操作rfid系统的方法

专利名称：操作rfid系统的方法
技术领域：
本发明涉及操作包括至少一个阅读器和多个无线数据载体的RFID系统，在该无线数据载体中，至少第一无线数据载体包括一个慢响应单元。
本发明进一步涉及计算机程序产品，用于执行上述第一段所述的方法。
本发明进一步涉及包括在多个无线数据载体中的至少一个阅读器的RFID系统，在该无线数据载体中，至少第一无线数据载体包括一个慢响应单元。
本发明进一步涉及在上述第三段的系统中使用的无线数据载体。
本发明还涉及在上述第三段的RFID系统中使用的阅读器。
背景技术：
RFID(射频标识)系统在近年取得了极大的发展，因而许多类型的RFID系统对于大型的安装是容易的。传统的RFID系统通常包括一个阅读器以及称作脉冲转发器或者标签2的多个无线数据载体。每一个标签包括至少一个非易失性存储器，其通常是E2存储器，例如EEPROM。阅读器和多个标签使用RF信号通过天线装置10进行彼此之间的通信。阅读器能读出和写入数据从/到标签存储器。
在制造工艺或仓库管理中，能够使用RFID系统来追踪提供了这样的标签的物品。然而，上述类型的RFID系统在像汽车访问或者控制系统这样的访问系统中有着许多其他的应用。在这样的应用中，通常它不仅仅能充分读出存储在标签的非易失性存储器内的数据，而且能将数据写入到标签的存储器中。
在图1中，示出了操作传统RFID系统的传统方法。在第一步骤S1中，阅读器1通过发送识别指令IDENTIFY识别在它接收范围内的标签2。在这种情况下，例如，标签1在阅读器的接收范围内，在步骤S2，标签1接收和编码阅读器的识别指令IDENTIFY并发送回存储在其存储器里的ID号IDNR1。在步骤S1的识别以及在步骤S2的接收标签1的ID号ID NR1之后，在步骤S3中，阅读器发送写指令WRITE TAG1到标签1以将数据写入到标签1的非易失性存储器，其作为第一无线数据载体。在包括在写指令WRITETAG1里或者以前被传输的数据被写入到标签1的EEPROM之后，在步骤S4中，标签1发送回写确认信号以确认存储器写是成功的。
然而，将数据存储到例如EEPROM的非易失性E2存储器花费了相当多的时间(例如，10到20ms甚至更多)。EEPROM写入操作所需的时间因而比读出操作花费了更多的时间(大约10到100倍)。近似的，利用标签的加密/解密单元对数据或者指令进行加密或者解密，或者从与标签相连的传感器中读出数据需要花费相同的时间。因此，例举的非易失性存储器和加密/解密单元以及传感器是慢响应单元。使用传统的操作RFID系统的方法，阅读器一直等待，直到标签用慢响应单元处理数据并且响应。因此，阅读器例如一直等待，直到通过接收来自标签的写确认信号而完成EEPROM的写入操作，并且不能与在阅读器接受范围内呈现为可用的其他标签进行通信。因此，这些RFID系统包括例如这样的缺陷，在写操作或者加密或解密操作中或者从一个标签的传感器读出数据的过程中所传送的标签，不能够被识别或者读出，因此传送了不被注意的阅读器。进一步的缺陷是，因为阅读器在标签的写入操作中的不活动，可用的通信能力没有被充分地使用。

发明内容
因此本发明的一个目的是提供在上述第一段中定义的操作RFID系统的方法，以及在上述第三段中定义的RFID系统，其中上述的缺陷被避免。
为了达到上述定义的目的，提供了具有本发明特征的操作RFID系统的方法，根据本发明，方法被定义如下一种操作包括至少一个阅读器和多个无线数据载体的RFID系统的方法，多个无线数据载体中至少第一无线数据载体包括一慢响应单元，其中至少一个阅读器和一个或者多个无线数据载体进行通信，而至少第一无线数据载体正在使用慢响应单元处理数据。
为了达到上述根据本发明所定义的目的，提供了特有性能以便按照本发明的RFID系统能够由下面所定义的方式而被描述一种包括至少一个阅读器和多个无线数据载体的RFID系统，在无线数据载体中，至少第一无线数据载体包括一慢响应单元，其中至少一个阅读器能和一个或者多个无线数据载体进行通信，而至少第一无线数据载体正在使用它的慢响应单元处理数据。
