JP2006238381A - System and identification method for wireless tag, and identification program thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スロットアロハ方式を用いた無線タグシステムであり、特に、所定のデータ読取機が不特定多数の携帯無線機とデータの送受信を行う無線タグシステムに関する。 The present invention relates to a wireless tag system using a slot aloha system, and more particularly to a wireless tag system in which a predetermined data reader transmits and receives data to and from an unspecified number of portable wireless devices.
近年、所定の識別情報を付与したRFID(Radio Frequency IDentification)タグを用い、無線通信により物品管理を行う無線タグシステムが広く使用されるようになってきている。
上記無線タグシステムは、RFIDに付与する固有の識別情報(ID番号等)の番号がある程度小さいものであり、価格の安い多数のRFIDタグと受信機(データ読取機)とから構成されている。
これにより、上記無線タグシステムは、RFIDタグを管理対象の物品に添付し(例えば、埋め込み)、この物品の位置を追跡し、移動の履歴やその都度おかれる環境状態を監視及び記録し、視界に入らない遠方から、離れて移動する対象物を制御することができる。(例えば、特許文献1)
The wireless tag system has a small number of unique identification information (ID number or the like) given to an RFID, and is composed of a large number of inexpensive RFID tags and receivers (data readers).
As a result, the RFID tag system attaches an RFID tag to an article to be managed (for example, embeds), tracks the position of the article, monitors and records the movement history and the environmental condition each time, and It is possible to control an object that moves away from a distance that does not enter. (For example, Patent Document 1)
しかしながら、特許文献1に示す無線タグシステムにあっては、データ読取器が読み出し命令を発信すると、電波の届く範囲に存在する不特定多数のRFIDタグから、一斉に応答信号(IDパケット)が発信される。
このとき、データ読取機は、複数のRFIDタグからのIDパケットが衝突することにより、正確に各RFIDタグからのIDパケットを受信することができない。
However, in the wireless tag system disclosed in
At this time, the data reader cannot accurately receive the ID packet from each RFID tag due to the collision of the ID packets from the plurality of RFID tags.
すなわち、上記データ読取機は、各RFIDタグからのデータの送信が、予め設定された同一の無線周波数の帯域を用いているため、一旦検出できなかったRFIDタグをいつまでも検出できないことになる。
例えば、上記データ読取機は、複数のRFIDタグからのIDパケットを受信した際、複数の衝突しているIDパケットの中から、最も強い信号レベルを有するRFIDタグからのものを検出することができる。
That is, since the data reader uses the same radio frequency band set in advance for data transmission from each RFID tag, the RFID tag that could not be detected once cannot be detected indefinitely.
For example, when the data reader receives ID packets from a plurality of RFID tags, the data reader can detect the one from the RFID tag having the strongest signal level among a plurality of colliding ID packets. .
したがって、データ読取機は、検出過程が確率的な多重通信手法において、検出可能な範囲にある全てのRFIDタグからのIDパケットを受信し、受信した中のいくつかのRFIDタグを検出することができない確率を有している。
このため、データ読取機は、多くのRFIDタグが検出可能範囲にあるとき、この範囲にある全てのRFIDタグを検出するため、何度も繰り返して問合せ信号を発信する必要がある。また、全てのRFIDタグが、IDパケットの発信を同じ周波数帯域により行うため、この周波数帯域においてRFIDタグが競合する頻度は高くなる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、事前に数の情報が得られていない不特定多数のRFIDタグとのデータ送受信を行う際、全てのRFIDタグを漏れなく効率的に検出する無線タグシステム及び方法を提供することを目的とする。
Therefore, the data reader can receive ID packets from all RFID tags within the detectable range and detect some of the received RFID tags in a multiplex communication method in which the detection process is probabilistic. I have a probability that I can't.
For this reason, when a number of RFID tags are in the detectable range, the data reader needs to repeatedly send an inquiry signal in order to detect all the RFID tags in this range. In addition, since all RFID tags transmit ID packets in the same frequency band, the frequency with which RFID tags compete in this frequency band increases.
The present invention has been made in view of such circumstances, and when performing data transmission / reception with an unspecified number of RFID tags for which a number of information has not been obtained in advance, all RFID tags are efficiently transmitted without omission. It is an object to provide a wireless tag system and method for detection.
