利用rfid空中協議使裝置進行無線通信的方法和系統的製作方法

2023-04-26 04:08:06 2

專利名稱：利用rfid空中協議使裝置進行無線通信的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及射頻識別("RFID")通信，並且具體地涉及使用一 種空中接口協議支持除了 RFID標籤之外的裝置的一種RFID網絡。
背景技術：
RFID系統用於很多不同的應用中(包括例如在零售環境中)獲 取用RFID識別器做了標籤的物件相關的信息。例如，可將RFID標 籤附裝或者整合到產品或產品包裝中。利用RFID詢問器(在此也稱 之為"RFID讀取器")(該詢問器可以是固定的、便攜的或者手持式 的裝置)，位於詢問器的詢問區中的RFID標籤可被啟動並且提供與 該RFID標籤相關聯的物件的有關信息(例如，產品說明符、序列號、 位置、等等)。這些RFID標籤接收並且響應於射頻("RF")信號以 提供例如與該RFID標籤所附裝的產品相關的信息。這是典型地利用 一種標準的空中接口協議(例如電子產品代碼("EPC")射頻識別協 議)來實現的。這類信息可以包括與貨架上的物件或倉庫中的物件相 關的存貨單信息。通常，這些RFID標籤內的調製器可以利用發射器 傳送回一個信號或者將一個信號返射回RFID讀取器。這種發射的/ 反射的信號被稱為後向散射信號。另外，利用RFID編碼器可以將信 息傳送給這些RFID標籤(例如編碼信息)。因此，RFID系統典型 地被用於監測零售環境中的產品存貨單並且利用RFID標籤或者轉發 器用存儲的以及遠程檢索的數據來提供產品的識別。
另外，某些RFID應用使用一個讀取器來通過多路復用器 ("MUX")連接到多個天線。例如在使用RFID系統跟蹤存貨單的零 售環境中，已知提供許多讀取點，每個讀取點包括使用多個RF多路復用器和眾多電纜以連接到每個讀取點。在這種情形中，該MUX基 於來自 一個控制器的多個數字邏輯輸入進行RFID信號(例如RF信 號)到多個天線的路徑選擇。該MUX和連接到該MUX的這些天線 典型地用於擴展讀取器的範圍，以便能夠將命令和/或者數據發送到多 個標籤並且能夠接收包含來自這些標籤的應答和/或者數據的後向散 射信號。一個實例是一種RFID網絡，在該網絡中將附裝RFID標籤的物 件置於具有多個天線的貨架上，所有這些天線連接到一個中央讀取 器。這種網絡提供貨架上物件的長期存貨單。然而，在這種具有多個 天線的網絡中，必須將很多電線和電纜連接到MUX上以便為網絡功 能度所必要的控制信號和RF信號以及交流/直流(AC/DC )功率進行 路徑選擇。同樣，以 一種嵌套安排連接到多個MUX以擴展RFID讀 取器的範圍的多個MUX能夠迅速導致這些MUX與這些天線之間的 關係變得複雜並且難以跟蹤和理解的狀況。人們希望有一種方法和系 統，這種方法和系統容易地允許對這些MUX之間的關係進行映射並 得到理解。這些RFID系統的成本和複雜性通常^f艮高。進一步地，例如，當 必須安裝笨重的纜線分理夾等時，安裝這些部件的時間和複雜度也很 高。在這類系統中使用多個RFID詢問器以便在不同的位置監測RFID 標籤進一步地增加了安裝和維護系統的成本。結果是RFID用戶投入 大量資金以安裝和維護主要用於存貨單管理的RFID網絡系統。這些相同的用戶還有對其他通信需求。例如，擁有用於存貨單管 理的RFID系統的用戶可能還有一個保安監測系統，或者至少有對這 種系統的一種需求。這典型地要求安裝像機、光-紅外檢測器、傳感器、 等等，它們必須進行連線以便通過無線通信系統與監測站或警報面板 進行通信。這種通信基礎結構與用於RFID系統的基礎結構是分離的。 