按照本发明的特有性能提供了以下优点，操作RFID系统的方法更有效地使用可用的通信能力，并且提高了RFID系统的识别能力。该特有性能在使用RF场能量作为运行标签所需的电源的无源标签中实施是有利的，在使用电池作为运行标签所需的电源的有源标签中的实施也是有利的。
权利要求5和16中所请求的方案分别提供了方法和RFID系统的优选实施例的优点，根据本发明，其能有效地被使用。
标签将数据写入到它的非易失性存储器的电源消耗是很高的，并且无源标签不得不使用它的内部缓冲器容量利用阅读器提供的能量工作下去(get by)。权利要求7和17请求的方案具有以下优点，通过阅读器的RF场提供给每个标签的能量不会减少，因为使用了调制，其不改变或者小程度地改变阅读器的载波信号的幅度。因此这具有优势，在阅读器和一个或多个标签通信，以及在RF场中的另一个标签将数据写入到它的非易失性存储器的时期中，该无源标签将具有足够的能量将数据写入到它的非易失性存储器中。
按照权利要求8的方案提供了优点，在写入中的能量提供并不过量地减少，尽管使用了幅度调制。
权利要求9和19请求的方案提供了优点，同时接收来自于阅读器的两个标签的信号的冲突被处理，并且没有导致RFID系统的故障。
权利要求10请求的方案提供了优点，使用组指令同时和一个以上的无线数据载体的非易失性存储器进行通信或写入数据到其中。
权利要求11请求的方案提供了优点，因为阅读器灵活的编程，计算机程序的数据能容易地在多个阅读器之间传输。
权利要求18请求的方案提供了优点，使用100％调制程度的幅度调制的易建阅读器能在本发明的RFID系统中使用，而不减少系统的接收范围。
权利要求21和22请求的方案提供了优点，无线数据载体能在根据权利要求9-13中任意一项的RFID系统中被有效地使用。
权利要求23请求的方案提供了优点，阅读器能在根据权利要求12或20的RFID系统中被有效地使用。
上述定义的方面以及本发明进一步的方面，根据下面将要描述的实施例中而变得明显，并且将参考实施例被解释。


在下文中本发明将参考实施例更加详细地被描述，但本发明并不限于此。
图1示出了操作RFID系统的传统方法。
图2以时间表的形式示出了根据本发明实施例的RFID系统的操作方法。
图3以框图的形式示出了根据本发明的RFID系统。
图4以框图的形式示出了根据本发明的无线数据载体。
图5以框图的形式示出了根据本发明的阅读器。
具体实施例方式
图2示出了根据本发明一实施例的操作RFID系统的方法。
在第一步骤S1中，阅读器发送识别指令IDENTIFY以确定标签在它的接收范围内。如图2所示的情况，标签1在接收范围内，能够接收阅读器的识别指令IDENTIFY。在步骤2，标签1发送回存储在其存储器里的ID号ID NR1以响应阅读器的识别指令IDENTIFY。接着，在步骤3中，阅读器传送写指令WRITE TAG1到标签1以将数据写入到标签1的非易失性存储器。与图1所示的操作RFID系统的现有方法不同，在步骤S5中，阅读器并不停止它的通信操作和处理，发送进一步的识别指令IDENTIFY以确定在它的接收范围内的进一步的标签。如图2所示的情况，标签2和标签3同时响应阅读器的识别指令IDENTIFY并且产生阅读器的冲突情形。在本发明的RFID系统的一个优选实施例里，阅读器配置有一个单元以执行防冲突仲裁，其能处理这样的冲突情形并以预先确定的方式解决冲突。在这个实施例里，阅读器继续发送进一步的识别指令IDENTIFY，在标签3响应它之前标签2响应，因此没有冲突情形发生。同时，在步骤3中包括在写指令WRITE TAG1里的数据的写操作已经被完成，因此在步骤S4，标签1发送回写确认信号给阅读器以指示成功的写操作。
要注意的是，来自标签的写确认信号并非总是必需的。在方法的一个实施例里，阅读器能够等待一个预先确定的时期，其被假定为对于标签的非易失性存储器的写操作来说是足够的。阅读器能根据写指令读出在EEPROM中已经写入的数据的地址，并且将存储内容和写指令的数据进行比较。如果比较显示没有区别，写操作被认为是成功的，在比较显示存在区别的情况下，写操作被认为是不成功的。
