用于选择RFID数据载体的方法和RFID读写器

摘要

一种从通过RFID读写器检测到的多个RFID数据载体中选择一个RFID数据载体的方法和RFID读写器。在训练阶段期间在第一时间序列中对至少一个模式RFID数据载体多次检测，根据时间变化曲线的类型确定至少一个接收参数的理论值的至少一个序列，在生产作业期间在第二时间序列中对位于RFID读写器的接收范围中的RFID数据载体多次检测，根据时间变化曲线的类型为在此所检测到的RFID数据载体中的每一个RFID数据载体分别确定实际值的序列，在生产作业中确定的实际值的序列分别与理论值的至少一个序列比较，根据相应的一致度选择在生产作业中检测到的RFID数据载体中的一个RFID数据载体。通过该方法并通过该RFID读写器可行的是，即使在困难的接收情况下也能可靠地选择所期望的RFID数据载体。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从通过RFID读写器检测到的多个RFID数据 载体中选择一个RFID数据载体的方法，其中在训练阶段期间确定待选 择的模式-RFID数据载体的接收参数的理论值，并且其中在生产作业期 间将所检测到的RFID数据载体的接收参数的实际值与用于选择所检测 到的所述数据载体中的一个数据载体的理论值相关联。本发明还涉及一 种用于实施所述方法的RFID读写器，其中所述RFID读写器设计为， 使得在训练阶段期间确定用于待选择的模式-RFID数据载体的接收参 数的理论值，并且其中在生产作业期间将所检测到的RFID数据载体的 接收参数的实际值与用于选择所检测到的所述RFID数据载体中的一个 RFID数据载体的所述理论值相关联。

背景技术

为了识别工件和其它物体，尤其是在工业自动化装置中使用RFID 数据载体(也称为应答器或者标签)和相对应的RFID读写器(也称为 阅读器)。大多使用无源的RFID数据载体，所述数据载体由通过RFID 读写器产生的高频场供给能量，并且所述数据载体通过对该高频场的调 制(“背反射Backscattern”)向RFID读写器传输信息。因此，RFID 读写器必须同时发射和接收调制信号，其中尽管事实是所接收到的信号 基于由RFID读写器所发射的射频信号，但是所接收的信号分量能够被 视为是由RFID数据载体所发射的。

特别地，在UHF范围中工作的RFID系统中，能够同时检测到RFID 读写器中的多个RFID数据载体。虽然这对于许多应用而言也是期望的、 例如用于检测购物车中的所有的商品，但是在许多应用中所期望的是： 仅检测一个唯一的RFID数据载体，更确切地说，通常检测最接近RFID 读写器的RFID数据载体。如果在这样的设置方案中还是同时检测到多 个RFID数据载体，那么在检测之后必须尝试选择、即滤出最接近的 RFID数据载体。

在现有技术中已知大量的方法途径，以便实行这样的选择。例如关 于所有所接收的RFID数据载体登记接收场强(RSSI-Received Signal  Strength Indication接收信号强度指示)，其中假设：具有最佳的接收场 强的这个RFID数据载体也就是最接近的，使得该RFID数据载体被选 择。然而由于无线电波的反射、超出有效距离或者其它效应可能的是： 最接近的RFID数据载体正好不是所接收到的具有最佳的信号强度的 RFID数据载体。除了无线电场中的优化，例如通过电磁屏蔽相邻的区 域等，通常尝试通过相应的处理逻辑滤出错误选择的RFID数据载体、 即所谓的“虚假肯定性读取False Positive Reads”，例如通过将序列号 (应答器ID)与预期值进行比较等来滤出。然而为此需要正确地了解 期望值，使得不是在所有情况下下游的处理逻辑都能够滤出虽然在技术 上正确地被检测的但是此时没有结合实际的阅读任务的应答器。

其它的用于选择应答器的方法例如在于：例如通过从最小值起连续 地提高发射功率直至刚好一个RFID数据载体被检测到的方式来动态地 调整RFID读写器的发射功率；该方法也被称为“功率斜坡Power  Ramping”。另一个方法在于：起动多个相继的检测过程，其中随后例 如选择最经常被检测到的RFID数据载体。这种方式必要时也能够与之 前所描述的“Power Ramping”组合。