人們希望有一種方法和系統，該方法和系統允許共享RFID基礎結構 以便用於無RFID標籤的通信用途。發明內容本發明有利地提供了在使用RFID接口協議的一種RFID網絡中 的一個或多個RFID讀取器與一個或多個無標籤裝置之間的通信的一 種方法和系統。在此3皮露的方法和系統l吏用射頻的頻^瞽和RFID通信 協議，以允許在一個RFID讀取器與一個或多個無RFID標籤裝置之 間的數據通信。無標籤的物件(例如像多路復用器、像機、貨架讀取 器、警報裝置、或者計算機)對該RFID讀取器表現為RFID標籤， 儘管所交換的數據不是與標籤相關的數據。因此，能夠在多個RFID 讀取器與無標籤物件之間可發生網絡通信而無需額外的安裝過程和/ 或者經常性開支。在一個實施方案衝提供了一種使用RFID系統支持與無標籤裝 置數據通信的方法。該方法包括使用一種RFID空中接口協議與一個 或多個無標籤裝置進行通信。在另一個實施方案中提供了一種RFID系統。該系統包括與一個 或多個無標籤裝置進行數據通信的一個或多個RFID讀取器，其中每 個RFID讀取器具有一個通信範圍。該一個或多個RFID讀取器通過 RFID空中接口協議與這些無標籤裝置通信。在又一個實施方案中，本發明提供了一種RFID多路復用器。該 RFID多路復用器包括控制該多路復用器的運行的一個處理單元。該 處理單元運行以詢問一個或多個無標籤裝置從而獲得數據。 一個存儲 單元存儲與這些無標籤裝置相關的數據。


通過結合附圖考慮並參考以下詳細說明將會更易於理解對本發 明及其附隨優點和特點的更加完整的認識，在附圖中相同的參考標記 指代相似的元件，並且在附圖中圖l是根據本發明的原理所構建的一個系統的框圖；圖2是根據本發明的原理所構建的一個RFID多路復用器的框圖；圖3是本發明的一個替代實施方案的框圖；以及
圖4是展示根據本發明的讀取點裝置的一種層級安排的框圖。
具體實施例方式
現在參考附圖，其中類似的附圖標記指代類似的元件，在圖1 中示出了根據本發明的原理構造的一個示例性系統並且總體上將其 標為"10"。系統10包括與一臺主計算機14通信的一個或多個讀取器 12。讀取器12根據需要與計算機14進行數據交換，例如執行存貨單 控制。在這種情形中，主計算機14包括用於跟蹤和維護該存貨單的 資料庫。如下所述，主計算機14還包括跟蹤系統10中的其他裝置之 間的通信和層級關係的那些部件，如存儲器、CPU、 I/O、顯示器等， 系統中的其他裝置例如是多個MUX、標籤、無標籤裝置以及類似的 裝置。這就允許操作人員理解這些部件是如何相互連接的並且還允許 以專一性來使用多個系統部件，例如更新與特定類別的物件相關聯的 一個貨架讀取器視覺顯示器上的定價，甚至在一個特定傳感器被觸發 時從 一 個特定的像機接收圖像數據。
系統10包括多個MUX 16a至16c (在此統稱為"MUX 16")、 傳統的多個RFID標籤18a至18d (在此統稱為"標籤18")以及多個 無標籤裝置20a至20f (在此統稱為"無標籤裝置20")。注意，圖1 中所示的MUX 16、標籤18以及無標籤裝置20的數量純粹是示例性 的，並且系統10能夠包括這些元件中一種特定元件的不同數量(如 果存在的話)。讀取器12、 MUX 16、標籤18以及無標籤裝置20利 用多個天線22通過後向散射相互之間進行無線通信。注意，儘管一 些元件(如標籤18)示出了在該裝置內的天線22，但這種安排僅是 示例性的。在此考慮了天線22可結合在讀取器12、 MUX 16、標籤 18以及無標籤裝置20之中，或者連接在它們的外部。
