专利名称：可靠通信的一种新颖协议的方法和射频识别系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及射频识别系统，具体涉及射频识别系统中的通信协议。
数亿万美元的自动识别产业拥有条形码设备、磁卡阅读器、智能卡、光字符识别、扫描器、话音识别系统和射频识别(RFID)系统。RFID系统于20世纪80年代中叶开始使用。在1993年，条形码设备估计在自动识别(ID)市场上占全世界收入的75％以上，而RFID占3％。
条形码设备提供了一种极好的低造价的数据集总装置。条形码的缺点是要求从读码器到标记(tag)成直视线。条形码当受到污物、雪等之类的东西的损坏或阻挡后通常是不可靠的。在使用条形码时所遇到的大多数问题可以通过使用各种RFID标记得以避免。
通常RFID标记系统包括标记器(tag)或应答器和基本单元(BaseUnits)或询问器。当应答器从询问器收到一个信号后，便被说为进行问答对话了。在典型情况下，应答器通过送回一个或多个信号来指示标记器存储的数据以作为响应。一些RFID应答器除了在与阅读器不成视线时能够读出之外，还能够以300千米/时的速度从100米远处阅读。通常，数据容量范围为1比特到64000比特，工作频率范围为37KHz到2.45GHz。应用范围从跟踪鱼群的迁移到把车辆信息传送给船队管理系统。
此外，还有从/往应答器读/写数据的RFID系统。读/写RFID系统的目标市场是存取控制。例如，一个公共汽车通行量(bus pass)可能有一个平衡值存储在存储器中，利用RFID系统可将车费从该平衡值中扣除。
由于许多读/写RFID系统将用于金融交易方面，因而现在存在对于可靠的RFID协议的需求。一种可靠的协议对于提供有效的数据传送，并防止假冒传输和差错检测是非常需要的。
图1是按照本发明的提供可靠通信协议的射频识别系统一种优选实施例的示意图。
图2是按照本发明的采用询问器提供可靠通信协议的方法的优选实施例步骤流程图。
图3是按照本发明的采用应答器提供可靠通信协议的方法的优选实施例步骤的流程图。
图4是按照本发明的一种写协议的优选实施例的示意图。
图5是按照本发明的一种读协议的优选实施例的示意图。
图6是按照本发明的一个询问帧的优选实施例的示意图。
图7是按照本发明的一个读命令帧的优选实施例的示意图。
图8是按照本发明的一个写命令帧的优选实施例的示意图。
图9是按照本发明的一个询问确认帧的优选实施例的示意图。
图10是按照本发明的一个读确认帧的优选实施例的示意图。
图11是按照本发明的一个写确认帧的优选实施例的示意图。
图12是按照本发明的提供可靠通信协议的方法的优选实施例步骤的流程图。
总的说来，本发明提供一种用于射频识别(RFID)系统的协议。RFID系统包括至少一个询问器和至少一个应答器。该协议允许询问器以很低的差错率或伪交易进入应答器。
图1以标号100示出按照本发明的提供可靠通信协议的射频识别系统的一种优选实施例的示意图。
该射频识别系统包括一个询问器102和一个应答器104。
询问器102(或阅读器)发送多个询问器帧106和接收多个应答器帧114的至少一帧。应答器104(或标记器)发送多个应答器帧114和接收多个询问器帧106的至少一帧。一种典型的询问器包括至少一副用于发送和接收的天线、一个接至天线加RF单元和一个数字控制器。由于典型的询问器(或阅读器)是公知的，故这里不再赘述。一种典型的询问器的例子在美国专利5,196,846中已描述了。然而，本发明也可以利用其它的询问器来实施。数字控制器确定所要发送的询问帧106，并解码所收到的应答帧114。在一些应用方面，询问器还与诸如计算机之类的外围装置相连接。
一种典型的应答器包括一个接收机/发射机单元、一个控制电路和一个存储装置。由于典型的应答器是公知的，故这里不再赘述。在美国专利5,196,846中描述了典型的应答机的例子。然而，本发明也可以采用其它应答器来实施。存储装置的数据容量根据给定应用的尺寸和造价的限制而定。目前的数据容量范围为1比特到数千比特。控制装置读出存储在存储装置中的数据，以提供一个信号，由接收机/发射机单元传送。该信号可以采用诸如二进制的相移键控BPSK之类的调制方式来提供。控制电路还可以翻译由接收机/发射机单元所收到的信号，同时根据该信号可以将数据写入存储装置。
