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Design and Implementation of Electronic Shelf Label System using Technique of Reliable Image Transmission
Design and Implementation of Electronic Shelf Label System using Technique of Reliable Image Transmission
Journal of Korea Multimedia Society. 2015. Jan, 18(1): 25-34
Copyright © 2015, Korea Multimedia Society
  • Received : October 28, 2013
  • Accepted : November 21, 2014
  • Published : January 30, 2015
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은주 양
Center for Embedded Software Technology
승완 정
IT Engineering, Kyungpook National University
길상 유
Center for Embedded Software Technology
정준 김
IT Engineering, Kyungpook National University
대화 서
Center for Embedded Software Technology
dwseo@cest.re.kr

Abstract
Recently, in distribution market, demand for electronic shelf label system is increasing gradually to provide the accurate price immediately and detailed product information to consumers and reduce operation costs. Most of electronic shelf label system companies develop the full-graphic display device to display a wide variety of product information as well as the exact price. Our system had introduced Go-Back-N retransmission method in the early. However, we encountered performance problems that it delayed updating of the electronic shelf label system and exhausted the battery life time. Proposed adaptive image retransmission technique based on the selective scheme is that tags of electronic shelf label system recognize idle time of transmission cycle and require partial image retransmission to sever by itself. As a result, it can acquire much more opportunities of partial image retransmission within the same period and increase reception rate of full image for each tags. The experimental result shows that adaptive image retransmission technique's reception rate of full image for each tags is approximately 4% higher than existing previous works. And total battery life time increases 30 hours because tag reduce wake-up time as it receive only lost data instead of whole data.
Keywords
1. 서 론
대부분의 유통매장에서는 매장에 진열된 제품의 가격이 변경될 때마다 제품 진열 선반의 종이라벨을 수작업으로 교체하고 있다. 이로 인해 가격표시 오류 및 가격표 미부착 등으로 인해 고객 불만 요소가 발생하며 매장 운영 측면의 효율성을 떨어트리는 주요 요인이 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 Pricer [1] , ZBD [2] , SES [3] 등에서 무선통신 기반의 전자가격 표시(ESL, Electronic Shelf Label) 시스템을 개발 및 상용화하고 있다. 초기의 다양한 ESL 시스템들은 정확한 정보 표시를 보장하기 위해 세그먼트 LCD를 이용하여 상품의 가격을 출력하였다 [4 - 6] . 그러나 오늘날 소비자들의 패턴은 보다 정확한 가격과 원산지, 유통기한, 제조 날짜와 같은 상세한 제품 정보를 요구하고 있고, 이를 위해 대부분의 ESL 개발 업체들은 전면 그래픽 디스플레이 장치를 통해 정확한 제품 가격뿐만 아니라 상세한 제품정보를 나타낼 수 있는 시스템을 상용화 중에 있다.
텍스트 기반의 데이터를 무선으로 전송하여 세그먼트 LCD에 표시했던 초기 시스템에 비해 전면 그래픽 디스플레이 장치에는 대용량 이미지 데이터를 무선으로 전송해야 한다. 얼마나 빨리, 얼마나 정확하게 대용량 데이터를 전송하는지가 ESL 시스템의 핵심 요소가 되었다 [7 - 12] . 초기 ESL 시스템은 서버가 데이터 전송을 시작하기 전에 데이터 전송 스케줄 및 재전송 관리가 이루어지며, 이로 인해 크게 두 가지 문제점을 가진다. 우선, 정해진 시간에 최대 업데이트 가능한 태그의 수를 n개라 하고, n개 태그 중 데이터 전송을 완료하고 재전송이 필요한 태그가 n/2개라고 가정한다. 첫 번째 문제점은 Fig. 1 과 같이 서버가 부분 재전송이 필요한 n/2개의 태그에 재전송을 완료한 후, 서버에서 재전송에 대한 결과를 분석하고 다음 전송 스케줄을 정하는 동안, 태그는 유휴 상태로 서버의 다음 명령을 대기하게 된다는 것이다. 서버가 대용량 이미지 데이터를 전송하고자 하는 대상 태그의 수가 적을수록 ESL 시스템 입장에서 유휴 상태의 시간은 늘어나게 되고, 사용자 입장에서 는 대상 태그의 수가 n개 이거나 1개 이거나 데이터 업데이트 완료될 동안 대기하는 시간은 동일하게 된다. 두 번째 문제점은 부분 재전송 시도 후에도 일시적인 무선 전파 환경 또는 일시적으로 밀집한 유동인구에 의해 데이터 전송이 실패한 태그가 존재할 경우, 최종 실패 태그로 서버에 보고된다는 것이다. 실제 매장에서 전송에 실패한 태그는 POS 시스템과 의 가격 불일치를 의미하므로, 매장 관리자가 빠르게 대처하지 못할 경우 고객 불만 요소를 일으키거나, 매장 관리자가 전송에 실패한 태그를 일일이 확인하고, 직접 이미지 전체 재전송 기능을 수행시켜야 한다.
