专利名称：一种射频识别路由器及射频识别网络系统的制作方法
技术领域：
本发明属于信息电子领域，具体地说，涉及一种射频识别路由器及及射频识别网
络系统。
背景技术：
射频识别英文简称RFID (Radio Frequency Identification)，是一种利用射频技 术实现的非接触式自动识别技术。它可以实现电子标签的快速读写，其设备具有体积小、形 状可定制、使用寿命长、可重复使用、存储容量大、能穿透非导电性材料等特点，并且可以实 现多目标识别和移动目标识别，通过与互联网技术的结合可以实现全球范围内物品的跟踪 与信息的共享。射频识别技术用于物流、制造与服务等行业可以大幅提高企业的管理和运 作效率，并降低流通成本；用于身份识别、资产管理等领域则可以实现快速批量的识别和定 位，并根据需要进行长期跟踪管理。随着技术的进一步完善和应用的广泛推进，射频识别产 品成本将迅速降低，其带动的产业链将成为一个新兴的高技术产业群，基于射频识别技术 的支撑环境建设也将对提升社会信息化水平、促进经济可持续发展、提高人民生活质量、加 强公共安全与国防安全等产生广泛的影响。读写器作为射频识别信息采集系统中的主要部 件，在射频识别系统以及后台网络管理中都起到了关键的作用。 现有的发展趋势和很多分析表明，射频识别读写器将会很容易的成为世界上用的
最密集的网络设备之一。读写器技术的发展迅速，根据各种不同的应用场景，各种厂商生产 的读写器有很大不同，出现了多种多样的不同类型的读写器，如固定读写器、手持读写器、
嵌入式读写器等。各个读写器的处理能力、通讯协议、网络控制接口及数据接口均不同，这
样多种不同类型的读写器便构成了实际应用系统中常见的异构读写器网络。 现实应用的射频识别系统根据不同的需求，需要不同的标签、不同的读写器，不仅
产品的型号不同，生产厂商也可能不一样，这需要应用系统必须是异构平台。目前国内外的
射频识别的应用中，从前端数据的采集，到与后端业务系统的连接，大多是采用定制化软件
开发的方式。 一旦前端标签种类增加，或是后端业务系统有所变化，都需要重新编写程序，
开发效率低、维护成本高等相关问题就会接踵而来。 一些解决方法，如可编程逻辑控制器
(PLC)与读写器融合，减少PLC控制读写器的难度，不能有效解决普遍性的射频识别应用，
特别是射频识别设备的网络应用。而随着射频识别技术的广泛应用，由多个读写器组成的
射频识别网络越来越普遍地出现在各种实际应用系统中，射频识别网络的规模也是越来越大。 异构平台一定要把不同厂商的读写器产品集成在一起，而且连接在异构平台上的 读写器产品可能随着应用而改变，因而需要不同的软件开发支持，实际上在很多场合下应
用多个不同读写器会遇到很多问题。多个读写器组成射频识别网络的问题凸现出来。随着 射频识别应用的不断深入，射频识别网络已经从传统的单一的读写器到多种读写器相结合 的射频识别网络架构。多个读写器构成的射频识别网络的引入，也提出了许多新的挑战，其 中读写器的有效组网和多读写器管理是其中的核心问题。所谓的读写器组网，指的是多个读写器共同构成读写器网络，相互之间进行数据传递和交互；多读写器管理，是指对网络中 的所有或者部分读写器进行配置和管理，使读写器能够协同工作。
发明内容
本发明的目的是提出射频识别网络节点即射频识别路由器的实现方法，实现射频 识别设备特别是读写器的动态组网，满足企业多个异构读写器大规模射频识别网络的应 用，为此，本发明提供一种射频识别路由器及射频识别网络系统。 为达成所述目的，本发明的第一方面，提供一种射频识别路由器，含有网络控制 接口、路由管理单元、通路设置单元、数据存储单元、数据处理单元、多读写器管理单元和读 写器接口 ；网络控制接口与射频识别网络连接，网络控制接口接收射频识别网络数据，并通 过网络控制接口发送射频网络数据到射频识别网络；网络控制接口的另一端分别连接路由 管理单元和通路设置单元，路由管理单元根据地址对网络控制接口接收的射频网络数据进 行正确的路径查找和转发；路由管理单元控制通路设置单元对网络控制接口中的通路进行 关闭或者导通；数据处理单元一端连接路由管理单元，数据处理单元另一端与多读写器管 理单元进行连接，数据处理单元对路由管理单元接收的射频网络数据和多读写器管理单元 接收的读写器数据进行处理，数据处理单元是路由管理单元和多读写器管理单元的数据处