虽然之前所描述的必要时也可全部彼此组合的措施能够显著减小错 误选择的数量，但是仍然存在在选择RFID数据载体时进一步改进可靠 性的目的。

发明内容

用于实现之前所描述的目的的核心思想是：通过多个依次执行的检 测过程来登记位于RFID读写器的接收范围中的RFID数据载体(“种 群”)的数量，其中应分别接收参数(例如接收场强等)。对于所检测到 通常能够根据其序列号或者其它的特性而彼此区分的RFID数据载体中 的每一个而言，在此所登记的信号变化被记录，例如以变化曲线(曲线 图)的方式。在训练阶段(校准)之后，其中已知哪个RFID数据载体 是所期望的那个从而是要选择的，从而也已知所检测到的曲线图中的哪 个是所期望的那个从而是要选择的，将相对应的曲线图或者由其确定的 特征变量作为理论值从而作为模式(模板)来存储。在生产作业中的后 续的检测过程中在此所检测到的RFID数据载体的信号变化曲线同样被 视为变化曲线(曲线图)，其中根据本发明应选择RFID数据载体中的 下述RFID数据载体，其变化曲线(曲线图)或者同样从中所计算出的 特征变量关于模式(模板)具有最大的相似度。由此确保：由于外部情 况、干扰或者随机性而使得位于远处的RFID数据载体不期望地表现为 应当被选择的RFID数据载体的各个测量都不导致“虚假肯定性读取”。

所述目的尤其是通过一种用于从通过RFID读写器检测到的多个 RFID数据载体中选择一个RFID数据载体的方法来实现，其中在训练 阶段期间确定待选择的模式-RFID数据载体的接收参数的理论值，并且 其中在生产作业期间将所检测到的RFID数据载体的接收参数的实际值 与用于选择所检测到的所述数据载体中的一个数据载体的理论值相关 联，其特征在于，在所述训练阶段期间在第一时间序列中对至少一个模 式-RFID数据载体进行多次检测，其中根据时间变化曲线的类型确定用 于至少一个接收参数的理论值的至少一个序列，在所述生产作业期间在 第二时间序列中对位于所述RFID读写器的接收范围中的RFID数据载 体进行多次检测，其中根据时间变化曲线的类型为在此所检测到的所述 RFID数据载体中的每一个RFID数据载体分别确定实际值的序列，并 且在所述生产作业中确定的实际值的所述序列分别与理论值的至少一 个所述序列比较，其中根据相应的一致度选择在所述生产作业中所检测 到的所述RFID数据载体中的一个RFID数据载体。

所述目的还通过一种用于从被检测到的多个RFID数据载体中选择 一个RFID数据载体的RFID读写器来实现，其中所述RFID读写器设 计为，使得在训练阶段期间确定用于待选择的模式-RFID数据载体的接 收参数的理论值，并且其中在生产作业期间将所检测到的RFID数据载 体的接收参数的实际值与用于选择所检测到的所述RFID数据载体中的 一个RFID数据载体的所述理论值相关联，其特征在于，在所述训练阶 段期间在第一时间序列中对至少一个模式-RFID数据载体进行多次检 测，其中根据时间变化曲线的类型确定用于至少一个接收参数的理论值 的至少一个序列，在所述生产作业期间在第二时间序列中对位于所述 RFID读写器的接收范围中的所述RFID数据载体进行多次检测，其中 根据时间变化曲线的类型为在此所检测到的所述RFID数据载体中的每 一个RFID数据载体分别确定实际值的序列，并且在所述生产作业中确 定的实际值的所述序列分别与理论值的至少一个所述序列比较，其中根 据相应的一致度选择在所述生产作业中所检测到的所述RFID数据载体 中的一个RFID数据载体。