为了通信，应答器104必须位于询问器102的覆盖区之内。覆盖区由工作频率、发送功率以及询问器102和应答器104所采用的天线来确定。覆盖区的范围可以为几毫米到数百米。
多个询问帧106和多个应答帧114中的每一帧包括初始化序列(INIT)108和116，至少一个第一预定长度的信息序列(INFO)110和118以及每个信息序列的第二预定长度的检验序列(CHECK)112和120。初始化序列通常包括一个点序列，用于接收时钟定时和同步模式，以建立数据配位和确定数据极性。为了区分询问器帧与应答器帧，询问器帧和应答器帧应具有不同的同步模式。这样可以防止一个应答器与另一应答器的无意识的通信。
一旦发送一个初始化序列，便可以发送任何数目的信息序列，每个信息序列之后跟有一个检验序列。为了确定一个序列的开始和另一序列的结束，各信息序列和各检验序列的长度应预先确定。当收到相应的检验序列后便可检验每个信息序列。优选的检验序列是从信息序列计算出的一种循环冗余检验序列。由执行检错和纠错的检验序列提供附加的可靠性。优选的信息序列的长度是17，优选的检验序列的长度是8。
图2以标号200示出按照本发明的采用询问器提供可靠通信协议的方法的优选实施例步骤的流程图。在步骤202，询问器一启动就发送一个询问帧，并在步骤204等待一个询问确认帧。如果没有检测到任何询问确认帧，则在步骤202，询问器发送另一个询问帧。如果检测到询问确认帧，则在步骤206询问器发送一个命令帧，并在步骤208等待一个读命令确认。当命令帧是一个读命令帧时，命令确认帧包含应答器上存储的数据。当命令帧是一个写命令帧时，命令确认帧可以与该询问确认帧相同。如果在步骤205检测到一个命令确认帧，则在步骤210通信结束，并且在步骤202通过发送另一个询问帧来重新建立该通信链路。如果没有检测到命令确认帧，则在步骤202询问器发送另一个询问帧。
图3以标号300示出按照本发明的采用应答器提供可靠通信协议的方法的优选实施例步骤的流程图。当应答器处于覆盖区内并且一旦被启动，使在步骤302监视一个询问帧是否检测到。如果未检测到任何询问，则继续监视。如果检测到了询问，则在步骤304应答器发送询问确认帧，并在步骤306等待一个命令。如果在步骤306检测到一个命令，则应答器的内存单元中的数据通常被存取，并在步骤308发送一个命令确认帧，之后应答器在步骤302继续监视询问帧。如果未检测到命令，则应答器在步骤302继续监视询问帧。
图4以标号为400示出按照本发明的一个写协议的优选实施例的示意图。来自询问器402的已发送信号在时间上包含至少一个询问帧406和一个写命令帧410。来自应答器404的已发送信号在时间上包含至少两个确认帧408和412。当应答器由询问器供电时，一个能量信号在来自该询问器402的信号内连续地发送。
询问帧406一直重复到应答器发送第一个确认帧408时为止。这建立了一个通信链路，并且该询问器发送一个写命令帧410，这由第二个确认帧412来响应。
图5以标号为500示出按照本发明的一个读协议的优选实施例的示意图。来自询问器502的已发送信号在时间上包含至少一个询问帧506和一个读出确认帧512。当应答器由询问器供电源时，一个能量信号来自该询问器502的信号内连续地发送。
询问帧506一直重复到应答器发送第一个确认帧508为止。这建立一个通信链路，并且该询问器发送一个读命令510，这由应答读确认帧512来响应。
图6以标号600示出按照本发明的询问帧的优选实施例的示意图。该询问帧包含具有点模式序列和同步模式的一个初始化序列602至少一个信息序列604和至少一个检验序列606。询问帧的第一信息序列604包含一个应答器组类型和一个帧识别符(ID)。
应答器组类型识别组、分类或卖主。典型的组类型有16比特长。帧识别符把询问与命令区分开。一种典型的询问帧的帧识别符是设定为1的单一比特。