此外，根据本发明的方法，识别步骤S1和S2的ID号响应是可选的，因为系统同样也能在不进行先前识别的情况下以更广播的方式执行写指令，并且在标签的写周期期间执行进一步的通信。
为了确保成功的写操作，在写入数据到EEPROM期间，对于来自阅读器的进一步的指令的处理必须在各自的无线数据载体中被抑制。在图2所示的上述实施例中，通过在RFID系统中的每一个数据载体中实施一个去激活装置来达到该目的，该装置在阅读器的写指令被接收后，自动禁止任意进一步的处理。然而，根据本发明的进一步的实施例，方法可替代地使用特定的写或其他指令，其包含附加的参数，表示在该无线数据载体中进一步的指令处理是否要被停止。这将提供至少两个(或者更多，依赖于在写或其他指令中的参数数字的数量)不同的写模式，也就是说，一个写去激活，而另一个相反。因此，如果使用的RFID系统包括没有配置去激活(deactivate)装置的无线数据载体，所述方法能转化为传统的操作方法，只要没有采用去激活装置的标签通过控制阅读器而被写入从而初始化具有“不需要去激活”参数值的写指令。因此，混合的操作方法能被实现，使得本发明具有更多灵活的应用。
在任何情况下，在各自的无线数据载体中完成了写操作之后，去激活阅读器指令的处理被撤销，并且各自的无线数据载体准备好处理来自阅读器的进一步的指令。因此在无线数据载体中暂时去激活要被写入的指令的处理，能够通过阅读器指令的参数被控制或者通过响应写指令接收的停止装置而被自动控制。
在这个实施例中，方法进一步控制阅读器以连续发送载波信号，其能被调制或不被调制，因此正在其非易失性存储器里连续写的无线数据载体，经由阅读器的RF场接收能量。
在本发明方法的进一步优选实施例里，阅读器使用频率调制或者相位调制，但是不使用幅度调制，目的是不减少通过阅读器的RF场提供给在阅读器接收范围内的每一个无线数据载体的能量。这可能是必需的，因为写数据到例如EEPROM的非易失性存储器需要相当多的能量，而且根据幅度调制而改变载波信号的幅度所带来的不充足的能量供应可能导致不成功的写操作。然而，如果减少的接收范围能够被接受，那么通过阅读器的RF场提供能量对于任意类型的调制来说都是可靠的。这意味着对于像标签这样的无线数据载体的写入操作来说，频率调制或相位调制的使用没有或至少没有实质上减少阅读器的接收范围。
在进一步的实施例里，幅度调制也能在根据本发明的方法中使用，而不实质上减少在RFID系统里的写入操作的接收范围。这可以通过使用小于100％的合适的调制程度来实现。然而，要认识到因为载波信号的幅度变化，无线数据载体接收到的能量与没有调制过的触发信号相比通常是减少的，假如在数据载体和阅读器之间的距离是固定的。这意味着，如果在RFID系统里使用幅度调制，这将导致减少的系统接收范围，如果与没有调制的或者相位或频率调制的载波信号中所需的能量相比，在标签中必须接收固定量的可接收的能量(例如，执行EEPROM的写操作)。
在根据本发明的方法的进一步的实施例中，方法执行防冲突仲裁。这意味着如果来自两个不同的无线数据载体的两个或更多的信号同时在阅读器中被接收，方法以预先确定的方式控制阅读器以作出反应。在这种情况中，阅读器能够，例如否定任意接收信号的进一步的操作，但是重复读请求，其致使两个或更多同时接收的数据载波响应。
根据本发明的计算机程序产品，其能直接被载入到阅读器中，包括软件代码部分，其执行根据上文解释的本发明的方法步骤。计算机程序产品可以被存储在例如CD-ROM，软磁盘，存储棒等的数据载体中。以这种方式，方法在RFID系统的阅读器中能被容易地实施，其能接收这样的数据载体并且执行计算机程序产品。此外，存储在上述类型的数据载体中的计算机程序产品也能被PC系统使用，其连接到阅读器以控制阅读器，如果阅读器没有为软件代码部分提供任意内部的逻辑例如具有存储器的微处理器。
上面解释的根据本发明的操作RFID系统的方法的所有实施例提供了可用通信能力的更有效的使用，因此与图1所示的传统的方法比较起来，具有更好的识别能力。
接下来RFID系统将被解释，其能够执行根据本发明的方法。