注意，儘管圖1示出所有的裝置與讀取器12均處於直接或間接 無線通信，但本發明並不限於此。可以設想以一種有線的方式將一個 或多個裝置(例如一個MUX16)連接到讀取器12上。
9本發明有利地允許通過擴展現有的RFID空中接口協議(例如電 子產品代碼("EPC")射頻識別協議)無線地發送不同的數據。本發 明的方法和系統使用發射至RFID詢問器12 (注意，在此可以互換 地使用術語"讀取器"和"詢問器")或從其發射的無線頻譜和協議作為 網絡通信的媒介。這些通信裝置使用標準協議發射、接收和編碼RFID 包，但這些包內的數據並不 一定僅僅是與標籤識別和控制相關的數據 和命令。換言之，這些MUX 16和無標籤裝置20對RFID讀取器、 發射器和接收器表現為標籤18，儘管與MUX 16和無標籤裝置20有 關的數據和/或者命令不是與標籤相關的數據。這就擴展了常規的標籤 識別/寫入/讀取以允許與這些RFID多路復用器16和其他無標籤裝置 20進行更牢靠的通信。這還有利地消除或者降低了用於RFID讀取點 和其他裝置(移動檢測器、EAS系統、像機、門報警器、入侵報警器) 的相互連接通常所要求的布線和安裝的成本。
根據本發明，多個無標籤裝置20能夠是要求聯網通信的任何裝 置。例如，多個無標籤裝置20可以包括但不限於像機、貨架讀取器、 計算機、PIR、報警器、視覺或音頻警報裝置和系統、控制器、等等。 更具體地來講，無標籤裝置20c可以是捕獲圖像數據的一個像機，並 且無標籤裝置20b可以是需要接收、處理和顯示該圖像數據和/或者控 制該像機運行的一臺計算機。如果無標籤裝置20原本並未配備支持 RFID通信(即後向散射)的能力，那麼在此考慮可將一個分離單元 (示於圖3並且將在以下討論)用作在該無標籤裝置20與支持在此 所描述的RFID後向散射通信的天線22之間的接口。例如，該分離 單元可以使用USB或者其他串行的或者並行的通信連接以便與無標 籤裝置20接口連接。於是該分離單元可以創建和存儲/緩衝這些數據 塊並響應於RFID詢問4言號。
根據另一個方面，在其詢問區內用於對多個標籤18進行存貨盤 點的一個MUX 16可能需要通過讀取器12對該存貨單信息進行存儲 和傳送回主計算機14。在這樣的情形中，MUX16包括需要用作一個 讀取點(應注意其他的無標籤裝置20也可包括讀取器元件以用作RFID讀取點)的元件以便存儲和傳送標籤或者無標籤裝置的信息。
例如，可將MUX 16c用於在它的詢問區內檢測和讀取來自多個 標籤18和無標籤裝置20 (例如標籤18d和無標籤裝置20e)的標籤 數據。對應於標籤18d的數據被存儲在MUX16c中。反過來，MUX 16c對MUX 16a表現為一個標籤。當MUX 16a詢問它的區域以識別 多個標籤18時，MUX16c表現為標籤，並且它所存儲的在其詢問區 中的標籤和其他裝置的存貨單列表可以作為一個或多個數據塊發送 到MUX16a並由其存儲。最終，當主讀取器12詢問在其詢問區中的 各個裝置時，MUX16a表現為一個標籤。當進一步詢問時，主讀取器 12不僅得知在其詢問區中的MUX 16a和任何標籤以及無標籤裝置， 而且還得知在其詢問區中的MUX 16c和任何標籤(例如標籤18d ) 以及無標籤裝置(例如無標籤裝置20e)。這樣，讀取器12可以為主 計算機14提供數據，該數據可以被用於構建這些MUX 16之間的邏 輯關係，以便理解該網絡是如何布置的並且理解什麼裝置(例如，像 機、報警單元、貨架讀取器、等等)可以與每個MUX16通信。
