射频识别读取器、射频识别标签及识别标签的系统和方法

摘要

公开了一种射频识别(RFID)读取器、一种RFID标签和一种用于使用比特同步信号来识别标签的系统和方法。所述用于使用比特同步信号来识别标签的系统包括：RFID读取器，发送包括随机数产生界限的对于标签数据的发送请求信号、比特同步信号和无冲突比特的编号；和RFID标签，产生随机比特和随机数产生界限内的随机数，并对比特同步信号计数，并且如果计数的比特同步信号与产生的随机数一致，则根据所述随机比特发送响应信号，如果所述无冲突比特的编号与所述随机数一致，则将标签数据发送给RFID读取器。因而，可均匀地提供每个标签的识别时间，而不必考虑RFID标签的数量。

说明书

                         技术领域

本发明涉及一种射频识别(RFID)读取器、一种RFID标签以及一种用于使用比特同步信号来识别标签的系统和方法，更具体地讲，涉及一种RFID读取器、一种RFID标签和一种用于使用比特同步信号来识别标签的系统和方法，通过该系统和方法，使用比特同步信号来识别RFID标签。

                         背景技术

RFID技术是一种自动识别和数据捕捉(AIDC)技术，它使用射频(RF)信号以非接触式方式读取存储在具有嵌入的微芯片的标签中的数据。

RFID系统包括附在对象上的RFID标签和读取存储在RFID标签中的数据的RFID读取器。RFID标签包括微芯片和RF天线。对象的识别码和与该对象相关的数据被存储在微芯片中。RF天线无线地将数据发送到RFID读取器和从RFID读取器接收数据。

RFID系统提供用于识别RFID标签的两种类型的RFID读取器。一种类型的RFID读取器一次识别一个RFID标签。这种类型的RFID读取器可被用于货物在其上顺序移动的传送带。另一种类型的RFID读取器同时识别多个RFID标签。这种类型的RFID读取器可被用于货物保管和在店铺结账的货物。

在第二种RFID读取器中，由于多个RFID标签同时产生响应信号，所以响应信号之间可能会发生冲突。为了避免这种冲突，防冲突技术是必要的。在这方面，已研究了各种防冲突技术。目前采用的防冲突技术包括ALOHA型防冲突技术和二进制型防冲突技术。ALOHA型防冲突技术的问题在于：如果在包括在一个时隙(slot)中的仲裁阶段和识别阶段中频繁发生冲突，则处理速度变慢。ALOHA型防冲突技术的另一问题在于：即使在不同的时隙中的仲裁阶段和识别阶段中很少发生冲突，但是由于附加的仲裁阶段也会导致花费很长的时间。二进制型防冲突技术包括逐比特模式和二进制树模式。二进制型防冲突技术的问题在于：如果RFID标签的ID加长，则会花费很长的时间。虽然使用了ALOHA型防冲突技术或二进制型防冲突技术，但是难以识别存在于RFID读取器的无线电波范围中的RFID标签的数量。因此，通过随机的时隙数量来执行仲裁阶段。

在这种情况下，如果RFID标签的数量大于随机的时隙数量，则由于冲突可能导致过多的时耗。如果RFID标签的数量小于随机的时隙数量，则由于空白响应(blank response)可能导致过多的时耗。

                         发明内容

研究本发明是为了解决与传统布置有关的以上缺点和其它问题。本发明的一方面在于提供一种RFID读取器、一种RFID标签、一种用于使用比特同步信号来识别标签的系统和方法，通过该系统和方法，使用比特同步信号可更快地识别在RFID读取器的无线电波范围中的多个RFID标签。

根据本发明，通过提供一种使用比特同步信号的RFID读取器来基本实现前述和其它方面和优点，所述RFID读取器包括：读取器通信单元，将比特同步信号和包括随机数产生界限的对于标签数据的发送请求信号发送给外部标签，并接收从标签发送的响应信号和标签数据；响应信号计数单元，对接收的响应信号计数；和读取器控制单元，响应于响应信号计数单元的计数结果，控制通过读取器通信单元将具有一个响应信号的无冲突比特的编号发送给标签。

所述响应信号计数单元可将接收的响应信号划分为空白响应信号比特的编号、具有一个响应信号的无冲突比特的编号和具有至少两个响应信号的冲突比特的编号，并可对其各自的编号计数。

此外，如果空白响应信号比特的数量与随机数产生界限一致，则读取器控制单元可控制RFID读取器的操作以结束该操作。

此外，如果无冲突比特的数量是“0”且冲突比特的数量与随机数产生界限一致，则读取器控制单元可在预定范围内增加随机数产生界限，并且读取器通信单元可发送包括增加的随机数产生界限的发送请求信号。