本発明の無線タグシステムは、読取機がタグIDを収集する命令パケットを送信し、タグID読取り期間(フレーム)を複数のスロットからなるタグIDの読取り期間に、スロット毎に各無線タグからのタグIDの含む応答パケットを受信し、不特定多数の無線タグを識別する無線タグシステムであり、前記読取機が、各スロット毎に、タグIDの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認部と、少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定部と、前記推定数から所定の係数を乗じて前記スロット数を求めるフレーム更新部とを有することを特徴とする。 In the wireless tag system of the present invention, the reader transmits an instruction packet for collecting the tag ID, and the tag ID reading period (frame) is set to the tag ID reading period composed of a plurality of slots, and the tag ID is read from each wireless tag for each slot. A wireless tag system that receives a response packet including a tag ID and identifies an unspecified number of wireless tags, and for each slot, the reader is a successful packet that successfully reads the tag ID, A slot confirmation unit that determines whether the response packet is a mixed slot or a response packet that is not received, and a tag that calculates the estimated number of wireless tags from at least the number of successful packets and the number of mixed slots An estimator and a frame updater that obtains the number of slots by multiplying the estimated number by a predetermined coefficient.
本発明の無線タグシステムは、前記所定の係数を少なくとも以下の式を用いたシミュレーションによって求めることを特徴とする(第1の実施形態に対応)。
本発明の無線タグシステムは、前記所定の係数を少なくとも以下の式を用いたシミュレーションによって求めることを特徴とする(第2の実施形態に対応)。
前記式において、フレームサイズがN(i)で、n(i)個のアクティブ型の無線タグ、1つのスロットにq個の無線タグが存在する確率はPq(i)であり、すべてのタグを読出す読取り期間の数(収集ラウンド数)がRa_fで,アクティブ型の無線タグを逃す確率がαであり、q=1の場合、成功しているIDタグ識別の確率はp1(i)である。
The wireless tag system of the present invention is characterized in that the predetermined coefficient is obtained by simulation using at least the following formula (corresponding to the second embodiment).
本発明の無線タグシステムは、前記タグ推定部が無線タグの推定数nest(i)を、nest(i)=s(成功スロットの数)+2.39g(混合スロットの数)の式により計算して求めることを特徴とする。 In the wireless tag system of the present invention, the tag estimation unit calculates the estimated number n est (i) of the wireless tag according to an expression of n est (i) = s (the number of successful slots) +2.39 g (the number of mixed slots). It is calculated and obtained.
本発明の無線タグ識別方法は、読取機がタグIDを収集する命令パケットを送信し、タグID読取り期間を複数のスロットからなるタグIDの読取り期間に、スロット毎に各無線タグからのタグIDの含む応答パケットを受信し、不特定多数の無線タグを識別する無線タグ識別方法であり、前記読取機の識別処理が、スロット確認部が各スロット毎に、タグIDの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認過程と、タグ推定部が少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定過程と、フレーム更新部が前記推定数から所定の係数を乗じて前記スロット数を求めるフレーム更新過程とを有することを特徴とする。 In the wireless tag identification method of the present invention, the reader transmits a command packet for collecting the tag ID, the tag ID reading period is set to the tag ID reading period composed of a plurality of slots, and the tag ID from each wireless tag for each slot. Is a wireless tag identification method for identifying an unspecified number of wireless tags, and the identification process of the reader is a successful packet in which the slot confirmation unit has successfully read the tag ID for each slot. Confirmation process for determining whether the response packet is a mixed slot in which a plurality of response packets are mixed or an empty packet in which the response packet is not received, and the tag estimation unit has at least the number of successful packets and the number of mixed slots A tag estimation process for calculating the estimated number of wireless tags from the frame, and a frame update unit that multiplies the estimated number by a predetermined coefficient to obtain the slot number. And having a chromatography beam update process.
本発明の無線タグ識別プログラムは、読取機がタグIDを収集する命令パケットを送信し、タグID読取り期間を複数のスロットからなるタグIDの読取り期間に、スロット毎に各無線タグからのタグIDの含む応答パケットを受信し、不特定多数の無線タグを識別する無線タグ識別処理をコンピュータに実行させるプログラムであり、前記読取機の識別処理において、スロット確認部が各スロット毎に、タグIDの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認処理と、タグ推定部が少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定処理と、フレーム更新部が前記推定数から所定の係数を乗じて前記スロット数を求めるフレーム更新処理とを有することを特徴とする。 The wireless tag identification program according to the present invention transmits a command packet for collecting a tag ID by a reader, the tag ID reading period is a tag ID reading period composed of a plurality of slots, and the tag ID from each wireless tag for each slot. Is a program that causes a computer to execute a wireless tag identification process for identifying an unspecified number of wireless tags, and in the reader identification process, the slot confirmation unit sets a tag ID for each slot. Slot confirmation processing for determining whether the packet is a successful packet that has been successfully read, a mixed slot in which multiple response packets are mixed, or an empty packet in which the response packet is not received, and the tag estimation unit includes at least a success packet Tag estimation processing for calculating the estimated number of wireless tags from the number of mixed slots and the number of mixed slots; After multiplying a predetermined coefficient and having a frame update process for obtaining the number of the slots.