圖2是根據本發明的原理所構造的一個示例性MUX16的框圖， 它可用於支持在此描述的功能。MUX 16包括用於控制MUX 16的運 行的微控制器24。存儲單元26、 RF檢測器28、 RF調製器30以及切 換元件32與微控制器24電連通。可能需要的採樣器和耦聯器34與 一個或多個檢測器28電連通。在運行時，MUX操作代碼和數據存儲 在存儲器26中，該存儲器能夠包括易失性和/或非易失性存儲區域。 調製器30用於經由切換元件32將基帶信號調製到一個用於傳輸的 RF載波上。多個檢測器28和抽樣器/耦聯器34共同運行以便從一個 接收的RF信號(例如符合EPC空中接口標準的信號)檢測並且提取 出基帶信號和命令以及數據塊。微控制器24控制切換元件32以將該 輸入切換到輸出線路之一上。注意，儘管圖2示出了一個微控制器控 制的MUX 16，在此考慮了切換元件32可由 一個不太智能化的邏輯電 路來控制。
再次參見圖1，儘管圖1包括多個MUX16，但並不要求在多個裝置(例如無標籤裝置20 )之間的所有通信均通過一個MUX 16而進 行。在此考慮了讀取器12可以起到多個裝置(例如無標籤裝置20a 和無標籤裝置20b)之間的通信橋梁的作用。
參見圖3，圖中示出了本發明的一個替代實施方案。如果無標籤 裝置20沒有配備支持RFID通信(即後向散射)的能力，則一個分 離RFID通信模塊36提供在無標籤裝置20與天線22之間的一個接 口，以便支持RFID後向散射通信。RFID通信模塊36可以通過一個 USB或者其他串行或並行通信連接將無標籤裝置20與讀取器12相連 接。RFID通信模塊36具有建立、存儲和/或者緩沖從無標籤裝置20 接收的數據塊並且響應於RFID詢問信號的能力。
作為 一個第 一非限定性實例，本發明的系統和方法可以協助圖像 數據從一個像機到一臺主計算機的傳輸。這在一個像機(作為無標籤 裝置20 )與 一個保安系統結合使用的情形中是有用的，該保安系統被 布置在同樣支持RFID系統的環境中，如倉庫、零售商店等。在這種 情形中，兩個後向散射裝置(像機和接收圖像數據的主計算機)可以 通過將一個RFID詢問器(讀取器12或者經由一個或多個MUX16) 用作一個接入點來共享圖像數據。例如， 一個啟動了後向散射的像機 封裝一個圖像數據塊。然後，RFID讀取器12利用該RFID空中接口 協議讀取該數據塊。換言之，該像機對RFID讀取器僅表現為另一個 標籤，這樣該RFID讀取器是在從像機讀取具有數據的後向散射信號。
接著，該RFID讀取器將從攝像機接收的數據塊寫入一臺啟動 了 RFID後向散射的主計算機上，該主計算機可以對顯示數據採取進 一步的行動，例如顯示或者存儲圖像。因此，在這種情形中，RFID 讀取器12 (或者MUX 16 )起到用於該攝像機和主計算機的一個網絡 接入點的作用。
本發明的另一個示例性實現方式是與一個貨架讀取器系統有關。 在此實現方式中，可以將多個獨立行事的貨架讀取器(例如電池供電 的貨架讀取器)的無線系統組成網絡，這些讀取器收集並傳送存貨單 數據和其他數據，例如狀態和事件數據。另外，該貨架系統可包括利用該RFID空中接口協議將數據提供給多個裝置的能力，以更新和顯 示價格數據。
在本實施方案中，可將圖像數據從一個讀取點(即從攝像機)傳 送到如以上所描述的主計算機系統。另外，能夠將事件數據發送到主 計算機系統，例如移動報警事件數據，這種數據被收集自並源於在每 個貨架讀取點(啟動了 RFID的通信裝置)範圍內啟動了後向散射的 (啟動了 RFID空中接口協議的)裝置或者讀取點本身。單個的貨架 讀取點能夠通過該RFID網絡收集、存儲它們的存貨單數據並將其傳 送到一臺中央主計算機。這允許遠處的讀取點通過RFID空中協議將 數據傳送到一個中央主機上。該主機能夠將定價、促銷信息、廣告內 容等下載到該貨架讀取點，用於顯示給位於採用RFID空中接口協議
的貨架位置上的顧客。