图7以标号为700示出按照本发明的一个读命令帧的优选实施例的示意图。读命令帧包含具有点横式和同步模式的一个初始化序列702、至少一个信息序列704和至少一个检验序列706。读命令帧的第一个信息序列704包含命令类型、指针和帧识别符(ID)。
命令类型标识由应答器采取的动作。将读命令标识为从存储器读出一个存储块，或标识为读到存储器的末尾。指针标识由应答器开始传送处的第一存储区。帧识别符标识该帧为命令。命令帧的典型帧识别符是设定为0的单一比特。
图8以标号800示出按照本发明的写命令帧的优选实施例的示意图。读命令帧具有点模式和同步模式的一个初始化序列802、至少两个信息序列804和808以及至少两个检验序列806和810。第一信息序列804包含命令类型、指针和帧识别符(ID)。第二信息序列808及其后面的每个信息序列包含在应答器上存储的一个数据串和记录识别符的末尾。
在图8中，命令类型标识该帧为一个写命令。指针标识将数据存储在应答器上的第一存储区位置。当有读命令时，帧识别符标识该帧为一个命令帧。命令帧的典型帧识别符是设定为0的单一比特。在第一信息序列之后接着发送要存储在应答器上的数据串。记录末尾(EOR)识别符是跟在每个数据串后的单一比特。在典型情况下，除了最后的EOR识别符设定为1来表示传送完成之外，所有的EOR识别符都设定为0。
图9以标号900示出按照本发明的询问确认帧的优选实施例的示意图。
在图9中，读命令帧包含具有点模式和同步模式的一个初始化序列902、至少两个信息序列904和908以及至少两个检验序列906和910。第一信息序列904包含一个独特应答器码或用户ID和一个帧识别符(ID)，而第二信息序列包含一个应答器组态识别符(config)和一个锁定识别符(ID)。
用户ID对每个应答器均为独特的，并永久地存储在存储器中。用户ID的长度由应用中应答器的数目来确定。在典型情况下，用户ID比信息序列的预定长度长些，并且须占用一个以上的信息序列。帧识别符预示什么类型的帧正被确认。询问确认帧的典型帧识别符是设定为1的单一比特。应答器组态识别符标识诸如数据容量之类的标记的特性。锁定识别符标识哪个字锁定在存储器中。
图10以标号为1000示出按照本发明的读确认帧的优选实施例的示意图。读命令帧包含具有点模式和同步模式的一个初始化序列1002。至少两个信息序列1004和1008以及至少两个检验序列1006和1010。第一信息序列1004包含一个独特应答器码和一个帧识别符，而第二信息序列及其之后的每个信息序列包含一个存储在应答器上的数据串和一个记录末尾识别符。
用户ID对于每个特定类型的应答器是独特的，并存储在存储器中。用户ID的长度由应用中应答器的数目来确定。典型情况下，用户ID比信息序列的预定长度长些，并须占用一个以上的信息序列。帧识别符预示什么类型的帧正被确认。读确认帧的典型帧识别符是设定为0的单一比特。在第一信息序列之后接着发送存储在应答器上的数据字串。记录末尾(EOR)识别符是跟在每一数据串后面的单一比特。除了最后的EOR识别符设定为1表示传送完成之外，所有的EOR识别符都设置为0。
图11以标号1100示出按照本发明的写确认帧的优选实施例的示意图。写命令帧包具有点模式和同步模式的一个初始化序列1102、至少两个信息序列1104和1108以及至少两个检验序列1106和1110。第一信息序列1104包含一个独特的应答器码(用户ID)和一个帧识别符(ID)，而第二信息序列1108包含一个应答器组态识别符。
写确认帧1100可以与询问确认帧900相同。用户ID对于每个应答器是独特的，并永久地存储在存储器中。用户ID的长度由应用中应答器的数目来确定。在典型的情况下，用户ID比信息序列的预定长度长些，并须占用一个以上的信息序列。帧识别符预示什么类型的帧正被确认。由于写确认帧1100可以与询问确认帧900相同，写确认帧和典型帧识别符是设定为1的单一比特。应答器组态识别符标识诸如数据容量之类的标记的特性。锁定识别符表示哪个字锁定在存储器中。