本発明の記録媒体は、上記無線タグ識別プログラムが記録されたコンピュータが読取り可能な記録媒体である。 The recording medium of the present invention is a computer-readable recording medium in which the above-described RFID tag identification program is recorded.
以上説明したように、本発明によれば、シミュレーション結果から得られた数値を用いた式により、タグ数を推定して、そのタグ数から必要なフレームサイズを計算し、推定したタグ数が所定の閾値を超えた場合にフレームサイズを変更することにより、少ない時間で効率的にタグIDの読取り、すなわち識別を行うことができる。
また、本発明によれば、少ない時間で効率的にタグIDの識別を行うことが可能であるため、特に、アクティブ型の無線タグにおいては消費電力を低減するため、寿命を延ばすことができる。
As described above, according to the present invention, the number of tags is estimated by an equation using a numerical value obtained from the simulation result, the necessary frame size is calculated from the number of tags, and the estimated number of tags is predetermined. By changing the frame size when the threshold value is exceeded, the tag ID can be efficiently read, that is, identified in a short time.
In addition, according to the present invention, it is possible to efficiently identify the tag ID in a short time. In particular, in the active wireless tag, the power consumption is reduced, so that the lifetime can be extended.
すなわち、本発明によれば、パッシブ型もしくはアクティブ型の無線タグを用いる無線タグシステムにおいて、タグの数について事前の情報がないパッシブ型の無線タグを、ALOHAフレームを用い、読出すことにより、最も短い時間でタグIDの読出しを終え、読出し結果(識別結果)において信頼度を保証することができ、全体の読出し時間及び消費電力と、読出し結果の信頼度の水準とを相互に調整することができる(後に説明する(2)式及び(3)式を用いる)。 That is, according to the present invention, in a wireless tag system using a passive or active wireless tag, a passive wireless tag having no prior information on the number of tags can be read out by using an ALOHA frame. The reading of the tag ID can be completed in a short time, and the reliability of the reading result (identification result) can be guaranteed, and the overall reading time and power consumption and the level of reliability of the reading result can be mutually adjusted. Yes (using formulas (2) and (3) described later).
本発明の無線タグシステムは、読取機がタグIDを収集する命令パケットを送信し、タグID読取り期間(フレーム)を複数のスロットからなるタグIDの読取り期間に、スロット毎に各無線タグからのタグIDの含む応答パケットを受信し、不特定多数の無線タグを識別する無線タグシステムであり、読取機が、各スロット毎に、タグIDの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認部と、少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定部と、推定数から所定の係数を乗じてスロット数を求めるフレーム更新部とを有する。 In the wireless tag system of the present invention, the reader transmits an instruction packet for collecting the tag ID, and the tag ID reading period (frame) is set to the tag ID reading period composed of a plurality of slots, and the tag ID is read from each wireless tag for each slot. A wireless tag system that receives a response packet including a tag ID and identifies an unspecified number of wireless tags, and a reader is a successful packet that has successfully read the tag ID for each slot. A slot check unit that determines whether the packet is a mixed slot or an empty packet in which a response packet is not received, and tag estimation that calculates the estimated number of wireless tags from at least the number of successful packets and the number of mixed slots And a frame updating unit that obtains the number of slots by multiplying the estimated number by a predetermined coefficient.
<第1の実施形態>
パッシブ型の衝突防止は,決定論的か、または確率的な場合がある。決定論的な方式では、RFIDタグ(以下無線タグ)は、回線争奪(タグから受信機への無線通信は同じ周波数を用いるので,この周波数を複数のタグが互いに取り合うこと)を避けるのに固定的な選択判定基準を使用しながら、問合せに予定されたやり方で応じる。
これは無線タグタグからタグ読取り機までかなりの量のデータの送信を必要とする。その上、それ(データの送信)が予め決めたパスを辿る(決められた無線周波数の通信を用いた)問合せであるので、見逃されたタグをいつまでも検出できない.例えば、効果的な取り込みのために、受信機の受信は2つの衝突パケットから最も強い信号を正しく戻すことができる。
<First Embodiment>
Passive collision prevention can be deterministic or stochastic. In the deterministic method, RFID tags (hereinafter referred to as wireless tags) are fixed to avoid line contention (the wireless communication from the tag to the receiver uses the same frequency, so that multiple tags share each other). Respond to the query in a planned manner using standard selection criteria.