在此還考慮了該顧客能夠在一臺計算裝置(例如，計算機終端、 個人計算機、手持式計算裝置、等等)上進行商店存貨單的查詢或者 搜索。可將這種信息發送至一臺主計算機，該主計算機進而將提示信 息下載到採用該RFID空中接口協議的貨架讀取點上。該提示信息能 夠包括一些指令，以使該貨架讀取點打開一個可視的、可聽到的、或 者其他指示器來允許顧客在商店貨架上快速發現所希望物件。
本發明提供了 一種以串行格式(例如XML )封裝數據項的方法。 本發明還提供了將一定範圍內的多個RFID讀取點和後向散射裝置 (例如一個主讀取點和從屬後向散射裝置)相關聯的一種方法。根據 本發明的一個方面，將多個讀取點以主/從讀取點的層級安排形式進行 安排。本發明的另 一個方面提供了使用 一個主讀取點從多個從屬讀取 點收集數據、存儲該數據、然後在網絡中向更高級傳送該數據的一種 方法。
本發明還提供了用於主計算機系統將數據塊寫入網絡內的讀取 點和後向散射裝置的一種方法。圖4提供了本發明的一個實施方案的 圖示，由此使多個無標籤裝置20和MUX 16安排在一種主從層級形 式中。本發明提供了用於發現位於一個所希望的物理位置內的所有後向散射和讀取點裝置的一種方法，即使這些裝置中的很多位於附接到
主計算機上的RFID讀取器的範圍之外。例如，在圖4中，多個無標 籤裝置20與其他無標籤裝置20和/或者MUX 16通信。每個通信連接 代表一個主/從關係，由此使一個裝置(無標籤裝置20或者MUX 16 ) 可以與通信"鏈條"中更高處的另一個裝置進行通信。這種層級關係使 一些無標籤裝置20 (通常位於一個RFID讀取器12的詢問區的外部) 能夠從一個RFID讀取器接收RFID詢問指令。本發明還提供了用於 在網絡IO內通過主計算機14分配和設置例如圖4所示的主從關係的 一種方法。
本領域中熟練的技術人員將會理解，本發明不限於以上所具體示 出和描述的內容。另外，除非有相反描述，應注意所有的附圖不是按 比例繪製的。在不偏離本發明的範圍和精神的前提下，可根據上述教 授內容進行各種修改和變化，本發明的範圍和精神僅受以下權利要求 書的限制。
權利要求
1.一種通信方法，該方法包括使用一種RFID空中接口協議與一個或多個無標籤裝置進行通信。
2. 如權利要求1所述的方法，進一步包括將數據從該一個或多個 無標籤裝置傳送到一臺啟動了 RFID後向散射的主計算機。
3. 如權利要求1所述的方法，該方法進一步提供與該一個或多個 無標籤裝置數據通信的一個或多個RFID讀取器，該一個或多個RFID 讀取器各自具有一個相應的詢問區，其中該一個或多個無標籤裝置對 該一個或多個RFID讀取器表現為RFID標籤。
4，如權利要求3所述的方法，進一步包括提供一個或多個多路復 用器以協助該一個或多個RFID讀取器與該一個或多個無標籤裝置之 間的數據通信。
5. 如權利要求4所述的方法，其中該一個或多個多路復用器包含 用於讀取從該一個或多個無標籤裝置接收的數據的多個數據詢問元件。
6. 如權利要求3所述的方法，進一步包括提供一個RFID通信模 塊以協助在這些無標籤裝置與該一個或多個RFID讀取器之間的 RFID空中接口協議通信。
7. 如權利要求2所述的方法，其中該一個或多個無標籤裝置中的 至少一個是一個主讀取點裝置，該方法進一步包括利用該RFID空中 接口協議從該啟動了 RFID後向散射的主計算機將信息傳輸至該主讀取點裝置。
8. 如權利要求7所述的方法，進一步包括提供一個從屬讀取點裝 置，該主讀取點裝置從該從屬讀取點裝置收集數據以創建一種主/從讀 取點裝置的層級安排用於進一步的數據傳輸。
9. 如權利要求8所述的方法，其中根據該層級安排，該主計算機 將數據寫入這些讀取點裝置。