参考图3，示出了RFID系统的原理结构。该系统包括阅读器1和多个无线数据载体2，例如标签或脉冲转发器，其具有一个或多个像E2存储器的例如EEPROM的非易失性存储器。阅读器1和多个标签经由天线10使用RF通讯在彼此之间进行通信。该实施例的RFID系统使用电感耦合和标签以及典型地提供16字节到8k字节存储容量的EEPROM。要注意的是，原则上根据本发明的具有一个以上阅读器1的RFID系统也能被实现。具有阅读器和标签的RFID系统的基本结构对普通技术人员来说是熟知的因而在这里被省略了。
系统这样配置，当多个标签2中的至少一个响应阅读器的写指令写入数据到EEPROM，阅读器1能够和一个或多个剩下的标签2进行通信。为了达到这个目的，阅读器1包括控制单元8，其反过来包括可编程的逻辑单元9，像微处理器或是例如图5所示的任意类型的ASIC的硬布线逻辑。此外，在RFID系统中的多个标签2中的每一个都能在阅读器1的EEPROM的写入期间去激活其指令的处理，这能例如通过使用特定的硬布线逻辑以及使用包括具有合适程序的微处理器的无线数据载体被实现。例如，可能修改标签的状态机以去激活阅读器1的指令的处理。
在根据本发明的RFID系统的一个实施例中，阅读器包括频率调制单元和/或相位调制单元，因此在阅读器1中产生的载波信号的调制能够被获得，它将不会或仅仅微量地减少该载波信号的幅度，因此没有减少阅读器的RF场提供给每一个标签2的能量。以这种方式，如前所述，避免减少提供给标签的能量，并且写操作的接收范围没有被减少。
此外，根据本发明的RFID系统的另一个实施例，阅读器1包括一个幅度调制单元以执行载波信号的幅度调制，优选的使用100％的调制度。在这个实施例中，每一个标签2额外地包括一电压调节6以给控制单元和标签的非易失性存储器提供合适的DC电压。电压调节6具有缓冲器容量，其是可以量度的，因此在写操作期间由调制过的载波信号所提供的足够能量的接收范围是可比较的，对于如果由阅读器的没有调制过的载波信号所提供的写能量的接收范围来说。那意味着缓冲容量必须增加一定量以保证如果接收范围和没有调制过的载波信号的使用比较起来需要保持为相同的范围的话为写提供足够的电压供应，。这是因为幅度调制改变了载波信号的幅度，因此和其他不改变载波信号幅度的调制方式比较起来，减少了RF场提供给每一个无线数据载体的能量数。因此，由于这样增加的缓冲器容量，它能使用具有调制度为100％的幅度调制来使用阅读器。这样的阅读器很容易实现，因此制造成本比起那些使用其他调制模式的阅读器来说相当的低。
在根据本发明的RFID系统的一个实施例中，阅读器1包括一个单元，其执行防冲突仲裁以适当地处理上面解释过的冲突情形。
如图4所示的无线数据载体2包括模拟RF接口3，数字控制单元4和在这个实施例中为EEPROM的非易失性存储器5，其中数字控制单元4包括装置以在EEPROM写期间去激活从阅读器1接收的指令的处理。例如，可以操作开关，其在接收阅读器1的写指令之后打开包括在数字控制单元4中的解码器。也可以可以想到修改数字控制单元4的状态机。
在这个实施例中，无线数据载体没有电源供应单元，因此操作无线数据载体组件的能量从阅读器发送的RF场获得。然而，本发明并不限于无源无线数据载体，因此本发明的原理也适用于有源无线数据载体，只要在写入数据到非易失性存储器5的期间，无线数据载体提供装置来去激活阅读器1指令的处理。
根据本发明的RFID系统的阅读器1包括模拟接口7，控制单元8和逻辑单元9，如图5所示。逻辑单元9能被集成到控制单元4中。控制单元4包括一硬布线逻辑或一可编程逻辑，其保证从阅读器1持续地供应能量给无线数据载体，以保证足够的能量来完成各自的标签2的成功的写操作。在无源标签2的情况下，通过持续地发送载波信号，当写入操作正在一个数据载体2里执行以及阅读器1正和其他在阅读器1的接收范围内的标签通信时，也可以获得持续的能量供应。