在本发明的另一方面中，提供了一种使用比特同步信号的RFID标签，包括：标签通信单元，从外部RFID读取器接收包括随机数产生界限的对于标签数据的发送请求信号、比特同步信号和无冲突比特的编号；随机产生单元，如果接收到发送请求信号，则产生随机比特和随机数产生界限内的随机数；比特同步信号计数单元，对接收的比特同步信号计数；和标签控制单元，如果计数的比特同步信号与产生的随机数一致，则控制根据产生的随机比特发送响应信号，并且如果所述无冲突比特的编号与所述随机数一致，则发送标签数据。

所述RFID标签还可包括：模式转换单元，在发送标签数据之后，在标签控制单元的控制下，将当前模式转换成休眠模式。

在本发明的另一方面中，提供了一种使用比特同步信号来识别标签的系统，包括：RFID读取器，发送包括随机数产生界限的对于标签数据的发送请求信号、比特同步信号和无冲突比特的编号；和RFID标签，产生随机比特和随机数产生界限内的随机数，并对比特同步信号计数，如果计数的比特同步信号与产生的随机数一致，则根据所述随机比特发送响应信号，如果所述无冲突比特的编号与所述随机数一致，则将标签数据发送给RFID读取器。

在发送所述标签数据之后，RFID标签可将当前模式转换到休眠模式。

在本发明的另一方面中，提供了一种在包括标签和读取器的RFID系统中的使用比特同步信号来识别标签的方法，该方法包括：将比特同步信号和包括随机数产生界限的对于标签数据的发送请求信号从读取器发送到标签；通过标签产生随机比特和所述随机数产生界限内的随机数；通过标签对比特同步信号计数，如果计数的比特同步信号与产生的随机数一致，则根据所述随机比特将响应信号发送给读取器；通过读取器对响应信号计数，并根据计数结果，将具有一个响应信号的无冲突比特的编号发送给标签；和通过标签接收无冲突比特的编号，如果该无冲突比特的编号与所述随机数一致，则将标签数据发送给读取器。

所述对响应信号计数的步骤可包括：将响应信号划分为空白响应信号比特的编号、具有一个响应信号的无冲突比特的编号和具有至少两个响应信号的冲突比特的编号，以分别对这些编号计数。

此外，所述方法还可包括：在通过标签发送标签数据之后，将当前模式转换成休眠模式。

                         附图说明

通过参考附图对本发明的某些示例性实施例进行描述，本发明的以上方面和特征将更清楚，其中：

图1是示出根据本发明的使用比特同步信号来识别标签的系统的结构图；

图2是示出根据本发明的使用比特同步信号的RFID读取器的方框图；

图3是示出根据本发明的使用比特同步信号的RFID标签的方框图；

图4示出使用比特同步信号的RFID标签的响应结果；

图5是示出根据本发明的使用比特同步信号来识别标签的方法的流程图；和

图6是示出根据本发明的使用比特同步信号来识别标签的方法的效果的曲线图。

                        具体实施方式

将参考附图来更详细地描述本发明的某些示例性实施例。

图1是示出根据本发明示例性实施例的使用比特同步信号来识别标签的系统的结构图。

参考图1，根据本发明的使用比特同步信号来识别标签的系统包括RFID读取器100和多个RFID标签200。

RFID读取器100使用天线连续发射无线电波。从RFID读取器100发射的无线电波被发送到存在于该无线电波范围内的至少一个RFID标签200。此外，RFID读取器100固定在诸如蜂窝电话和个人数字助理(PDA)的无线电终端装置上，并且其位置随时改变。

在本发明的示例性实施例中，RFID读取器100通过天线将对于标签数据的发送请求信号、比特同步信号和无冲突比特的编号发送给RFID标签200，并从RFID标签200接收响应信号和标签数据。随后将参考图2更详细地描述RFID读取器100。

RFID标签200可固定在各种类型的对象上，并且其位置可随时间改变。如果RFID标签200位于从RFID读取器100发射的无线电波范围内，则RFID标签200接收从RFID读取器100发射的无线电波。

在本发明的示例性实施例中，RFID标签200基于从RFID读取器100发送的发送请求信号来产生随机数和随机比特。

此外，RFID标签200对从RFID读取器100发送的比特同步信号计数，将计数结果与所述随机数进行比较，并且如果计数结果与所述随机数一致，则根据所述随机比特发送响应信号。