This requires the transmission of a significant amount of data from the RFID tag to the tag reader. Moreover, since it is a query (using data of a predetermined radio frequency) that follows a predetermined path (data transmission), a missed tag cannot be detected indefinitely. For example, for effective capture, receiver reception can correctly return the strongest signal from two collision packets.
したがって、まだ、受信機がいくつかのタグを逃すような確率がある。確率的な多重通信手法で、タグ読取り機の伝送距離の中のどんなRFIDタグも受信機から問合せに無作為に応じる。多くの無線タグがタグ読取機の伝送距離にあるとき,すべての無線タグを読出すために繰り返し問合せを必要とするほど,伝播争奪(タグから受信機への無線通信は同じ周波数を用いるので,この周波数を複数のタグが互いに取り合う頻度)は、高いかもしれない。その結果、長く読出し時間が必要である。さらに、受信機の問合せ範囲内のタグ数があらかじめ通常知られていないので、最終的な読出し結果における信頼度は保証されにくい。本発明の第1の実施形態は、この問題を解決するものである Therefore, there is still a probability that the receiver will miss some tags. With a probabilistic multiplex technique, any RFID tag within the tag reader's transmission distance responds randomly to the query from the receiver. Propagation contention (the wireless communication from tag to receiver uses the same frequency, so many RFID tags are within the transmission distance of the tag reader, so repeated queries are required to read all the RFID tags. The frequency at which multiple tags interact with each other) may be high. As a result, a long read time is required. Furthermore, since the number of tags within the inquiry range of the receiver is usually not known in advance, the reliability in the final read result is difficult to be guaranteed. The first embodiment of the present invention solves this problem.
そのため、本発明の第1の実施形態において、読取機の問合せ範囲の中でALOHAフレームを使用することによりタグの数を予め知らないで多数のパッシブ型の無線タグを認識するためにメカニズムを提案する。
これにより、第1の実施形態によれば、全体的な読出し時間と消費電力の間で読出し手続きを最適化することができる。
読取機は最初に、初期フレームの長さを一斉送信して、タグから任意に応答を受ける。そして空きスロット、混合スロット、および成功しているスロットの数を得ると、受信機は全体のタグ数を推定して、読出しの時間と消費電力に要求する事項を考慮しフレームの長さを更新する。受信機がタグ数の最終的な推定を得るまで、手続きは繰り返される。結果的に、読出しループの最適化されたフレームサイズと数は得られる。ついに、定義された信頼度がある水準に到達するまで、読取機は左記の読出し手続きを行う。
Therefore, in the first embodiment of the present invention, a mechanism is proposed for recognizing a large number of passive radio tags without knowing the number of tags in advance by using the ALOHA frame in the inquiry range of the reader. To do.
Thereby, according to the first embodiment, the reading procedure can be optimized between the overall reading time and the power consumption.
The reader first broadcasts the initial frame length and optionally receives a response from the tag. Once the number of empty slots, mixed slots, and successful slots is obtained, the receiver estimates the total number of tags and updates the length of the frame taking into account the read time and power consumption requirements. To do. The procedure is repeated until the receiver gets a final estimate of the tag number. As a result, an optimized frame size and number of read loops are obtained. Finally, the reader performs the reading procedure described on the left until the defined reliability reaches a certain level.
以下、本発明の第1の実施形態によるパッシブ型の無線タグを用いた無線タグシステムを図面を参照して説明する。図1は同実施形態の構成例を示すブロック図である。
この図において、読取機1は、スロット確認部11,タグ推定部12,フレーム更新部13,発信部14,受信部15,制御部16及び電源部17を有している。
無線タグ2は、データを発信する発信部21,データを受信する受信部22及びデータの発信/受信の制御を行う制御部23を有している。
Hereinafter, a wireless tag system using a passive wireless tag according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the embodiment.