10. 如權利要求8所述的方法，其中至少一個讀取點裝置是位於 該一個或多個RFID讀取器的詢問區的外部。
11. 如權利要求2所述的方法，其中至少一個無標籤裝置是一個像機。
12. 如權利要求11所述的方法，進一步包括 捕獲一幅圖像；將該圖像存儲為一個數據塊，並且利用該空中接口協議檢測後向散射信號，這些後向散射信號包括 該數據塊。
13. 如權利要求12所述的方法，進一步包括將該數據塊寫入該啟 動了 RFID後向散射的主計算機。
14. 一種RFID系統，包括與一個或多個無標籤裝置數據通信的一個或多個RFID讀取器， 每個RFID讀取器具有一個詢問區，其中該一個或多個RFID讀取器 經由一個RFID空中接口協議與這些無標籤裝置進行通信。
15. 如權利要求14所述的系統，進一步包括與該一個或多個RFID 讀取器數據通信的一個啟動了 RFID後向散射的主計算機。
16. 如權利要求14所述的系統，進一步包括一個或多個多路復用 器以協助在該一個或多個RFID讀取器與該一個或多個無標籤裝置之 間的數據通信。
17. 如權利要求16所述的系統，其中該一個或多個多路復用器包 含用於讀取從該一個或多個無標籤裝置接收的數據的多個數據詢問 元件。
18. 如權利要求14所述的系統，進一步包括一個RFID通信模塊 以協助在這些無標籤裝置與該一個或多個RFID讀取器之間的RFID 空中接口協議通信。
19. 如權利要求15所述的系統，其中該一個或多個無標籤裝置中 的至少一個是一個主讀取點裝置，該主讀取點裝置能夠利用該RFID 空中接口協議從該主計算機接收信息。
20. 如權利要求19所述的系統，進一步包括一個或多個從屬讀取 點裝置，該主讀取點裝置從該一個或多個讀取點裝置收集數據來創建 一種主/從讀取點裝置的層級安排用於進一步的數據傳輸。
21. 如權利要求20所述的系統，其中根據該層級安排，該主計算 機將數據寫入該RFID系統中的這些讀取點裝置。
22. 如權利要求20所述的系統，其中至少一個讀取點裝置是位於 該一個或多個RFID讀取器的詢問區的外部。
23. 如權利要求15所述的系統，其中至少一個無標籤裝置是一個像機。
24. 如權利要求23所述的系統，其中該像機捕獲一幅圖像並且將 該圖像存儲為一個數據塊，並且其中該RFID讀取器利用該空中接口 協議從該像機數據塊中檢測後向散射信號，這些後向散射信號包括該 數據塊。
25. —種RFID多路復用器，包括控制該多路復用器運行的一個處理單元，該處理單元的運行詢問 一個或多個無標籤裝置以獲取數據；以及用於存儲與這些無標籤裝置相關的數據的一個存儲單元。
全文摘要
一種方法和系統，該方法和系統利用RFID空中接口協議用於在一個RFID系統中在一個或多個RFID讀取器和一個或多個無標籤裝置之間交換數據。一種RFID系統包括在一個詢問區上與一個或多個RFID讀取器進行數據通信的一個或多個無標籤裝置。無標籤裝置利用RFID空中接口協議將無線數據信號傳輸至RFID讀取器並從其接收無線數據信號，而無需實施一種分離的通信基礎結構。該RFID讀取器可以將數據傳送至用於處理所接收信號的一個啟動了RFID後向散射的主計算機。作為讀取點的無標籤裝置與其他無標籤裝置進行通信以建立一種主/從讀取點層級。一個或多個多路復用器可以協助在RFID讀取器和無標籤裝置之間的數據交換以便提供一種更為牢靠的通信網絡。
文檔編號H04B5/00GK101517595SQ200780035990
公開日2009年8月26日 申請日期2007年10月1日 優先權日2006年9月29日
發明者G·M·謝弗, M·埃利克斯 申請人:傳感電子公司