此外，如果从RFID读取器100发送的无冲突比特的编号与所述随机数一致，则RFID标签200将标签数据发送给RFID读取器100。随后将参考图3更详细地描述RFID标签200。

图2是示出根据本发明示例性实施例的使用比特同步信号的RFID读取器的方框图。

参考图2，根据本发明示例性实施例的使用比特同步信号的RFID读取器100包括读取器通信单元110、响应信号计数单元120和读取器控制单元130。

读取器通信单元110将比特同步信号和包括随机数产生界限的对于标签数据的发送请求信号发送给RFID标签200，并从RFID标签200接收响应信号和标签数据以将其提供给读取器控制单元130。

响应信号计数单元120对通过读取器通信单元110接收的响应信号计数。在本发明的本示例性实施例中，响应信号计数单元120将通过读取器通信单元110接收的响应信号划分为空白响应信号比特的编号、具有一个响应信号的无冲突比特的编号和具有至少两个响应信号的冲突比特的编号，以分别对它们计数。

读取器控制单元130控制RFID读取器100的全部操作，并且还控制读取器通信单元110和响应信号计数单元120之间的信号输入和输出。

读取器控制单元130根据响应信号计数单元120的计数结果控制读取器通信单元110将具有一个响应信号的无冲突比特的编号发送给RFID标签200。

如果无冲突比特的数量是0且冲突比特的数量与随机数产生界限一致，则读取器控制单元130在预定范围内增加随机数的产生界限。然后，读取器控制单元130产生包括增加的随机数产生界限的发送请求信号，并控制读取器通信单元110将产生的发送请求信号发送给RFID标签200。

如果确定由响应信号计数单元120计数的空白响应信号比特的数量与随机数产生界限一致，即，如果由于所有的RFID标签200都不发送任何响应信号而导致空白响应信号比特的数量与随机数产生界限一致，则读取器控制单元130控制RFID读取器100停止RFID读取器100的操作。

图3是示出根据本发明示例性实施例的使用比特同步信号的RFID标签的方框图。

参考图3，RFID标签200包括标签通信单元210、随机产生单元220、比特同步信号计数单元230、模式转换单元240、存储器单元250和标签控制单元260。

标签通信单元210从RFID读取器100接收包括随机数产生界限的对于标签数据的发送请求信号、比特同步信号和无冲突比特的编号，并将发送请求信号、比特同步信号和无冲突比特的编号发送给标签控制单元260。

如果在标签控制单元260的控制下标签通信单元210到达来自RFID读取器100的对于标签数据的发送请求信号的发送时刻，则标签通信单元210将标签数据发送给RFID读取器100。

标签通信单元210可以是在传统标签中设置的天线。所述天线用来接收从RFID读取器100发送的信号或者发送从标签控制单元260产生的信号。所述天线可包括线圈。如果从RFID读取器100接收到无线电波，则所述天线产生感应电流，并将其提供给标签控制单元260。

如果通过标签通信单元210从RFID读取器100接收到对于标签数据的发送请求信号，则随机产生单元220产生包括在接收的发送请求信号中的随机数产生界限内的随机数，并且还产生随机比特“0”或“1”。

由随机产生单元220产生的随机数被用于确定标签对通过标签通信单元210从RFID读取器100接收的比特同步信号的响应时刻。

此外，由随机产生单元220产生的随机比特被用于确定标签在响应时刻的响应信号的类型。如果当根据所述随机比特发送不同类型的响应信号时不同响应信号之间发生冲突，则很容易检测到冲突已发生。

比特同步信号计数单元230对通过标签通信单元210从RFID读取器100接收的比特同步信号计数以确定标签的响应时刻。

模式转换单元240在标签控制单元260的控制下将RFID标签200的当前模式转换为预定模式。根据RFID标签200的类型，可由模式转换单元240转换的模式示例包括正常模式、休眠模式和备用模式。

存储器单元250可存储RFID标签200的操作所需的程序，还可存储将响应于RFID读取器100的发送请求信号被发送给RFID读取器100的标签数据。所述标签数据包括关于附有RFID标签200的产品(或标签拥有者)的各种信息，诸如产品指南、个人信息和/或标签ID。此外，由随机产生单元220产生的随机数和随机比特可被临时存储在存储器单元250中。

标签控制单元260控制RFID标签200的全部操作，并且还控制标签通信单元210、随机产生单元220、比特同步信号计数单元230、模式转换单元240和存储器单元250之间的信号输入和输出。

如果由比特同步信号计数单元230计数的比特同步信号与由随机产生单元220产生的随机数一致，则标签控制单元260控制标签通信单元210根据随机产生单元220产生的随机比特将响应信号发送给RFID读取器100。