In this figure, the
The
制御部16は、図2に示す構成の収集命令の命令パケットを生成し、発信部14を介して各無線タグ2へ出力する。
この命令パケットは、図2に示すように、例えば、パケットの送信を通知する受信機プリアンブルと、無線タグ2からの応答を受信するスロットの時間幅を示すスロットサイズと、該フレームにおけるスロット数を示すフレームサイズと、通信パケットの信頼性を保証するための付加コードであるCRC(Cyclic Redundancy Check)コードとから構成されている。ここで、フレームサイズをスロットサイズにより除算した結果がスロットサイズとなる。
The
As shown in FIG. 2, the command packet includes, for example, a receiver preamble that notifies transmission of a packet, a slot size that indicates a time width of a slot that receives a response from the
無線タグ2において、受信部22が受信した上記命令パケットを入力し、制御部23がこの収集命令を検出して、図3に示すタグ応答の応答パケットを生成して、発信部21を介して所定のタイミング、すなわち上記フレーム内のいずれかのスロットのタイミングにて読取機1に対して発信する。
電源部24は、第1の実施形態のパッシブ型タグの場合、読取機1からの電磁誘導や電波により電力を生成して、タグ内の各回路に電力を供給する。
この応答パケットは、図3に示すように、例えば、パケットの送信を通知するタグプリアンブルと、自身の識別情報であるタグIDのデータと、通信パケットの信頼性を保証するための付加コードであるCRCコードとから構成されている。
In the
In the case of the passive tag of the first embodiment, the
As shown in FIG. 3, this response packet is, for example, a tag preamble that notifies the transmission of the packet, tag ID data that is its own identification information, and an additional code for guaranteeing the reliability of the communication packet. CRC code.
スロット確認部11は、受信部14が各スロットにおいて入力される受信データにおけるタグIDの検出処理を行い、この検出結果によりフレームの各スロットが、応答パケットの存在しない空スロット、また2つ以上の複数の無線タグ2からの応答パケットが存在する混合スロット、さらに1つの無線タグからの応答パケットのみが存在する良好スロットのいずれのスロットであるかの検出を行う。
タグ推定部12は、スロット確認部11の検出結果に基づいて、検出可能な範囲にあるタグ数を推定する。
フレーム更新部13は、上記タグ数に対応したフレームサイズを計算し、制御部16へ出力する。
発信部14は制御部16の制御によりタグ2に対して命令パケットを含むデータの発信を行い、受信部15はタグ2からの応答パケットを含むデータの受信を行う。
The
The
The
The
次に、動作の説明を行う前に、読取機1パッシブ型の無線タグ2と読取機1との第1の実施形態におけるタグ推定部12及びフレーム更新部13の行う処理について説明する。
読取機1は、収集を行う前に、全ての無線タグ2が休止状態にあるため、これらを起動させるための起動命令を発信し、その後に命令パケット(収集命令)を発信する。
そして、読取機1は、新たな収集ラウンドにおける命令パケットを発信する前に、タグIDの識別できた無線タグ2に対して休止命令を発信し、次の収集ラウンドの命令パケットを発信する。無線タグ2は1フレーム毎に一度、すなわちいずれかのスロットにて送信を許可される。
Next, before explaining the operation, processing performed by the
Since all the
Then, before transmitting a command packet in a new collection round, the
そして、無線タグ2は、応答パケットを、送信するスロットに開始タイミングに合わせて生成し、このスロット内において送信を終了させる。
また、すでに述べたように、読取機1の送信する命令パケットには、フレームサイズ(フレームのスロット数)とスロット間隔とが含まれている。このスロット間隔は、パケットの送受信に用いられる周波数帯域に対応して逐次設定される。また、フレームサイズは、無線タグ2の有しているタグIDにおいて、読み出しの識別に使用するビット数に基づいて求められる。例えば、タグIDの上位2ビットを用いた場合、フレームサイズは2の2乗の「4」となる。
The
As described above, the command packet transmitted by the
これにより、無線タグ2各々は、制御部23により、フレームサイズから識別に用いているビット数(識別ビット数)を計算し(フレームサイズの平方根を求め)、また、命令パケットの終了タイミングで開始されるフレームにおいて、スロット間隔を用いて、何番目のスロットであるか、すなわち各スロットのスロット番号を逐次計算する。
次に、無線タグ2は、制御部23により、自身のタグIDの上位ビットから上記識別ビット数分のビット列を抽出し、このビット列の示す数を応答スロット番号とする。そして、無線タグ2は、この応答スロット番号と、逐次計算されている上記スロット番号とが一致したスロットのタイミングおいて応答パケットを送信する。
Thereby, each
Next, in the
次に、図1,図4及び図5を用いて、本発明の第1の実施形態における無線タグシステムの動作を説明する。図4は、ALOHA方式を用いた不特定多数のパッシブ型RFIDのタグIDを検出手順を示す概念図である。図5は、第1の実施形態による無線タグシステムの動作例を示すフローチャートである。
図4に示されているように、各無線タグ2は1フレーム内において応答パケットの発信を1度、すなわちフレーム内のいずれかのスロットにおいて応答パケットの発信が行われるように設定されている。すなわち、無線タグ2は、応答パケットの発信を、フレームにおけるいずれかのスロットの開始から終了までの間に終了させる。
Next, the operation of the wireless tag system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a conceptual diagram showing a procedure for detecting tag IDs of an unspecified number of passive RFIDs using the ALOHA method. FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation example of the wireless tag system according to the first embodiment.