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Idle time after image retransmission.
ESL 시스템에서 기존 이미지 전송을 방법의 문제점들을 개선하기 위해 본 논문에서는 Adaptive 이미지 재전송 기법을 제안한다. Adaptive 이미지 재전송 기법은 ESL 태그가 유휴 상태의 전송 구간을 인지하여 스스로 서버에 재전송을 요구한다. 따라서 ESL 태그는 동일한 시간 내에 재전송 기회를 보다 많이 획득하여 전송 성공률을 높일 수 있다. 더불어 짧은 시간 내에 대용량 데이터 전송을 모두 마칠 수 있으므로 많은 재전송 기회에 대한 전력소모를 상쇄시킬 수 있다 [13] .
본 논문은 다음과 같이 구성된다. 2장에서는 기존 ESL의 구조 및 이미지 전송 방법에 대해 소개하고, 3장에서는 adaptive 이미지 재전송 기법에 대해 상세히 설명한다. 기존 ESL 시스템과 Adaptive 이미지 재전송 기법이 적용된 ESL 시스템에 대한 각각의 실험 결과 및 비교 분석에 대해 4장에서 설명하고, 끝으로 5장에서는 결론을 맺는다.
2. 기존 ESL 구조 및 이미지 전송 방법
- 2.1 시스템 구성
ESL 시스템은 원격제어서버(본사)와 연동하여 매장 내에 설치된 전기영동 디스플레이 (EPD, Electrophoretic Display) 기반 태그에 제품정보를 무선으로 전송 후, 표시해 주고, 시스템 상태의 조회/관리기능을 제공해주는 솔루션이다. 더불어 사용자 편의를 위해 태그 디스플레이용 화면 이미지를 손쉽게 생성/수정할 수 있는 사용자 환경은 제공하며, 원격지(매장)의 시스템 현황 조회 및 상품 정보 갱신이 가능한 원격 조회/관리 시스템을 함께 제공한다 [1 - 4] .
ESL 시스템은 Fig. 2 와 같이 원격 제어 서버, ESL 서버, 게이트웨이, 태그, 태그 UI 편집기로 구성된다. 원격 제어 서버는 본사에서 각 원격지(매장) ESL 시스템 현황을 조회하고 관리하기 위한 시스템으로 시스템 업데이트 상태의 조회와 신규 제품 정보 제공을 담당한다. ESL 서버는 설치된 태그의 상태를 감시하는 동시에 업데이트할 신규 제품 정보의 존재를 확인하고 필요시 데이터를 수신하여 매장 내 태그의 업데이트를 담당한다. 게이트웨이는 ESL 서버에서 발생한 이벤트를 태그로 전달하여 서버-태그 간 통신을 담당한다. 태그는 전송된 이미지 데이터를 이용하여 신규 제품 정보를 표시한다. 태그 UI 편집기는 태그에 최종적으로 표시될 화면 이미지를 사용자가 손쉽게 생성/편집할 수 있는 기능을 제공하며, 최종 산출물(이미지 파일)을 원격제어서버-서버-게이트웨이를 경유하여 태그에 전송하여 화면을 표시할 수 있도록 한다.
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ESL System Configuration.