理中心和交换通道；数据存储单元与数据处理单元连接，数据存储单元存储地址的路径表，
暂时或永久存储数据处理单元发送的各种数据；读写器接口与多读写器管理单元连接，多
读写器管理单元通过读写器接口发送命令给读写器，接收外部读写器返回的数据。 为达成所述目的，本发明的第二方面，提供一种射频网络系统，该系统由主机、读
写器、射频识别路由器构成，其中至少包括一个主机，一个读写器和一个射频识别路由器；
主机是网络系统的主控制器，有一个或者多个，主机连接到射频识别路由器，射频识别路由
器连接到其他射频识别路由器或者是主机，一个射频识别路由器连接的其他射频识别路由
器或者主机可以是一个或者多个；射频识别网络系统的通信由主机发起，主机发送一定格
式的数据到射频识别路由器，射频识别路由器接收主机数据，根据数据的地址判断是否发
给本身的数据，是则接收，否则根据地址路径表转发到连接的其他射频识别路由器或者主
机；多个读写器连接到射频识别路由器，多个读写器接收射频识别路由器发送的命令数据；
并将执行结果返回给射频识别路由器。 本发明有益效果是1、提出了射频识别网络节点即射频识别路由器的实现方法， 提出了一种射频识别网络系统，实现了射频识别设备的动态组网，满足企业多个异构读写 器大规模射频识别网络的应用。2、互联网普及的今天，企业可以通过互联网及时的交互数
据，但与互联网相比，读写器组网具有自己的很多特点，尤其体现在多个读写器的密集应用 和多个读写器管理方面，本发明的射频识别路由器同时作为网络部件和读写器控制部件，
满足组网需要，同时实现了多读写器统一管理。3、对每个射频识别路由器和每个读写器分 配唯一编码，用于网络中标识，构成地址路径表，简单可行并且可以与现有网络连接，满足 企业的高层应用。
图1是射频识别路由器及其具体实现示意图。
图2是射频识别网络系统结构示意图。
图3是射频识别路由器典型工作方法示意图。
具体实施例方式
下面结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问题。应指出的是， 所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
在企业应用不断扩大的同时，多种读写器的应用、大规模读写器应用已经成为了 普遍趋势，多种读写器的应用组成了异构射频识别网络系统，本发明提出的一种射频识别 路由器3及射频识别网络系统l，在射频识别网络架构下，射频识别路由器3作为射频识别 组网设备的基本部件，实现了射频识别设备的动态组网和读写器网络管理。为了实现对多 读写器4统一管理，对每个读写器4分配唯一编码，用于网络中读写器4的标识，射频识别 路由器3具有和读写器4统一格式的地址编码。射频识别路由器3内部具有数据存储单元 33，存储地址路径表、射频识别路由器3的本身地址和射频识别路由器3连接的多个读写器 4地址等信息，射频识别路由器3通过网络控制接口 31连接其他的射频识别路由器3或者 是主机2组成射频识别网络系统l，通过规定的固定帧格式，实现射频识别网络系统1的数 据传递，数据的流经的途径包括读写器4和主机2之间的数据传递、读写器4与读写器4之 间的数据传递，由于读写器的数据格式不都是相同的，所以需要数据处理单元34进行数据 处理，完成射频识别网络数据和读写器数据的交互。