As shown in FIG. 4, each
次に、図5に示すフローチャートにおいて、読取機1による無線タグ2各々からのタグIDの読取り動作の一例を説明する。
ステップS1において、制御部16は不特定多数の無線タグ2のタグID収集を実行するため、予め利用者等に設定された各条件を読み込み、初期設定値に基づいた命令パケットを生成し、不特定多数の無線タグ2に対してこの命令パケットを発信する。
このとき、無線タグ2は1フレーム毎に一度、すなわちいずれかのスロットにて送信を許可される。
Next, an example of the reading operation of the tag ID from each
In step S1, the
At this time, the
すなわち、無線タグ2は、応答パケットを、送信するスロットに開始タイミングに合わせて生成し、このスロット内において送信を終了させる。
ここで、読取機1の送信する命令パケットには、フレームサイズ(フレームのスロット数)とスロット間隔とが含まれている。このスロット間隔は、パケットの送受信に用いられる周波数帯域に対応して逐次設定される。また、フレームサイズは、無線タグ2の有しているタグIDにおいて、読み出しの識別に使用するビット数に基づいて求められる。例えば、タグIDの上位2ビットを用いた場合、フレームサイズは2の2乗の「4」となる。
That is, the
Here, the command packet transmitted by the
これにより、無線タグ2各々は、制御部23により、フレームサイズから識別に用いているビット数(識別ビット数)を計算し(フレームサイズの平方根を求め)、また、命令パケットの終了タイミングで開始されるフレームにおいて、スロット間隔を用いて、何番目のスロットであるか、すなわち各スロットのスロット番号を逐次計算する。
次に、無線タグ2は、制御部23により、自身のタグIDの上位ビットから上記識別ビット数分のビット列を抽出し、このビット列の示す数を応答スロット番号とする。そして、無線タグ2は、この応答スロット番号と、逐次計算されている上記スロット番号とが一致したスロットのタイミングおいて応答パケットを送信する。
このとき、制御部16は、例えば、不特定多数ある無線タグ2の推定した数を示すタグセット推定値Inset(i)=0、フレームサイズ(スロット数)N=16,全体的な収集ラウンドRp_f=4,収集ラウンドカウンタi=1,フレーム収集ラウンドカウンタj=1とする。
Thereby, each
Next, in the
At this time, the
次に、ステップS2において、読取機1は各無線タグ2からの応答パケットを受信する。
そして、スロット確認部11は、自身が送信した命令パケットの終了タイミングから開始されるフレームの各スロットから、スロット番号に対応して、応答パケットの受信に成功したスロットか、複数の無線タグ2からの応答パケットが衝突しているスロットか、またはいずれのスロットからの応答パケットも存在しないスロットであるかの検出処理を行う。パッシブ型タグは命令パケットに対して、上述したように自身のタグIDに基づくスロット番号において応答パケットを発信するだけであり、固定的なフレームサイズでは衝突を起こすスロットをなくすことができない。このため、本発明の第1の実施形態においてはタグ数に対応した適切なフレームサイズを求め、新たに無線タグ2に命令パケットにより送信することを行う。
Next, in step S <b> 2, the
Then, the
次に、ステップS3において、タグ推定部12は、以下の処理を行い、不特定多数で数が明確でない無線タグ2の数の推定を行う。ここで用いている収集ラウンドとは、繰り返されるフレームの回数、すなわちタグIDの読み出しの繰り返しの数を示している。
まず、タグ推定部12が行うタグ数の推定に用いる式を求めるために、事前に行うシミュレーションに付いて説明する。このシミュレーション結果を読取機1に実装して、タグ推定部12及びフレーム更新部13各々の処理を実行させる。
i番目ラウンドにおいて、N(i)スロットのフレームサイズにおいて、読み出されるタグがn(i)であり、1つのスロットにおいてq個のスロットが衝突するとした場合の確率は、以下に示す(1)式のように二項式分布する。
Next, in step S <b> 3, the
First, a description will be given of a simulation performed in advance in order to obtain an expression used by the
In the i-th round, in the frame size of N (i) slot, the read tag is n (i), and the probability when q slots collide in one slot is expressed by the following equation (1): The binomial distribution is as follows.