在此提出一种用于选择通过RFID读写器所检测到的多个RFID数 据载体中的一个的方法，其中在训练阶段期间确定用于待选择的模式 -RFID数据载体的接收参数的理论值，并且其中在生产作业期间将所检 测到的RFID数据载体的接收参数的实际值与用于选择所检测到的 RFID数据载体中的一个RFID数据载体的理论值相关联。在此，在训 练阶段期间在第一时间序列中实行对至少一个模式-RFID数据载体的 多次检测，其中用于至少一个接收参数的理论值的至少一个序列根据时 间变化曲线来确定，其中在生产作业期间在第二时间序列中对位于 RFID读写器的接收范围中的RFID数据载体进行多次检测，其中对于 在此所检测到的RFID数据载体中的每个分别根据时间变化曲线的类型 确定实际值的一个序列，并且其中将在生产作业中所确定的实际值的序 列与理论值的至少一个序列分别进行比较，并且其中根据相应的一致度 选择在生产作业中所检测到的RFID数据载体中的一个RFID数据载 体。通过该方法也确保了在以下情况下对RFID数据载体的的可靠选择： 由于超出有效距离或者其它效应而检测到至少临时拥有较好的接收参 数的不希望的RFID数据载体。

所述目的此外通过用于选择多个所检测到的RFID数据载体中的一 个RFID数据载体的RFID读写器来实现，其中所述RFID读写器设计 为，使得在训练阶段期间确定用于待选择的模式-RFID数据载体的接收 参数的理论值，并且其中在生产作业期间使所检测到的RFID数据载体 的接收参数的实际值与用于选择所检测到的RFID数据载体中的一个 RFID数据载体的理论值相关联。在此RFID读写器设计为，使得在训 练阶段期间在第一时间序列中对至少一个模式-RFID数据载体进行多 次检测，其中用于至少一个接收参数的理论值的至少一个序列根据时间 变化曲线的类型来确定，其中在生产作业期间在第二时间序列中对位于 RFID读写器的接收范围中的RFID数据载体进行多次检测，其中对于 在此所检测到的RFID数据载体中的每一个RFID数据载体根据时间变 化曲线的类型分别确定实际值的序列，并且其中将在生产作业中所确定 的实际值的序列与理论值的至少一个序列分别进行比较，其中根据相应 的一致度选择在生产作业中所检测到的RFID数据载体中的一个。通过 这样的RFID读写器能够实现已经根据所述方法所讨论的优点。

根据本发明的方法的有利的设计方案在下文中给出。在此所描述的 特征的优点就意义而言也适用于根据本发明的RFID读写器。借助于本 文所提出的设计方案既能够应用于单独地应用也能够彼此自由组合应 用以改进所提出的方法或者以改进所提出的RFID读写器。

作为待评估的接收参数能够有利地使用相应的RFID数据载体的分 别通过RFID读写器所检测到的高频信号的场强值、信噪比或者另一个 定性标准。这些接收参数总归存在于常用的RFID读写器中，使得仅须 对这些值进行记录。此外也能够有利地使用所发射的信号和所接收的信 号之间的相位角作为接收参数，这尤其对于滤除反射是有利的。显然对 于一个并且同一RFID数据载体而言也能够检测到多个不同的接收参 数，由此产生理论值或者实际值的多个序列，其中从所得到的曲线的相 应的比较中能够计算出可能的加权的总值。

已经在稳定状态中，在所述稳定状态中既不改变RFID读写器和相 应的RFID数据载体之间的间隔也不改变RFID读写器的发射功率或者 其它的发射参数，接收参数的在检测过程的序列中所测量到的数值完全 不是恒定的，使得在此已经能够确定变化曲线。然而当在时间序列期间 相应地进行RFID读写器的发射功率的改变时，例如根据上升斜坡(“功 率斜坡Power Ramping”)的方式或者在一个替选的实施方式中以非线 性的方式、例如正弦形地或者指数地改变RFID读写器的发射功率时， 可实现明显更好的结果。替选地或者附加地，作为一个变形方案也能够 分别改变相应的RFID数据载体和RFID读写器之间的间隔。该实施方 式尤其在这样的情况下是适合的，在所述情况下RFID数据载体或者通 过其来表征的对象总归是运动的，例如借助于传送带等来运动。然而在 所有情况下适用的是：应以相互类似的方式进行训练阶段期间的改变和 生产作业期间的改变。然而在其它情况下也适合的是：关于时间轴相应 地对这两个变化曲线中的至少一个变化曲线标刻度，以便确保所检测到 的曲线形变化的可比性。用于改变的另一种方式是可行的，只要RFID 读写器提供多个可切换的天线和/或可切换的天线极性(水平地、竖直 地或者圆周形地)。因此对于之前所描述的措施替选的或者附加的是， 在记录时间序列期间切换天线或天线极性，必要时在一个检测周期期间 也多次地进行。此外，在RFID读写器的多个可用的无线电信道之间的 改变也是适用的，这在这些无线电信道位于不同的频带中时才尤其是有 利的。由此例如也能够检测到RFID数据载体中的下述RFID数据载体， 所述RFID数据载体在特定的频率中由于因反射引起的干扰位于不能够 检测的部位上。

