점 향상하고 있습니다. 최신 버전 5.0은 이전 버전인 4.2보다 도달거리는 4배, 전송 속도는 2배 늘어났죠.

차세대 블루투스의 핵심 변화는 도달 거리 확대, 전송 속도 향상, 그리고 블루투스 기기끼리 데이터를 공유하는 메쉬 네트워킹(Mesh Networking)입니다. 블루투스로 메쉬 네트워킹을 실현하기위해 ‘블루투스 SIG’는 지난 2017년, 여러 개의 기기를 블루투스로 연결하는 블루투스 메쉬를 발표했습니다. 기존의 블루투스는 근거리에서 일대일로만 연결됐지만, 이제는 점차 적용범위를 넓혀 빌딩 자동화, 센서 네트워크 등의 사물 인터넷(IoT) 시장에 도전장을 내민 것이죠. 오늘도 현재진행형인 블루투스의 진화가 우리의 일상을 어떻게 변화시킬지 기대됩니다.

실생활에 편리함을 선사하는 무선통신에 대해 알아보는 코너 <세상을 바꾸는 무선통신기술> 첫 화에서는 블루투스를 소개했는데요. 블루투스 외에도 와이파이와 NFC 등 무선 시대의 전성기에 크게 일조한 무선통신기술을 소개해 드릴 예정이니 많은 기대 부탁드립니다.

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