根据本发明的RFID系统中使用的阅读器1的另一个实施例，阅读器1进一步包括能运行计算机程序的逻辑单元9。存储在数据载体中的计算机程序包括软件代码部分以执行上面描述的方法。那意味着，软件代码部分保证持续的能量供应，以同时保证用于写入操作的能量以及当执行写入操作时软件代码部分控制无线数据载体以去激活包括在阅读器的RF信号中的指令的处理。以这种方式，操作RFID系统的方法能够很容易地被优化及适用于具有极大灵活性的新环境。计算机程序能被存储在数据载体上因此能容易地分布在不同RFID系统的多个阅读器中。此外，数据载体能在PC系统中使用，其连接到阅读器以控制RFID系统。
要指出的是无线数据载体可以包括一个或多个非易失性存储器。
要指出的是单个写操作可以包括阅读器的一些指令，但是对于在阅读器的通信范围里的几个无线数据载体来说仍然是有效的。
要注意的是在权利要求里参考标记的给出仅仅是为了解释性的目的，不应该被解释为限制了以后想要保护的方法的范围。
要指出的是，无源长范围标签的加密/解密单元需要相当的时间以解密从阅读器接收的加密的数据或者加密需要传送给阅读器的数据。因此，加密/解密单元也是慢响应单元。在本发明的进一步实施例中，阅读器传送加密的数据到第一标签并开始和一个或多个标签通信，而第一标签解密接收的加密数据。被解密的数据在标签中被进一步处理并且处理后的数据被该标签加密，而阅读器和一个或多个标签通信。这具有优点，既然通信是并行的，那么阅读器就能和更多的标签同时通信。
要指出的是连接到标签或部分标签例如要测量外界温度的传感器需要相当多的时间来测量温度以及将温度数据报告回标签。因此，传感器也是一个慢响应单元。在本发明的进一步实施例中，阅读器传送请求以向标签报告冻结货物的实际温度，该标签包括传感器并且传感器固定在冻结货物上。当阅读器与一个或多个标签进行通信时，标签接收请求并且从传感器读出实际的温度数据。这具有优点，由于通信是并行进行的，阅读器能同时和更多的标签进行通信。
权利要求
1.一种操作包括至少一个阅读器(1)和多个无线数据载体(2)的RFID系统的方法，多个无线数据载体中至少第一无线数据载体(2)包括一慢响应单元(5)，其中至少一个阅读器(1)和多个无线数据载体(2)中的一个或多个进行通信，而至少该第一无线数据载体正在(2)使用其慢响应单元(5)处理数据。
2.根据权利要求1的方法，其中慢响应单元是非易失性存储器(5)，第一无线数据载体(2)将数据写入到它的非易失性存储器(5)中，而至少一个阅读器(1)和多个无线数据载体(2)中的一个或多个进行通信。
3.根据权利要求1的方法，其中慢响应单元是一加密/解密单元，其中当至少一个阅读器(1)和多个无线数据载体(2)中的一个或多个进行通信时，第一无线数据载体(2)加密和/或解密数据。
4.根据权利要求1的方法，其中慢响应单元是一传感器，其中当至少一个阅读器(1)和多个无线数据载体(2)中的一个或多个进行通信时，第一无线数据载体(2)从它的传感器读出数据。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中至少第一无线数据载体(2)去激活在第一无线数据载体中的来自至少一个阅读器(1)的指令的处理，直到在第一无线数据载体(2)中的各自的数据处理操作已经完成。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中当第一无线数据载体(2)用它的慢响应单元(5)处理数据时，至少一个阅读器(1)提供能量给至少第一无线数据载体(2)。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中至少一个阅读器使用频率调制或相位调制来调制将被传送给多个无线数据载体(2)中的一个或多个的数据信号。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中至少一个阅读器使用调制度小于100％的幅度调制来调制将被传送给多个无线数据载体(2)中的一个或多个的数据信号。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中执行防冲突仲裁。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中至少一个阅读器利用多个无线数据载体(2)的全部或其部分执行单独的写操作，以将数据写入到该多个无线数据载体(2)的全部或其部分的非易失性存储器中。