有利的是，在训练阶段期间检测理论值的多个序列，其中这些序列 中的至少一个由使用者选作为待使用的理论值序列。为此例如给出序列 号或者与在此所检测到的RFID数据载体中的一个RFID数据载体不同 的识别特征就是足够的。替选地，区分也自动地进行，例如根据从RFID 数据载体的数据区中所读取的信息，或者根据序列号自动区分。因此例 如能够根据RFID数据载体的功能组之间的识别号码的“前缀”或者“号 码带”来区分，其中因此使用属于针对具体应用的组的RFID数据载体 作为模式。因此随后在训练阶段期间已经能够在“模式-应答器”和可 能同时接收到的所不期望的应答器之间区分。但是所提出的措施也能够 用于在重复检测模式-RFID应答器的情况下选择所产生的变化曲线中 的尤其适合的变化曲线。此外可行的是，能够从同一个模式-RFID应答 器的多个变化曲线中自动地确定或者计算出尤其适合的理论值曲线。这 一方面能够通过所确定的理论值曲线的平均值形成或者其它合并来实 现，另一方面，RFID读写器或者其它计算机单元也能够选择下述理论 值曲线作为“模板”，所述理论值曲线具有与所有其它所检测到的理论 值曲线(模式-RFID数据载体的理论值的序列)最佳的一致性。除此之 外能够有利的是，在检测多个理论值曲线的情况下也使用多个不同的模 式RFID应答器，尤其是当在应用场景中应使用不同类型的RFID数据 载体时也如此。因此在生产作业中必要时使用多个模板。

为了比较理论值的序列和实际值的序列，能够根据曲线中的每个曲 线首先一次性创建特征变量或者特征变量数据集。随后为了比较曲线仅 需比较特征变量或者特征变量数据集。在此自然不取决于绝对的一致 性，而是取决于最佳可能的或者最高的一致性。在使用特征变量数据集 的情况下，在此不必强制性地以相同的方式使相应的数据集的各个参数 一致，而是更确切地说实行加权。在此，借助于神经网络和/或根据模 糊逻辑的规则进行处理也是适合的。用于确定特征变量的尤其适合的方 式例如是傅里叶变换或者关于在此作为离散值对的事实是快速傅里叶 变换(FFT)。显然也能够使用用于评估模拟的或者数字的(时间离散 的)信号变化曲线的其它方法。

附图说明

接下来根据附图阐述根据本发明的方法的一个实施例。所述实施例 同时用于阐述根据本发明的RFID读写器。

在此示出：

图1示出在第一测量中在检测到三个RFID数据载体的情况下的时 间变化曲线，

图2示出在第二测量中的时间变化曲线，以及

图3示出在第三测量中的时间变化曲线。

具体实施方式

在图1中以变化曲线的形式图形化地示出在多次检测三个不同的 RFID数据载体TR1、TR2、TR3的情况下接收参数的值。在附图的横 坐标上在此示出RFID读写器的发射功率的值。可以看出：以恒定的发 射功率分别执行多个相继的测量，也就是说因此发射功率具有阶梯形的 变化曲线。RFID数据载体TR1、TR2、TR3的所观察的接收参数的变 化曲线在所述视图中作为实线、点状线和虚线示出；事实上，图1不作 出究竟发生多少次检测的结论。然而能够假设：对于记录在横坐标上的 表示发射功率的每个值发生至少一次检测过程。

在图1中的视图的纵坐标上绘出接收参数，在此例如是接收场强(接 收信号强度指示-RSSI)。在横坐标和纵坐标上绘出的绝对值被划分刻 度，这意味着：事实上的发射功率和接收场强能够关于其绝对值偏离； 也就是说在视图中给出仅一个定性的过程。