射频识别路由器3同时利用多读写器 管理单元35实现多个读写器4的协作管理，读取读写器4的配置、控制单个或者多个读写 器4的动作，并将结果存储。 所述地址是射频识别路由器3与读写器4具有的各自不同地址编码，射频识别路 由器3具有本身的唯一地址编码，读写器4也具有本身的唯一地址编码；而射频识别路由器 3和读写器4的地址编码为统一格式。 所述射频识别路由器3本身的地址和射频识别路由器3连接的多个读写器4的地 址分别单独存储在数据存储单元33的各自子单元中。 所述地址路径表是依据读写器4地址建立的路径表，地址路径表的内容是读写器 4地址对应着要转发的射频识别路由器3地址，地址路径表指出需要转发的数据要到达的 下一个射频识别路由器3地址，如果是发给本射频识别路由器3的数据，不转发直接收。
读写器接口 36是有线数据接口 ，或是无线数据接口 ；所述有线数据接口是RS232 接口 、 RS485接口 、 USB接口 、以太网接口 ，所述无线数据接口是无线局域网接口 、红外接口 、 GSM接口，所述的这些接口可以同时混合使用；读写器接口 36连接一个读写器4或连接多 个读写器4。 网络控制接口 31是以太网接口，或是现场总线接口，所述现场总线接口是CAN接 口、Profibus-DP接口。 射频识别网络传输的数据具有固定的帧格式， 一个帧至少包括源地址、目的地址、 数据部分和校验部分组成，源地址和目标地址只包括读写器4的地址，或者是读写器4的地 址和射频识别路由器3的地址两部分。 读写器接口 36也可以扩展为射频识别设备接口，能够连接包括读写器4、传感器、 条形码阅读器12或者是打印机等射频识别现场常用设备。这些设备与读写器4共同连接到射频识别路由器3，由射频识别路由器3统一管理。相应的，多读写器管理单元35扩展为 射频识别设备管理单元。 网络控制接口 31用于射频识别路由器3之间连接，射频识别路由器3与主机2之 间连接，网络控制接口 31可以采取现有的接口方式，如以太网接口 ，或者是CAN总线接口 。 需要说明的是这里仅是指出连接的端口 ，但在实现中应该是包括完成通信的所有部分，如 CAN总线接口 ，实现时应该是具有CAN总线通信功能的整体电路，通常是由物理端口 ， CAN收 发芯片以及外围电路组成。同样，这里的以太网口用于代表现在的局域网接口，如一个典型 电路为RJ45端口座、隔离变压器、和网络收发芯片以及外围电路组成。网络控制接口 31可 以是一种接口 ，如都是以太网接口 ，或者是几种网络接口混合使用，如以太网接口和CAN总 线接口同时存在，用于以太网和CAN网络互联。网络控制接口 31不仅仅局限于上述的少数 几种网络接口，应该包括现有的总线接口，实现时可以根据不同的场景需要选择合适的网 络接口。 射频识别网络采用层次编码方案，射频识别网络数据中的地址部分包括射频识别 路由器3的地址和读写器4的地址， 一个较为简单的方案是将地址分为两个部分，前一部分 是射频识别路由器3的地址，后一部分是读写器4的地址。当然作为一个可选方案，用户也 可以只使用读写器4的地址作为地址部分。 本发明提出的射频识别路由器3是射频识别网络应用场景下的一个网络节点，射 频识别路由器3作为网络节点是本发明的主要内容。但是注意到应用场景中多个射频识别 路由器3连接构成射频识别网络系统1 ，射频识别网络系统1的结构和网络数据格式和转发 方式也是本发明阐述的内容。射频识别网络的组成包括射频识别路由器3、读写器4和主机 2，射频识别网络数据的转发可以采取直接转发或者存储转发的方式。 本发明射频识别路由器3的读写器接口 36能够支持所有类型的读写器，包括低 频、高频、超高频等。 