如果通过标签通信单元210接收到的无冲突比特的编号与由随机产生单元220产生的随机数一致，则标签控制单元260提取存储在存储器单元250中的标签数据，并控制标签通信单元210将提取的标签数据发送给RFID读取器100。

在控制标签通信单元210将标签数据发送给RFID读取器100之后，标签控制单元260控制模式转换单元240将当前模式转换为不发送对于标签数据的发送请求信号的任何响应信号的休眠模式。

图4示出根据本发明示例性实施例的使用比特同步信号的RFID标签的响应结果。

如图2所示，RFID读取器100的响应信号计数单元120将通过读取器通信单元110接收的响应信号划分为空白响应信号比特的编号、具有一个响应信号的无冲突比特的编号和具有至少两个响应信号的冲突比特的编号，以分别对它们计数。

参考图4，根据示例性实施例，显示了分别由响应信号计数单元120计数的空白响应信号比特的编号、具有一个响应信号的无冲突比特的编号和具有至少两个响应信号的冲突比特的编号。在本发明的示例性实施例中，示例性地显示了存在于RFID读取器100的无线电波范围中的多个RFID标签200，即标签#1到标签#N。

根据示例性实施例，标签#1到标签#N具有由随机产生单元220产生的各自的随机数RN和各自的随机比特r。标签#1的随机数是“0”，它的随机比特是“1”。标签#2的随机数是“3”，它的随机比特是“1”。标签#3的随机数是“3”，它的随机比特是“0”。标签#4的随机数是“4”，它的随机比特是“0”。标签#5的随机数是“1”，它的随机比特是“1”。标签#6的随机数是“2”，它的随机比特是“0”。标签#N的随机数是“N”，它的随机比特是“0”。

如果通过RFID读取器100的读取器通信单元110将比特同步信号与仲裁开始(SOA)信号一起发送给RFID标签200，则RFID标签200通过比特同步信号计数单元230对比特同步信号计数，以当接收到与RFID标签200的随机数对应的比特同步信号时，发送RFID标签200的响应信号。RFID标签200发送其响应信号，直到从RFID读取器100发送仲裁结束(EOA)信号。

因而，当接收到第0比特同步信号时，标签#1发送响应信号“1”。当接收到第3比特同步信号时，标签#2发送响应信号“1”。当接收到第3比特同步信号时，标签#3发送响应信号“0”。当接收到第4比特同步信号时，标签#4发送响应信号“0”。当接收到第1比特同步信号时，标签#5发送响应信号“1”。当接收到第2比特同步信号时，标签#6发送响应信号“0”。当接收到第N比特同步信号时，标签#N发送响应信号“0”。

根据通过与第0比特同步信号对应的标签#1、与第4比特同步信号对应的标签#4、与第1比特同步信号对应的标签#5、与第2比特同步信号对应的标签#6和与第N比特同步信号对应的标签#N而获得的N1来确定具有一个响应信号的无冲突比特的数量。

根据在标签#1到标签#N之中没有响应的第(N-1)比特同步信号N0来确定空白响应信号比特的数量。

根据通过与第3比特同步信号对应的标签#2和标签#3而获得的NC来确定具有至少两个响应信号的冲突比特的数量。虽然标签#2和#3已同时发送响应信号，但是由于标签#2的随机比特是“1”而标签#3的随机比特是“0”，所以可容易地检测到已发生冲突。

图5是示出根据本发明示例性实施例的防冲突技术即使用比特同步信号来识别标签的方法的流程图。

RFID读取器100通过读取器通信单元100发送包括随机数产生界限的对于标签数据的发送请求信号和比特同步信号以从RFID标签200接收标签数据(S300)。

如果从RFID读取器100发送对于标签数据的发送请求信号和比特同步信号，则存在于RFID读取器100的无线电波范围中的多个RFID标签200接收该发送请求信号和比特同步信号。在这种情况下，每个RFID标签200通过随机产生单元220产生包括在发送请求信号中的随机数产生界限内的随机数，并且还产生随机比特“0”或“1”(S310)。

RFID标签200通过比特同步信号计数单元230对从RFID读取器100发送的比特同步信号计数。在接收到SOA信号之后，通过比特同步信号计数单元230对比特同步信号计数，直到RFID标签200接收到EOA信号(S320)。

RFID标签200的标签控制单元260确定由比特同步信号计数单元230计数的比特同步信号是否与由随机产生单元220产生的随机数一致(S330)。

在步骤S330中，如果所述比特同步信号与所述随机数一致，则标签控制单元260控制标签通信单元210将响应信号发送给RFID读取器100。标签通信单元210在标签控制单元260的控制下将响应信号发送给RFID读取器100(S340)。