- 2.2 소프트웨어 구조도
ESL 시스템을 구성하는 모든 구성요소들의 소프트웨어 공통 구조는 Fig. 3 과 같다. 유무선 통신 제어를 담당하는 통신 장치 부분, ESL의 유무선 프로토콜 제어를 담당하는 ESL 프로토콜 제어부분, 그리고 ESL 어플리케이션에서 데이터 관리과 동작 관리를 제어하는 ESL 응용부분으로 구성된다.
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Software diagram.
통신 장치 부분은 RF 통신 장치, 이더넷 카드와 같은 유무선 통신과 관련된 하드웨어 통신장치 또는 공통의 네트워크 프로토콜과 관련된 부분이다. 이는 ESL 프로토콜 제어부와 통신 장치간 독립성을 보장하여 향후 통신장치가 변경되어도 ESL 시스템 적용이 용이하도록 구현되었다.
ESL 프로토콜 제어부의 가장 하위 계층은 통신장치로부터 송수신되는 데이터를 처리하는 Listening 모듈과 Receiver 모듈로 구성되어 있다. 통신 장치부분과 직접적인 인터페이스를 담당하고 상위 프로토콜 계층으로부터 전달받은 데이터를 송신하고, 통신 장치로부터 수신한 데이터를 그대로 상위 계층에 전달하는 기능을 한다. 특히 이 두 모듈은 향후 통신장치 부분에서 하드웨어가 변경될 경우, 변경된 인터페이스만 적용하여 전체 ESL 시스템 구성이 가능하도록 하는 기능을 담당한다. Listening /Receiver 모듈로부터 송수신된 데이터는 ESL 시스템 자체 프로토콜 파서 (parser)를 거쳐 PAL (Protocol Adaptation Layer)과 인터페이스 한다. PAL은 ESL 응용 부분과 연관된 데이터를 가공하여 ESL 프로토콜로 변환하는 기능을 한다. 이때, 단순히 데이터 변환 기능 뿐만 아니라 ESL 네트워크 및 설치된 환경에 최적화 할 수 있는 파라미터를 적용하여 대용량 데이터 전송시, 데이터 손실 및 폴트(fault)가 거의 발생하지 않도록 조절한다.
ESL 응용 부분의 주요 기능은 ESL 프로토콜 제어부로부터 송수신한 데이터를 디스플레이 장치에 표출하는 것이다. ESL 서버 UI, 원격제어장치의 모니터랑 UI, 그리고 태그에 각 해당 정보를 출력하고 사용자에게 정보를 제공하는 역할을 담당한다. 이를 위해 ESL 프로토콜 제어부로부터 송수신한 데이터를 적절히 가공하고 수집하는 Data Gathering 모듈이 있다. 각 구성요소는 이 모듈에서 네트워크 상태를 분석하고, 대용량 데이터 전송 성공률을 높이기 위해 분석한 값을 네트워크 파라미터로 전달하여 전체적인 네트워크가 원만하게 운영될 수 있도록 한다. 더불어 사용자가 시스템 상태를 인지할 수 있는 데이터로 표출하여 나타낼 수 있도록 데이터를 가공하기도 한다. Time Synchronization 모듈은 데이터 전송 시간 및 EPD 태그 관리를 담당한다.
- 2.3 기존 ESL 시스템의 이미지 전송 기법
ESL 시스템에서 서버와 태그 간 이미지 전송을 위한 기본 통신 절차에 대해 설명한다. 먼저 전체 통신 절차에 대해 간략히 설명하고 각 단계 별 동작에 대해 그림과 함께 상세히 설명한다.
먼저 서버는 어떤 태그에 어떤 이미지를 몇 번째 순서로 보낼 것인지 스케줄러를 통해 결정한다. 태그는 자신의 차례에 서버에서 전송한 이미지 데이터를 수신하고, 전송이 잘 되었는지 아닌지를 ACK 혹은 NACK 신호를 통해 서버로 전송한다. 서버는 수신 받은 ACK, NACK를 통해 어떤 태그가 몇 번째 패킷을 수신 받지 못했는지를 확인할 수 있다. 만약 첫번째 이미지 전송 시, 태그가 서버로부터 패킷을 정상적으로 수신 받지 못했다면, 서버는 이미지를 재전송해야하는 태그와 몇 번째 패킷을 전송할 것인지를 정리한다. 그리고 어떤 순서로 태그에 이미지를 전송할 지 스케줄러를 통해 결정한다. 서버에서 정한 재전송 횟수까지 이와 같은 동작을 반복한다. 그럼 각 단계별 상세 동작을 살펴본다.