(1)式において、q=1の場合、p1(i)が成功しタグID読み取りの確率である。
したがって、N(i)個のスロットを有するフレームにおける成功しているタグID読取りの数はN(i)*p1(i)となる。
また、Rp_f個(予め設定された収集ラウンド数)のフレームの後に、無線タグ2のタグIDを読みとれない確率は以下に示す(2)で求められる。
In the equation (1), when q = 1, p 1 (i) is a probability of successful tag ID reading.
Thus, the number of successful tag ID reads in a frame with N (i) slots is N (i) * p 1 (i) .
In addition, the probability that the tag ID of the
したがって、収集ラウンドの数Rp_fは、少なくとも、タグID読み取りの信頼度がある水準α以上であるために、パッシブ型の無線タグ2のタグセット(タグ数)n、固定フレームサイズNの関係は以下に示す(3)式で求められる。
Therefore, since the number of collection rounds R p_f is at least a certain level α of the reliability of reading the tag ID, the relationship between the tag set (number of tags) n of the
また、不特定多数の無線タグ2全てを読み出す、最も少ない収集ラウンドの繰り返し回数Rp_t_minは、以下に示す(4)式により求められる。
In addition, the minimum number of collection round repetitions R p_t_min for reading all unspecified number of
上記(4)式により、最も少ない収集ラウンドの繰り返し回数Rp_t_minとともに最適なフレームサイズNmin_pを求めることができる。
そして、上記(4)式は、タグセットnと、フレームサイズNと、全体の読出し時間と、タグ応答の数(全ての無線タグ2からタグIDの読み出しが終了する収集ラウンドの回数)と、タグIDの読み出しの信頼度がある水準αとの関係を示している。
また、この(4)式は、フレームサイズや読出し時間、信頼度などの数値を変更することにより、適時変更される。
According to the above equation (4), the optimum frame size N min — p can be obtained together with the smallest number of collection round repetitions R p — t — min .
Then, the above equation (4) is expressed as follows: tag set n, frame size N, overall readout time, number of tag responses (number of collection rounds at which readout of tag IDs from all
In addition, the expression (4) is changed in a timely manner by changing numerical values such as a frame size, a reading time, and a reliability.
例えば、上記(4)式により、最適のフレームサイズを得ることができ,読出しの最も短い時間を達成するフレームサイズは、Nmin_p=1.4*n(スロット)であり、必要な収集回数Rp_t_minは7未満で,このとき信頼度がある水準α=0.99を満足する。
連続した収集ラウンドにおけるタグIDの読取り処理は、次のラウンドにおける、タグセット、初期フレームサイズによる更新フレームサイズの粗い推定から始める。
例えば、i番目ラウンドにおいては、スロット確認部11が混合スロットをgスロット、成功しているスロットをsスロット、および空きスロットをeスロットとして観測する。
ここで、観測されたスロットに関しては、同一のスロットを選ぶk個のタグの事後的確率分布は以下の(5)式により求められる。
For example, the optimal frame size can be obtained by the above equation (4), and the frame size that achieves the shortest reading time is N min — p = 1.4 * n (slot), and the required number of collection times R p_t_min is less than 7, and at this time, a certain level α = 0.99 is satisfied.
The tag ID reading process in successive collection rounds starts with a rough estimation of the updated frame size with the tag set and initial frame size in the next round.
For example, in the i-th round, the
Here, for the observed slots, the posterior probability distribution of k tags that select the same slot is obtained by the following equation (5).
スロットとタグとの数が等しい場合に観測結果が来ると仮定して、同じスロットを争奪しあうタグの数は、以下の(6)式によって計算される。 Assuming that an observation result comes when the number of slots and tags is equal, the number of tags competing for the same slot is calculated by the following equation (6).