通过RFID读取器100的读取器通信单元110接收从RFID标签200发送的响应信号。响应信号计数单元120将通过读取器通信单元110接收的响应信号划分为空白响应信号比特的编号、无冲突比特的编号和冲突比特的编号，然后对它们计数(S350)。

在通过RFID读取器100的响应信号计数单元120分别对空白响应信号比特的编号、无冲突比特的编号和冲突比特的编号计数之后，读取器控制单元130控制读取器通信单元110在读取器控制单元130的控制下将无冲突比特的编号发送给RFID标签200(S360)。

如果无冲突比特的编号被从RFID读取器100发送给RFID标签200，则标签控制单元260确定发送的无冲突比特的编号是否与先前产生的随机数一致(S370)。

如果在步骤370中发送的无冲突比特的编号与先前产生的随机数一致，则标签控制单元260从RFID标签200提取存储在存储器单元250中的标签数据，并控制标签通信单元210将提取的标签数据发送给RFID读取器100。标签通信单元210在标签控制单元260的控制下将标签数据发送给RFID读取器100(S380)。

在标签数据被从RFID标签200发送到RFID读取器100之后，标签控制单元260控制模式转换单元240将RFID标签200的当前模式转换为休眠模式。模式转换单元240在标签控制单元260的控制下将当前模式转换为休眠模式(S390)。由于当前模式被转换到休眠模式，所以RFID标签200不对RFID读取器100的发送请求信号作出响应，直到过去预定时间或者在标签控制单元260的控制下休眠模式被转换为正常模式。

图6是示出根据本发明示例性实施例的使用比特同步信号来识别标签的方法的效果的曲线图。

根据传统的防冲突技术标准，存在包括ISO 18000-6Type A、EPC Class1(HF)和EPC Class 1 Generation 2的aloha型防冲突技术以及包括RFID指南、ISO 18000-6 Type B和EPC Class 0(UHF)的二进制型防冲突技术。

图6的曲线图显示了分别使用最新标准EPC Class 1 Generation 2和根据本发明示例性实施例的使用比特同步信号识别标签的方法来识别相同数量的标签所需的时间。

通过RFID读取器100识别预定数量的RFID标签200所需的时间可通过方程(1)获得。

$>sup>>\alpha >r>>N>,>n>sup>>=>N>>B>>n>,>>1>N>>>>>(>r>)>>=>N>\begin{array}{}>>n>\; >>r>\; >\; >>>(>>1>N>>)>>r>>>>(>1>->>1>N>>)>>>n>->r>>>.>.>.>>(>1>)>>>s>\end{array}$

在方程(1)中，α表示预期值，N表示比特同步信号的数量，n表示标签的数量，B表示概率，r表示一个比特同步信号中的标签的数量。

如表1所示，对于每个识别时间，获得了分别通过标准EPC Class 1Generation 2和根据本发明的标签识别方法所识别的标签的数量。

                                    表1

  类别 N(比特同步 信号的数量)                 n(标签数量)/重复数  1/1  4/2  16/4  32/7  EPC C1G2 16  32.68  69.22  164.01  410.45  本发明 16  4.19  12.46  41.30  77.77

可通过图6的曲线图来表示表1。参考表1和图6，在根据本发明的使用比特同步信号来识别标签的方法中，在与EPC Class 1 Generation 2预期的识别时间的12％到25％对应的时间内可识别存在于RFID读取器100的无线电波范围中的所有RFID标签200。

总之，在根据本发明示例性实施例的使用比特同步信号来识别标签的方法中，每个标签的识别时间可被均匀地提供，而不必考虑存在于RFID读取器100的无线电波范围中的RFID标签200的数量。换句话说，识别第1到第N RFID标签200所需的时间对应于识别一个RFID标签所需的时间×N。

如上所述，在根据本发明的RFID读取器、RFID标签和使用比特同步信号来识别标签的系统和方法中，使用比特同步信号可更快地识别RFID读取器的无线电波范围中的多个RFID标签，并且可均匀地提供每个标签的识别时间，而不必考虑RFID标签的数量。

前述示例性实施例和优点仅仅是示例性的，而不应该被理解为限制本发明。本教导可容易地应用于其它类型的设备。此外，本发明示例性实施例的描述的意图是说明性的，而不是用于限制权利要求的范围，并且对于本领域的技术人员来说，许多替换、修改和改变将是显而易见的。