Fig. 4 . (a)는 이미지 전송을 위한 첫 번째 데이터 전송 절차를 보여준다. 앞서 전체 통신 절차에서 설명한 것과 동일하며, ACK와 NACK에 대해 좀 더 상세히 설명한다. 하나의 태그는 태그의 이미지를 업데이트하기 위해 서버로부터 다수의 데이터 패킷을 수신한다. 각 데이터 패킷 별로 일일이 ACK, NACK 패킷을 전송하기에는 에너지 소모도 크고 트래픽이 높아지는 문제가 있다. 따라서 기존 ESL 시스템에서 는 각 태그에서 서버로 전송되는 모든 ACK 혹은 NACK 패킷을 정리하여 하나의 ACK 패킷으로 전송한다. 하나의 ACK 패킷 내에는 비트 마스킹 (Bit masking) 필드를 통해 하나의 비트로 패킷의 수신 성공 여부를 0 혹은 1로 표시한다.
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Image transmission method of ESL system.
Rig. 4 . (b)는 이미지 재전송을 위한 전송 절차를 보여준다. 재전송 과정에서는 이미지 전송을 성공한 태그를 제외하고 패킷 전송 실패가 있는 태그에 대해서만 재전송 과정을 수행한다. 하나의 사이클에 k (n≧ k, n: 하나의 사이클에 전송할 수 있는 최대 태그개수) 개의 태그에 대해 이미지 재전송을 수행한다면, 사이클 내 데이터 전송을 하지 않는 타임 슬롯이 존재하게 된다. 이와 같은 타임 슬롯들의 합을 유휴시간이라 한다. 유휴 시간은 데이터 전송의 비효율성을 야기하며, 하나의 사이클 내 전송해야할 태그의 수가 적어질수록 그 정도는 심화된다. 서버에서 지정한 데이터 재전송 횟수까지 이와 같은 동작을 반복한후, 이미지 전송이 완료되지 않는다면 업데이트를 중단한다. 그리고 이미지 전송이 실패한 태그에 대해 사용자의 요청이 있을 때, 업데이트할 이미지 데이터를 처음부터 전송해야 한다. 이를 이미지 전체 재전송이라 한다.
따라서 기존 ESL 시스템의 전송 방식은 유휴시간으로 인한 데이터 전송의 비효율성을 야기하며, 태그의 업데이트 대기 시간을 연장시킨다. 또한 지정된 재전송 횟수 내 이미지 전송에 성공하지 못한다면, 업데이트할 전체 이미지를 새로 전송하기 때문에 태그에 가해지는 트래픽과 전력 소모를 증가시키는 문제를 가진다.
3. Adaptive 이미지 재전송 기법
본 장에서는 기존 ESL 시스템에서 이미지 재전송 방법을 수정하여 태그별 이미지 전송 성공률을 높일 수 있는 Adaptive 이미지 재전송 기법을 제안한다. 기존 ESL 시스템에서 이미지 재전송 시, 태그별 이미지 재전송을 종료하면 사이클 내에 유휴 시간이 발생하였다. 즉, 한 사이클 내에서 전체 n개의 태그가 동일한 시간 T에 해당하는 타임 슬롯을 가진다고 할 때, 태그 k개에서 이미지 재전송이 발생한다면, (n-k) × T 의 유휴 시간이 발생한다. 기존 ESL 시스템의 경우 초기 이미지 전송이 일어난 후, 재전송이 필요한 태그의 수는 처음 대상 태그 수에 대해 최대 1/10에 불과하다. 이 경우 사이클 내 90% (n × 0.9 × T) 에 해당하는 시간을 아무것도 하지 않고 낭비하게 된다. Adaptive 이미지 재전송 기법은 이 때 낭비되는 유휴 시간에 태그 중 이미지 전송이 실패한 태그에 대해 다시 이미지 재전송을 끊임없이 수행한다.