11.一计算机程序产品，包括当该计算机程序产品在至少一个阅读器(1)上运行时，执行根据权利要求1-10中任一项所述的方法的软件代码部分。
12.一种包括至少一个阅读器(1)和多个无线数据载体(2)的RFID系统，多个无线数据载体(2)中至少第一无线数据载体(2)包括一慢响应单元(5)，其中至少一个阅读器(1)能够和多个无线数据载体(2)中的一个或多个进行通信，而至少该第一无线数据载体(2)正在使用其慢响应单元(5)处理数据。
13.根据权利要求12的RFID系统，包括一非易失性存储器(5)作为慢响应单元。
14.根据权利要求12的RFID系统，包括一加密/解密单元作为慢响应单元。
15.根据权利要求12的RFID系统，包括一传感器作为慢响应单元。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的RFID系统，其中至少第一无线数据载体(2)能够去激活在第一无线数据载体中的来自至少一个阅读器(1)的指令的处理，直到在第一无线数据载体(2)中的各自的数据处理操作已经完成。
17.根据权利要求12-15中任一项所述的RFID系统，其中至少一个阅读器(2)包括频率调制单元和/或相位调制单元来调制将被传送给多个无线数据载体(2)中的一个或多个的数据信号。
18.根据权利要求12-15中任一项所述的RFID系统，其中至少一个阅读器(1)包括幅度调制单元，以及每一个无线数据载体(2)包括电压调节(6)，和使用频率或相位调制的缓冲容量比较起来，该电压调节(6)具有增加的缓冲容量，因此当使用幅度调制时的多个无线数据载体(2)的一个的写操作具有充足能量供应的接收范围可以与使用频率或相位调制时的接收范围相比较。
19.根据权利要求12-18中任一项所述的RFID系统，其进一步包括执行防冲突仲裁的单元。
20.根据权利要求13所述的RFID系统，其中至少一个阅读器对多个无线数据载体(2)的全部或其部分执行写操作，以将数据写入到该多个无线数据载体(2)的全部或其部分的非易失性存储器中。
21.一种用于根据权利要求12所述的RFID系统中的无线数据载体，其包括一模拟RF接口(3)，一数字控制单元(4)以及一慢响应数据处理单元(5)，其中该数字控制单元包括在利用其慢响应单元处理数据期间去激活来自至少一个阅读器的指令的处理的装置。
22.根据权利要求20的无线数据载体，其中数字控制单元(4)进一步包括一指令解码器，其能够在从至少一个阅读器接收写指令后被去激活。
23.一种用于根据权利要求12-20中任一项所述的RFID系统中的阅读器，其包括一模拟RF接口(7)以及一控制单元(8)，其进一步包括一逻辑单元(9)，该逻辑单元能够执行根据权利要求11的计算机程序产品。
全文摘要
本发明涉及一种操作包括至少一个阅读器(1)和多个无线数据载体(2)的RFID系统的方法，每一个无线数据载体包括至少一个慢响应数据处理单元(5)，其中该方法控制至少一个阅读器(1)以持续和多个无线数据载体(2)中的一个进行通信，同时多个无线数据载体(2)中的至少另一个用它的至少一个慢响应单元(5)处理数据。本发明进一步涉及包括至少一个阅读器(1)和多个无线数据载体(2)的RFID系统，每一个无线数据载体包括至少一个慢响应单元(5)，其中当多个无线数据载体(2)中的至少另一个用它的至少一个慢响应单元(5)处理数据时，系统能持续和多个无线数据载体(2)中的至少一个进行通信。
文档编号G06K19/07GK101076815SQ200580042688
公开日2007年11月21日 申请日期2005年10月11日 优先权日2004年10月15日
发明者克里斯蒂安·舍尔伯, 伯恩哈德·格鲁柏 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司