图12以标号1200示出按照本发明的提供可靠通信协议的方法的优选实施例步骤的流程图。射频识别系统包括一个询问器和一个应答器。为了起始通信，第一步骤1202是从询问器向应答器发送一个询问帧。询问帧标识预期在询问器覆盖区内的应答器类型。一个类型可以标识一个制造厂商、一项与应答器有关的条款、或任何可能干扰正常工作的其它差别。询问帧一直被发送，直到步骤1210具有规定类型的应答器作为一个整体接收到询问帧为止。下一步骤1204从应答器向询问器发送一个询问证实帧。如果在步骤1212由询问器收到作为整体的询问确认帧，则下一步骤1216由询问器向应答器发送一个命令帧。如果在步骤1214命令帧作为一个整体被收到，则最后步骤1208由应答器向询问器发送一个命令确认帧。每帧均包含一个初始化序列、至少一个第一预定长度的信息序列和一个用于每一信息序列的第二预定长度的检验序列。如果在步骤1210、1212和1214任何帧作为整体未被收到，或根据检验序列判定为非正确地被接收，则在步骤1202该协议通过从询问器发送另一个询问帧而重新开始。
利用本发明的协议，一种可靠的协议能在应答器与询问器之间实现。这个协议允许询问器以很低的差错率或伪交易通过空中存取应答器的存储器单元。可靠性对于需要货币交易的各种读/写应用尤其重要。
尽管上文描述了示例性的实施例，但很显然，对于本领域的技术人员可在不违背本发明的条件下可以作出许多的变更和。修改据此，意旨将所有这些变更和修改都包括在所附的权利要求书中规定的本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种用于在射频识别系统中提供可靠通信协议的方法，其特征在于，该方法包括以下项中的至少一项(1A)询问是通过(1A1)发送一个询问帧，该帧具有一个初始化序列、至少一个第一预定长度的信息序列和每个信息序列的第二预定长度的一个检验序列；(1A2)接收一个询问确认帧，该帧具有一个初始化序列、至少一个第一预定长度的信息序列和每个信息序列的第二预定长度的一个检验序列；(1A3)发送一个命令帧，该帧具有一个初始化序列、至少一个第一预定长度的信息序列和每个信息序列的第二预定长度的一个检验序列；及(1A4)接收一个命令确认帧，该帧具有一个初始化序列、至少一个第一预定长度的信息序列和每个一信息序列的第二预定长度的检验序列；及(1B)应答是通过(1B1)接收该询问帧，该帧具有一个初始化序列、至少一个第一预定长度的信息序列和每个信息序列的第二预定长度的一个检验序列；(1B2)发送该询问确认帧，该帧具有一个初始化序列、至少一个第一预定长度的信息序列和每个信息序列的第二预定长度的一个检验序列；(1B3)接收该命令帧，该帧具有一个初始化序列、至少一个第一预定长度的信息序列和每个信息序列的第二预定长度的一个检验序列；及(1B4)发送该命令确认帧，该帧具有一个初始化序列、至少一个第一预定长度的信息序列和每个信息序列的第二预定长度的一个检验序列。
2.权利要求1的方法，其特征在于，2A～2H中至少一项(2A)当由任一检验序列检测出差错时便使该方法终止；(2B)一个检验序列为一个纠错码；(2C)一个初始化序列包括一个点序列，用于恢复时钟定时，及一个同步模式，用于建立数据配位并确定数据极性，在选择时，其中询问时所发送的同步模式不同于应答时发送的同步模式；(2D)第一预定长度为17；(2E)第二预定长度为8；(2F)检验序列为循环冗余检验序列；(2G)询问帧的第一信息序列包括一个应答器组类型和一个帧识别符；及(2H)询问确认帧包括至少两个信息序列，其中第一信息序列包括独特应答器码和帧识别器，第二信息序列包括应答器配置识别符和锁闭识别符。
3.权利要求1的方法，其特征在于，命令帧为一个读命令帧；选择时包括3A～3B的至少一项(3A)读命令帧的第一信息序列包括命令类型、指针和帧识别符；及(3B)命令确认帧为响应读确认帧的一个读确认帧，在进行进一步选择时，其中读确认帧包含至少两个信息序列，其中第一信息序列包含一个独特应答器码和一个帧识别符，第一信息序列之后的每个信息序列包括一个数据串和一个记录末尾识别符。