Fig. 5 는 Adaptive 이미지 재전송 방법을 보여준다. 사이클 내에서 태그 a에서 태그 k에 대한 이미지 재전송을 수행한 후, 전송 실패가 일어난 태그 a'에서 태그 k'에 대한 재전송을 수행한다. 그리고 또 전송 실패가 일어난 태그가 존재한다면 사이클 내 타임 슬롯이 남아있는 동안 끊임없이 수행한다. 이를 위해 유휴 상태의 시간 구간을 태그가 스스로 인지하고 데이터 보완 및 데이터 재전송에 대해 능동적으로 동작하도록 Adaptive 이미지 재전송 기법을 설계 하였다.
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Adaptive image retransmission method.
Adaptive 이미지 재전송 기법은 패킷 전송 성공률을 높이는 방법이 아닌 재전송 기회를 많이 제공함으로써, 태그별 수신 성공률과 이미지 전송 성공 시간을 줄이는 기법이다. 실제 ESL이 설치된 곳의 환경은 전파환경, 설치된 곳의 구조물, 그리고 인구 밀집도 등에 의해 무선으로 대용량 데이터를 전송함에 있어 재전송을 불가피하다. 따라서 Adaptive 이미지 재전송 기법은 태그 스스로 재전송 기회를 높여 동일한 시간에 데이터 성공률을 높이고, 동시에 불필요한 패킷 교환을 줄여 무선 환경에서 트래픽을 감소하는 효과를 준다. 또한 기존 방식의 경우 정해진 사이클내에 이미지 전송에 실패한다면, 사용자의 요청에 의해 전송 실패한 태그에 대해 모든 이미지 데이터를 새로 전송받는다. 따라서 Adaptive 이미지 재전송 기법은 많은 재전송으로 인해 기존 기법에 비해 동일 사이클 내 송 수신하는 패킷의 양은 많지만, 전송 실패 시 전체 이미지를 새로 수신해야 한다는 것을 고려하면 에너지 효율적이다.
4. 수학적 성능 분석
Adaptive 이미지 재전송 기법을 실제 ESL 시스템에 적용한 실험 결과를 보기에 앞서, 본 장에서는 기존 ESL 이미지 재전송 기법과 Adaptive 이미지 재전송 기법의 이미지 수신 성공률을 수학적으로 분석한다. 제안하는 Adaptive 이미지 재전송 기법은 기존 ESL 이미지 재전송 기법과 비교하여 동일한 사이클동안 더 많은 이미지 부분 재전송을 수행하는 특징을 가진다. 기존 이미지 재전송 기법은 이미지 전송 중 실패한 패킷에 대해 최대 3번의 재전송을 할 수 있다. 반면 Adaptive 이미지 재전송 기법은 이미지 전송중 실패한 패킷에 대해 3사이클에 걸쳐 이론적으로 최대 6,000번 재전송 할 수 있다. 하지만 동일한 태그에 계속해서 전송 실패가 일어난 다면 전송 환경에 문제가 있는 것으로 판단하고 최대 6번의 재전송만을 수행한다. 그렇다면 재전송 횟수가 증가하면 전체 이미지 전송 성공률이 얼마나 높아지는지를 수식적 분석을 통해 살펴본다.
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수식 (1)은 재전송 횟수에 따른 하나의 태그의 전체 이미지 전송 성공률을 나타낸다. p는 패킷을 전송 할 때 평균 전송 성공률이다. q는 1-p로 패킷 전송 실패율을 나타낸다. k는 하나의 이미지를 일정 크기로 자른 패킷의 수이다. 이미지의 크기는 약 1.5 KB이고 패킷의 크기는 80 바이트이므로 k는 20이다. n은 이미지 부분 재전송 횟수를 나타낸다. a~z는 특정 상수 값을 나타내며, (1)에서 소수점 이하이므로, 계산에 큰 영향을 끼치지 않는 a~z의 계수 값은 무시하고 태그의 전체 이미지 전송 성공률에 대한 수식을 도출해 내었다. 수식 (1)은 n의 값이 무한대에 근접하고 q값이 0에 근접할 때 1로 수렴한다. 즉, 재전송의 횟수가 많아질수록 태그의 평균 전송 성공률이 높아진다는 것을 보여준다.