本发明的多读写器管理功能是整个网络的读写器网络管理，采用两层架构进行多 读写器管理，首先是网络层，即在射频识别路由器3之间以及射频识别路由器3和主机2之 间的数据传递，传递的为固定帧格式的数据，便于统一管理，主机2的上层应用可以针对具 体读写器4进行操作，如设置一个读写器4的射频参数，也可以针对射频识别路由器3发布 命令，如读取一个射频识别路由器3范围内的电子标签，此时数据帧中读写器地址部分为 一个特定的没有实际物理意义的地址，即对一个射频识别路由器3连接的所有读写器4进 行操作，其次是射频识别路由器层，指的是射频识别路由器3与连接的读写器4之间的数据 传递，射频识别路由器3接收射频识别网络命令，进行解析判断，转换为读写器4通信的数 据格式，控制连接的具体读写器4进行具体操作，即射频识别路由器3与读写器4交互的数 据，针对不同的读写器4具有不同的格式。这里单个读写器管理单元35包括对读写器4的 所有操作，包括读写器4工作参数如射频功率等的配置和读取、数据的读取和写入等。
本发明射频识别网络数据帧的设计在射频识别网络系统1中传输的数据帧应该 具有统一的格式，首先因为需要寻找合适的路径，并且返回结果，所以数据应该含有目的地 址和源地址，这个地址在射频识别路由器3有存储，射频识别路由器3存储的应该是完全的 整个网络的路由表，或者下一个要传送的射频识别路由器3的地址，保证能够找到目的地。 再就是需要有一定的校验方法保证数据传输准确无误，另外同时具有足够容量的数据区用
7于大量射频识别事件的传输。 图1是射频识别路由器3及其具体实现示意图，包括网络控制接口 31、路由管理 单元32、数据存储单元33、数据处理单元34、多读写器管理单元35、读写器接口 36和通路 设置单元37。 射频识别路由器3在连接到射频识别网络系统1时由主机2自动或者是用户手动 分配唯一地址编码。读写器4通过读写器接口 36连接到射频识别路由器3时，多读写器管 理单元36发现读写器4接入，并发送数据到路由管理单元32，路由管理单元32分配给读写 器4唯一地址编码，读写器4的地址也可以用户设定。射频识别路由器3通过路由管理单 元32判断从网络控制接口 31接收的数据地址，如果判定地址是射频识别路由器3自身地 址或者是通过读写器接口 36连接的读写器4的地址，则将数据发送给数据处理单元34，如 果判定地址是其他射频识别路由器3或者其他射频识别路由器3上的读写器4地址，则路 由管理单元32根据数据存储单元33中的地址路径表，控制通路设置单元37，通过网络控制 接口 31转发给地址路径表中连接的最近射频识别路由器3或者主机2。由数据处理单元 34解析路由管理单元32接收到的命令数据并控制具体读写器4工作。多读写器管理单元 36对多个连接的读写器4进行统一管理，比如过滤多个读写器4同时读取的某个电子标签 数据或者控制具体读写器4对某个电子标签进行写入操作。同时主机2可以通过射频识别 网络系统1具体针对某一个读写器4进行控制。读写器4连续工作时数据量较大，可以存 储于数据存储单元33中，等待查询或者上传。 图2是射频识别网络系统1结构示意图。图中为射频识别网络系统1包括主机2、 射频识别路由器3和读写器4。主机2是企业内部具有较强管理功能和处理功能的服务器， 用来管理企业内部整个射频识别网络。射频识别网络系统1中根据需要可以有一个或者多 个射频识别路由器3，同时连接的读写器4也可以根据场景不同采取不同的读写器4，所述 读写器接口 36并不单独针对读写器4本身，而是一个射频识别设备接口 ，可以连接条形码 读写器12或者是打印机等和读写器4配合的设备，需要指出的是射频识别路由器3并不具 有整个网络的管理功能，射频识别路由器3的功能是所述的路径查找以及管理连接的多个 读写器4，所以系统需要有至少一台主机2统一管理整个射频识别网络系统1。如一个典型 的连接方式是通过以太网连接，使用IP地址作为读写器4和射频识别路由器3唯一编码地 址，在每个读写器4和射频识别路由器3中配备以太网电路进行联网以及数据传输。