4.权利要求1的方法，其特征在于，命令帧为一个写命令帧，在进行选择时，其中有4A～4B的至少一项(4A)写命令帧包含至少两个信息序列，其中第一信息序列包括一个命令类型、一个指针和一个帧识别符，第一信息序列之后的每个信息序列包括在一个数据串和一个记录末尾识别符；及(4B)命令确认帧是响应于写命令帧的一个写确认帧，并在进一步选择时，其中写确认帧包括至少两个信息序列，其中第一信息序列包括一个独特应答器码和一个帧识别符，第二信息序列包括一个应答器组态识别符和一个锁定识别符。
5.一种在具有询问器和应答器的射频识别系统中，提供可靠通信协议的方法，其特征在于，该方法包括(5A)从询问器向应答器发送一个询问帧，该帧具有一个初始化序列、至少一个第一预定长度的信息序列和每个信息序列的第二预定长度的一个检验序列；(5B)从应答器向询问器发送一个询问确认帧，该帧具有一个初始化序列，至少一个第一预定长度的信息序列和每个信息序列的第二预定长度的一个检验序列；(5C)从询问器向应答器发送一个命令帧，该帧具有一个初始化序列、至少一个第一预定长度的信息序列和每个信息序列的第二预定长度的一个检验序列；及(5D)从应答器向询问器发送一个命令确认帧，该帧具有一个初始化序列、至少一个第一预定长度的信息序列和每个信息序列的第二预定长度的一个检验序列。
6.一种提供可靠通信协议的射频识别系统，其特征在于，包括一个询问器，具有覆盖区，用于发送多个询问器和接收多个应答器帧中的至少一帧，其中多个询问器帧和多个应答器帧中的每帧包括一个初始化序列、至少一个第一预定长度的信息序列，和每个信息帧序列的第二预定长度的一个检验帧；及一个应答器，具有覆盖区，用于发送多个应答帧和接收至少多个询问帧中的一帧。
7.权利要求6的射频识别系统，其特征在于，7A～7D中的至少一项(7A)该初始化序列包含一个点序列，用于恢复时钟定时；及一个同步模式，用于建立同步模式，并确定数据极性，在选择时，其中询问器帧与应答器帧具有不同的同步模式；(7B)第一预定长度为17；(7C)第二预定长度为8；(7D)检验序列从每一信息序列计算出的一种循环冗余检验序列。
8.权利要求6的射频识别系统，其特征在于，询问器帧为一个询问帧，在选择时，有8A～8B中的一项(8A)询问帧的第一信息序列包括应答器组的类型和帧识别符；及(8B)应答器帧为响应于询问帧的一个询问确认帧，在进一步选择时，询问确认帧包括至少两个信息序列，其中第一信息序列包括一个独特应答器码和一个帧识别符，第二信息序列包括应答器组态识别符和一个锁定识别符。
9.权利要求6的射频识别系统，其特征在于，询问器帧为一个读命令帧，在选择时，有9A和9B中的一项(9A)读命令帧的第一信息序列包含一个命令类型、一个指针和一个帧识别符；及(9B)应答器帧为响应于读命令帧的一个读确认帧，在进一步选择时，读确认帧包括至少两个信息序列，其中第一信息序列包括一个独特应答器码和一个帧识别符，在第一帧序列之后的每个信息序列包括存储在应答器上的数据串和一个记录识别符末尾。
10.权利要求6的射频识别系统，其特征在于，询问器帧为一个写命令帧，在选择时，具有10A～10B中的一项(10A)写命令帧包括至少两个信息序列，其中第一信息序列包括一个命令类型、一个指针和一个帧识别符，在第一信息序列之后的每个信息序列包括存储在应答器上存储的数据串和一个记录末尾识别符；及(10B)应答器帧是响应于写命令的一个写确认帧，凡在进一步选择时，其中第一信息序列包括应答器组态识别符和一个锁定识别符。
全文摘要
由一个射频识别系统提供可靠通信，该射频识别系统包括至少一个询问器(102)和一个应答器(104)。该询问器(102)发送多个询问器帧(106)和接收多个应答器帧(114)的至少一帧。应答器(114)发送多个应答器帧(114)和接收多个询问器帧(106)中的至少一帧。多个询问器帧和多个应答器帧中的每帧包含一个初始化序列(108和116)、至少一个第一预定长度的信息序列(110和118)和每个信息序列的第二预定长度(112和120)的一个检验序列。
文档编号G06K7/00GK1148456SQ96190178
公开日1997年4月23日 申请日期1996年1月11日 优先权日1995年3月13日
发明者托马斯·约瑟夫·沃尔泽克, 多那尔多·博那德·莱莫塞尔 申请人:摩托罗拉公司