출한 식 (1)을 통해 기존 ESL 이미지 재전송 기법과 Adaptive 이미지 재전송 기법의 패킷 당 전송 성공률에 따른 태그의 전체 이미지 전송 성공률에 대해 살펴본다. 이것은 무선 환경의 상태에 따른 두 기법의 성능을 나타낸다. 기존 ESL 이미지 재전송 기법은 k의 값을 3으로 설정하고, Adaptive 이미지 재전송 기법은 k의 값을 6으로 설정하여 식 (1)에 대입한 후, 태그의 전체 이미지 전송 성공률을 도출해 내었다.
Fig. 6 은 기존 ESL 이미지 재전송 기법과 Adaptive ESL 이미지 재전송 기법의 패킷 전송 성공률에 따른 태그의 이미지 수신 성공률을 보여준다. 더 많은 재전송 기회를 갖는 Adaptive ESL 이미지 재전송 기법이 태그 당 더 높은 수신 성공률을 가진다는 것을 알 수 있었다. 실제 무선 통신 환경과는 차이가 있지만 이를 통해 전체적으로 통신 환경이 좋지 않은 곳에서도 기존 ESL 방식 보다 Adaptive ESL 방식이 조금 더 나은 태그의 수신 성공률을 가진다는 것을 알 수 있다.
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Comparing of received success rate for the transmission success rate of packet.
5. 실 험
- 5.1 환경 설정
ESL 시스템의 실험을 위해 Fig. 7 과 같이, ESL 서버 1대, 게이트웨이 1대, 해상도가 172*72인 EPD 태그 300대, 그리고 해상도 296*128인 EPD 태그 50대를 구성하였다. ESL 서버와 게이트웨이는 유선으로 통신을 하며, 게이트웨이와 EPD 태그는 무선으로 데이터를 전송한다. EPD 태그는 게이트웨이를 중심으로 좌우 15m씩 간격을 두어 A Zone과 C/D Zone으로 구분하였으며, B Zone은 게이트웨이로부터 1m 간격을 두고 배치하였다. A~C Zone은 해상도 172*72인 EPD 태그들로 구성하였으며, D Zone은 해상도 296*128인 EPD 태그로 구성하였다. 테스트 환경은 Fig. 8 과 같이 시스템이 설치될 일반적인 환경을 최대한 고려하여 WiFi-Zone내에 사람이 이동이 있는 공간에 구성하였다.
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Experimental environment map.
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ESL system test bed operating.
- 5.2 전송 성공률 비교
기존 ESL 시스템과 Adaptive 이미지 재전송 기법을 적용한 ESL 시스템 (Adaptive ESL 시스템)은 모두 각각 50회씩 테스트를 수행했으며, 각 회 당 시스템 내부적으로 3회에 걸쳐 데이터 보완이 이루어지도록 설정하였다. 기존 ESL 시스템과 Adaptive ESL 시스템의 최종 실패율(대용량 데이터를 모두 수신한지 못한 태그/전체 태그)에 대한 비교는 Fig. 9 와 같다. 기존 ESL 시스템의 경우, 가장 높은 실패율은 15.33%였으며 Adaptive ESL 시스템의 경우 가장 높은 실패율은 0.57%로, 전파환경 또는 일시적 인구밀도에 의해 불리한 환경적 요소로 발생할 수 있는 최악의 경우 대해 약 26.89배 가까이 개선되었다. 동일한 전체 사이클 시간에 대해 ESL 시스템의 평균 실패율은 2.49%였고, Adaptive ESL 시스템의 경우 실패율은 0.13%였으며, 19.15배 이상의 개선 효과가 있었다. 더욱이 각 시스템 내부적으로 전송 실패 시이미지 재전송을 위해 세 사이클에 걸쳐 데이터 보완이 이루어지도록 명시적으로 설정하였다. 그러나 Adaptive ESL 시스템의 태그는 능동적으로 유휴 구간을 사용하여 데이터 보완의 기회를 높이므로 세사이클에 걸쳐 재전송을 하는 경우가 극히 드물었다. 이는 동일 시간에 잦은 재전송으로 소모되는 에너지를 보상해주며, 데이터 전송을 위한 전체 사이클 시간이 줄어들어 사용자 측면에서 대용량 데이터를 모두 전송하는데 소요되는 시간이 최대 30% 이상 개선 될 수 있다.