图3为射频识别路由器典型工作方法示意图。这里的方法用流程图的形式表示， 本领域技术人员应当明白和理解，方法可表示为一系列的动作和状态。
步骤301 :射频识别路由器开始工作； 步骤302 :射频识别路由器3接收到射频识别网络系统1的网络数据，这里的网络 数据是主机2直接发送的。 步骤303 :射频识别路由器3根据数据中的地址判断是否为自身数据，这里的判断 可以采用硬件实现，也可以采用软件处理。如果是自身数据，则进入数据处理单元34。如果 不是则，根据路径表打包转发这个数据。 步骤304 :射频识别路由器3解析接收到的数据，然后判断为何种命令或者数据， 通过数据处理单元34转化为读写器4通信格式的命令数据发送给多读写器管理单元35 。如 命令可能是设置某个具体读写器4工作模式为不停读取数据，读到数据立即将数据返回。
步骤305 :射频识别路由器3具有多读写器管理单元35，即当读写器4连接到射频 识别路由器3时，射频识别路由器3即将读写器4纳入管理范围，多读写器管理单元35控 制连接的多个读写器4共同完成数据处理单元34发送的命令。 步骤306 :多读写器管理单元35接收电子标签读写器4的数据，并将结果进行基 本处理后发送给数据处理单元34 ;读写器4的执行结果返回给射频识别路由器3，数据处理 单元34根据初始命令的不同存储或者上传这些执行结果。 步骤307 :射频识别路由器3把需要发送的数据打包成射频识别网络1格式的数
据，并根据路径表发送这个数据。 步骤308 :射频识别路由器停止工作。 以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在 本发明的包含范围之内。
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权利要求
一种射频识别路由器，其特征在于，含有网络控制接口与射频识别网络连接，网络控制接口接收射频识别网络数据，并通过网络控制接口发送射频网络数据到射频识别网络；网络控制接口的另一端分别连接路由管理单元和通路设置单元，路由管理单元根据地址对网络控制接口接收的射频网络数据进行正确的路径查找和转发；路由管理单元控制通路设置单元对网络控制接口中的通路进行关闭或者导通；数据处理单元一端连接路由管理单元，数据处理单元另一端与多读写器管理单元进行连接，数据处理单元对路由管理单元接收的射频网络数据和多读写器管理单元接收的读写器数据进行处理，数据处理单元是路由管理单元和多读写器管理单元的数据处理中心和交换通道；数据存储单元与数据处理单元连接，数据存储单元存储地址的路径表，暂时或永久存储数据处理单元发送的各种数据；读写器接口与多读写器管理单元连接，多读写器管理单元通过读写器接口发送命令给读写器，接收外部读写器返回的数据。
2. 如权利要求1所述的射频识别路由器，其特征在于读写器接口是有线数据接口 ，或是无线数据接口 ；所述有线数据接口是RS232接口 、RS485接口 、USB接口 、以太网接口 ，所述无线数据接口是无线局域网接口 、红外接口 、GSM接口 ，所述的这些接口可以同时混合使用。
3. 如权利要求1所述的射频识别路由器，其特征在于网络控制接口是以太网接口 ，或是现场总线接口 ，所述现场总线接口是CAN接口 、 Prof ibus-DP接口 。
4. 一种射频网络系统，其特征在于，该系统由主机、读写器、射频识别路由器构成，其中至少包括一个主机， 一个读写器和一个射频识别路由器；主机是网络系统的主控制器，有一个或者多个，主机连接到射频识别路由器，射频识别路由器连接到其他射频识别路由器或者是主机，一个射频识别路由器连接的其他射频识别路由器或者主机可以是一个或者多个；射频识别网络系统的通信由主机发起，主机发送一定格式的数据到射频识别路由器，射频识别路由器接收主机数据，根据数据的地址判断是否发给本身的数据，是则接收，否则根据地址路径表转发到连接的其他射频识别路由器或者主机；多个读写器连接到射频识别路由器，多个读写器接收射频识别路由器发送的命令数据；并将执行结果返回给射频识别路由器。