应假设：图1中的视图是训练阶段期间的情况，其中应进一步假设， RFID数据载体TR1是模式-RFID数据载体。其被评估的接收参数的值 (在此：RSSI值)在完整地观察的时间变化曲线期间与RFID数据载 体TR2、TR3的相应的接收参数相比更高。这意味着，图1中的情况可 能已经通过从现有技术中已知的方式来控制。应假设：RFID数据载体 TR1的接收参数的在此所记录的变化曲线应当用作为生产作业中的理 论值的序列(理论值曲线)。

在图2和3中此时观察同一个场景，其中在该图2和3中记入生产 作业的两个不同的测量周期(检测周期)的实际值。在图2和3中记录 的RFID数据载体TR1、TR2、TR3不必是也在训练阶段中所使用的同 一RFID数据载体。

应首先观察图2中的情况。以类似于训练阶段的方式在此分别图形 化地示出RFID数据载体TR1、TR2、TR3的接收参数的时间变化曲线。 与图1中的情况相反，其中可能仅通过以比较的方式考虑接收参数的平 均值或者最大值来确定RFID数据载体TR1、TR2、TR3中的待选择的 RFID数据载体，图2中的情况是不太清楚的。

因此，在此对信号变化曲线的(平均)幅度的考虑在此不会导致如 下目标，所述目标在于：自动地选择RFID数据载体中的“正确的”RFID 数据载体，即RFID数据载体TR1。

在图1中可以看出，与RFID数据载体TR1相关联的曲线具有相对 平滑的“变化”，这例如根据傅里叶变换产生如下结果：在该曲线变化 中仅产生少量高频的信号分量，然而反之产生非常高的恒定分量(“直 流分量”)。也就是说，这意味着：根据RFID数据载体TR1的理论值 曲线产生的特征变量可能表明：大部分的低的信号频率和小部分的高的 信号频率应假设为对于待选择的RFID数据载体是特征性的。一旦该信 息被应用于三个在图2中示出的信号变化曲线，那么能够假设：在此 RFID数据载体TR1的特征变量也具有最小的高频分量，因为RFID数 据载体TR2和TR3的变化曲线分别具有阶跃，所述阶跃在频谱中可能 会导致明显的高频分量。因此，在此以正确的方式选择RFID数据载体 TR1，尽管例如RFID数据载体TR3在所考虑的接收参数中显示出最高 的绝对值。

在图3中示出的情况是更清楚的。虽然在此RFID数据载体TR1在 整个所测量的变化曲线上以最低的接收场强来接收，但是其变化曲线相 对于理论值曲线具有最高的相似度(见图1，RFID数据载体TR1)。仅 定向于所确定的接收参数的绝对值的、例如根据平均值形成等的方法可 能在此会得到选择RFID数据载体TR3的错误的结果。

在比较变化曲线时所确定的一致度能够如所描述的那样用于在同时 检测到多个RFID数据载体的情况下选出(选择)关于其在生产作业中 所确定的用于接收参数的变化曲线具有最高的一致度的那个RFID数据 载体。此外尤其能够(但是不仅)在如下情况中，在所述情况中在生产 作业中检测到仅一个RFID数据载体，在理论值曲线和实际值曲线之间 预设最小一致度。由此能够根据超出有效距离同样滤除错误检测，如也 可识别有缺陷的RFID数据载体。

借助于所提出的方法并且借助于所提出的RFID读写器，评价接收 参数、尤其是RSSI值的动态变化以代替迄今为止通常对静态值的评估 是可行的。这意味着：在超出时间变化后所考虑的接收参数的值的改变 能够用作为用于选择RFID数据载体的主要特征。根据本发明，选出(选 择)或者拒绝RFID数据载体在此应根据参考曲线和实际值曲线之间的 模式对比来进行。在当前实施例中所使用的傅里叶变换和由此所实现的 对低频信号分量和高频信号分量进行微分在此仅视为用于分析动态变 化的示范性的实例；在现有技术中已知用于事件的动态变化的特征值形 成的多个方法，所述方法根据本发明也能够彼此组合地使用，以便将理 论值曲线与实际值曲线进行比较并且分别给出表示两个曲线之间的相 似度的量度。