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Transmission failure rate compare of the ESL system and adaptive ESL system.
Table 1 은 5,000개의 이미지를 전송할 때, 기존 ESL 시스템과 Adaptive ESL 시스템의 부분 및 전체 미지 재전송 횟수를 보여준다. 기존 ESL 시스템은 20개의 이미지 패킷 전송 후, 3차례에 걸쳐 전송 실패한 패킷만을 보내는 부분 재전송 과정을 거친다. 부분 재전송에서도 태그가 패킷 수신에 실패하면 다음 사이클에 실패한 이미지 패킷에 대해 모두 새로 재전송을 한다. 반면, Adaptive는 6차례의 재전송 과정을 거친 후, 전송 실패한 이미지에 대해서만 전체 재전송 과정을 거친다. ESL 시스템은 장애물이나 주변환경에 따라 전송 성공률이 수시로 변한다. 따라서 재전송 기회가 많을수록 전송 성공률이 올라간다. 이는 4장에서 수식적으로 증명하였다. Table 1 에서 기존 ESL 시스템은 5,000개의 이미지 전송 시, 9,856개의 패킷에 대해 이미지 부분 재전송을 하였다. 그리고 124회의 전체 이미지 재전송을 수행하였다. 이는 2,480 패킷을 새로 전송하였다는 것을 의미한다. 따라서 총 12,336 개의 패킷을 재전송 하였다. Adaptive ESL 시스템은 10,257개의 패킷에 대해 이미지 부분 재전송을 하였으며, 6회의 전체 이미지 재전송을 수행하였다. 따라서 총 10,377개의 패킷을 재전송 하였다. 전체 이미지 패킷의 전송 개수를 비교하면 기존 ESL 시스템 112,336개이고, Adaptive ESL 시스템은 110.377개로 기존 ESL 시스템이 약 1.7% 더 많은 패킷을 전송한다는 것을 알 수 있다.
Retransmission count
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Retransmission count
- 5.3 에너지 소모량 비교
본 절에서는 기존 ESL 시스템과 Adaptive ESL 시스템의 에너지 소모량에 대해 비교한다. Adaptive 이미지 재전송 기법은 동일 시간 내에 기존 이미지 전송 방법에 비해 빈번한 전송이 일어난다. 그로인해 Adaptive ESL의 에너지 소모가 더 많을 거라고 생각 할 수 있다. 하지만 기존 이미지 전송 방법은 재전송을 위해 사용하는 사이클이 Adaptive 이미지 전송기법에 비해 길어질 수 있고, 이미지 전송 실패 시, 이미지를 전체를 새로 보내야한다는 단점이 있다. 따라서 에너지 소모량 비교를 통해 Adaptive ESL 시스템이 기존 시스템에 비해 에너지 소모량이 많지 않다는 것을 증명한다.
기존 ESL 시스템과 Adaptive ESL 시스템에 대해 실제 실험 환경인 태그의 sleep-wakeup 주기는 30초로 설정하여 두 시스템의 소모전류를 도출하였으며 결과는 Table 2 와 같다. 단순히 통신 성공률에 대한 결과를 무시하고, ESL 시스템에 설정된 재전송 횟수를 동일하게 두고 두 시스템의 소모전류를 산출하면 기존 ESL 시스템에서의 태그 배터리 수명이 1.49개월 더 보장한다. 그러나 기존 ESL 시스템은 최종 실패율이 더 높으므로 이미지 전송에 실패한 태그에 대해 관리자가 다시 이미지 업데이트를 시도해야 된다는 측면에서 보면 배터리 소모가 추가적으로 더 발생할 수 있음을 알 수 있다.
Consumption Current Measurement
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Consumption Current Measurement
따라서 정확한 비교를 위해 통신 성공률을 동일하게 하는 조건으로 Adaptive ESL 시스템에서 실제 수행되는 모든 재전송 횟수와 기존 ESL 시스템에서의 재전송 횟수를 동일하게 두고 소모전류를 산출하였으며, 이 경우 Adaptive ESL 시스템이 약 30.9시간 배터리 수명에 장점이 있는 것으로 나왔다. Adaptive ESL 시스템은 태그가 유휴 시간을 능동적으로 감지하고, 스스로 재전송 기회를 가지는 기법이므로, 서버로부터 재전송에 대한 명령을 받기 위해 대기해야하는 시간이 없기 때문에 전류 소모량에 보다 장점이 있다.