5. 如权利要求4所述的射频网络系统，其特征在于，所述射频识别路由器，包括网络控制接口与射频识别网络连接，网络控制接口接收射频识别网络数据，并通过网络控制接口发送射频网络数据到射频识别网络；网络控制接口的另一端分别连接路由管理单元和通路设置单元，路由管理单元根据地址对网络控制接口接收的射频网络数据进行正确的路径查找和转发；路由管理单元控制通路设置单元对网络控制接口中的通路进行关闭或者导通；数据处理单元一端连接路由管理单元，数据处理单元另一端与多读写器管理单元进行连接，数据处理单元对路由管理单元接收的射频网络数据和多读写器管理单元的读写器数据进行处理，数据处理单元是路由管理单元和多读写器管理单元的数据处理中心和交换通道；数据存储单元与数据处理单元连接，数据存储单元存储地址路径表，暂时或永久存储 数据处理单元发送的各种数据；读写器接口 一端连接多个读写器，读写器接口另一端连接多读写器管理单元，多读写 器管理单元通过读写器接口发送命令给连接的多个读写器，并接收多个读写器的返回数 据。
6. 如权利要求4所述的射频网络系统，其特征在于所述地址是射频识别路由器与读 写器具有的各自不同地址编码，射频识别路由器具有本身的唯一地址编码，读写器也具有 本身的唯一地址编码；而射频识别路由器和读写器的地址编码为统一格式。
7. 如权利要求4所述的射频网络系统，其特征在于所述射频识别路由器本身的地址 和射频识别路由器连接的多个读写器的地址分别单独存储在数据存储单元的各自子单元 中。
8. 如权利要求4所述的射频网络系统，其特征在于所述地址路径表是依据读写器地 址建立的路径表，地址路径表指出需要转发的数据要到达的下一个射频识别路由器地址。
9. 如权利要求4所述的射频网络系统，其特征在于读写器接口是有线数据接口，或是 无线数据接口 ；所述有线数据接口是RS232接口、 RS485接口、 USB接口、以太网接口，所述 无线数据接口是无线局域网接口 、红外接口 、GSM接口 ，所述的这些接口可以同时混合使用； 读写器接口连接一个读写器或连接多个读写器。
10. 如权利要求4所述的射频网络系统，其特征在于网络控制接口是以太网接口，或 是现场总线接口 ，所述现场总线接口是CAN接口 、 Prof ibus-DP接口 。
11. 如权利要求4所述的射频网络系统，其特征在于射频识别网络传输的数据具有固 定的帧格式， 一个帧至少包括源地址、目的地址、数据部分和校验部分组成，源地址和目标 地址只包括读写器地址，或者是读写器地址和射频识别路由器地址两部分。
全文摘要
本发明提出一种射频识别路由器及射频识别网络系统。射频识别路由器由网络控制接口、路由管理单元、通路设置单元、数据存储单元、数据处理单元、多读写器管理单元和读写器接口组成。射频识别路由器通过读写器接口连接多个读写器，射频识别路由器通过网络控制接口连接到其他射频识别路由器或者是主机组成射频识别网络。在射频识别网络中，通过对读写器和射频识别路由器分配层次编码确定唯一网络地址，射频识别路由器实现射频识别网络数据的转发，同时负责多个读写器的管理功能，完成读写器数据和射频识别网络数据的数据交换，解决企业内部大规模射频识别应用场景的组网和管理。
文档编号H04L12/56GK101753434SQ200910090129
公开日2010年6月23日 申请日期2009年7月29日 优先权日2009年7月29日
发明者刘怀达, 朱智源, 谭杰, 赵红胜 申请人:中国科学院自动化研究所