6. 결 론
오늘날 유통매장의 환경은 급변하고 있으며, 더욱이 소비자들의 패턴은 보다 정확한 가격과 상세한 제품 정보를 요구하는 것으로 변하고 있다. 이를 위해 대부분의 ESL 시스템 개발 업체들은 전면 그래픽 디스플레이 장치를 통해 정확한 제품 가격뿐만 아니라 상세한 제품정보를 나타낼 수 있는 시스템을 상용화 하고 있으며, 보다 차별화되고 안정화된 시스템을 위해 여전히 많은 노력을 기울이고 있다.
본 논문에서는 제안하는 Adaptive ESL 기법을 적용하여 무선 환경에서 보다 안정적으로 대용량 데이터를 전송할 수 있도록 하였다. 실험 결과 99.56%의 성공률을 보이며, 기존 ESL 시스템의 성공률인 97.71%에 비해 월등히 높은 성공률을 보였다. 무선통신의 성공률은 성능 향상에 대한 이슈와 더불어 실제 운영될 매장에서 시스템 관리의 효율성의 척도를 함께 나타낸다. 더욱이 본 시스템의 실험을 위해 구성한 테스트 베드는 실제 매장의 환경과 유사하도록 사람의 이동이 빈번한 WiFi-Zone에 구성하였으며, 태그의 규모도 350개를 구성하여 수행했기 때문에 실제 매장에서의 운영 결과와 유사하다.
또한, Adaptive ESL 시스템은 태그의 이미지 전송 성공률을 높여, 이미지 전송을 위한 총 사이클 횟수를 줄이고, 이미지 전송에 실패한 태그에 대해 새로 이미지 전송을 수행하는 횟수를 줄일 수 있기 때문에 에너지 소모를 줄일 수 있다. 실험을 통해 확인한 결과 기존 ESL 시스템에 비해 30.9시간 배터리 수명이 연장되었다.
BIO
양 은 주
2002년 경성대학교 컴퓨터과학과 (학사)
2004년 경북대학교 컴퓨터공학과 (석사)
2004년 ㈜CGC
2004년~현재 경북대학교 임베디드소프트웨어연구센터
관심분야 : 임베디드 SW, 무선 센서네트워크, 실내외 위치추적 기술
정 승 완
2006년 경북대학교 IT대학 전자전기컴퓨터학부(학사)
2008년 경북대학교 IT대학 전자전기컴퓨터학부(석사)
2014년 경북대학교 IT대학 전자전기컴퓨터학부(박사)
2014년~현재 SK 하이닉스
관심분야 : 임베디드 시스템, 스토리지 운영기법, 무선 센서네트워크
유 길 상
2001년 경북대학교 전자전기공학부(학사)
2004년~2006년 대한민국 공군 군수사령부 정보통신정비창
2007년 경북대학교 전자공학과 (석사)
2007년~2008년 LIG 넥스원 정밀유도무기 연구소
2009년~2012년 RoadPia 소프트웨어 연구소
2012년~현재 경북대학교 임베디드소프트웨어연구센터
관심분야 : 임베디드 SW, Dot NET 기반 PC 응용 SW, Mobile 응용 SW
김 정 준
1981년 경북대학교 전자공학과 (학사)
1983년 한국과학기술원 전자공학 (석사)
1997년 루이지애나주립대, 미국 (박사)
1984년~2011년 (주)케이티
2012년~현재 경북대학교 전자공학부 부교수
관심분야 : 임베디드 디바이스, 신호처리, 멀티컴퓨터구조, IT Convergence
서 대 화
1981년 경북대학교 전자공학과 (학사)
1983년 한국과학기술원 전산학과 (석사)
1993년 한국과학기술원 전산학과 (박사)
1983년~1995년 한국전자통신연구원
2004년~현재 경북대학교 임베디드소프트웨어 연구센터장
1998년~현재 경북대학교 IT대학 전자공학부 교수
관심분야 : 임베디드 SW, 병렬처리, 분산운영체제
References
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