上述した(1)式から(6)式までを用いてシミュレーション(数値計算)を行うと、図6(a),(b),(c)が求められる。信頼度の確率αは「0.99」である。
図6(a)は、(3)式に基づいて生成したグラフであり、縦軸がそれぞれの曲線に示された数の無線タグ2全てからのタグIDの応答を衝突なしに得られる収集ラウンドの数Rp_fを示し、横軸がフレームサイズN(スロット数)を示している。ここで、(3)式においてα=0.99とし、P1は(1)式より、q=1においてタグセットnとフレームサイズNとを与えることにより計算される。この図6(a)の縦軸の全体的な読み出し時間の単位をスロットとしており、この1スロットはタグ応答のの送信時間となる。後述するように、図7及び図8における第1の実施形態でのシミュレーションパラメータに用いタ1スロットの時間幅は「5m秒」である。
図6(b)は、(4)式の一部を用いて生成したグラフであり、縦軸が全体的な読み出し時間(単位m秒)を示し、横軸はフレームサイズ(スロット数)を示している。すなわち、「Rp_t=N*Rp_f」であり、Rp_fは上記図6(a)において求められているので、単に図6(a)の縦軸Rp_fを横軸のフレームサイズNに併せてN倍に伸張させて図6(b)の縦軸Rp_fとすることにより求められる。ここで、(4)式のRp_t_minは図6(b)での各曲線の最小値となり、これを菱形◇によりプロットして示している。
図6(a)及び(b)の双方において、各曲線のタグセットは、パラメータの無線タグ数を、20を単位としたステップにて、290、270、250、230、210、190、170、150、130、110、90、70,50,30、10(個)としている。
図6(c)は、左の縦軸が最適な収集ラウンド(最も少なくタグIDの収集を成功させる)数を示しており実線のグラフに対応し、右の縦軸が最適なフレームサイズを示しており破線のグラフに対応し、横軸がタグセット(無線タグ2の数)を示している。
When simulation (numerical calculation) is performed using the above-described equations (1) to (6), FIGS. 6 (a), 6 (b), and 6 (c) are obtained. The probability α of reliability is “0.99”.
FIG. 6A is a graph generated based on the equation (3), and a collection round in which tag ID responses from all the
FIG. 6B is a graph generated by using a part of the equation (4), where the vertical axis indicates the overall readout time (unit: msec), and the horizontal axis indicates the frame size (number of slots). ing. That is, since “R p_t = N * R p_f ” and R p_f is obtained in FIG. 6A , the vertical axis R p_f in FIG. 6A is simply combined with the horizontal frame size N. Then, it is obtained by multiplying it by N times to obtain the vertical axis R p_f in FIG. Here, Rp_t_min in the equation (4) is the minimum value of each curve in FIG. 6B, which is plotted by rhombuses.
6 (a) and 6 (b), the tag set of each curve is a step of 290, 270, 250, 230, 210, 190, 170, with the number of parameter wireless tags in units of 20. 150, 130, 110, 90, 70, 50, 30, 10 (pieces).
In FIG. 6C, the left vertical axis indicates the number of optimal collection rounds (the least successful tag ID collection), corresponding to the solid line graph, and the right vertical axis indicates the optimal frame size. The horizontal axis indicates the tag set (the number of wireless tags 2) corresponding to the broken line graph.
図6(b)を参照すると分かるように、フレームサイズが増加するに連れて、全体的な読み出し時間が急激に減少し、その最小値である「◇菱形」印を付けた箇所まで減少し、この箇所から徐々に増加する。
また、図6(b)においては、いずれかの無線タグ2の個数のグラフに注目すると、縦軸の読出し時間が同じ値に対し、横軸のフレームサイズは対応する値が2つ存在する。すなわち、2つのフレームサイズが同様に全体的なタグIDの収集を遅延させる要件を有していることを示していると考えられる。
As can be seen from FIG. 6 (b), as the frame size increases, the overall readout time decreases rapidly and decreases to the point marked with “◇ diamond”, which is the minimum value, It gradually increases from this point.
In FIG. 6B, when attention is paid to the graph of the number of any of the
ここで、2つのフレームサイズにおいて、最小値に対して左側に位置する点(フレームサイズの小さい方)は、ALOHAスロットの変動する領域に位置しており、一方、最小値の右側に位置する点(フレームサイズの大きい方)は安定した領域にあり、期待される応答がほとんどえられないと考えられる。
また、図6(c)は、破線のグラフが無線タグの数に対して最適のフレームサイズ(右縦軸)を示しており、実線はその無線タグの数に対応して、全体的なパッシブ型のタグ読出し時間の最小値に到達するために繰り返される最小の収集ラウンドの回数(左縦軸)が示されている。上記図6(c)の実線は図6(a)の「◇菱形」印の点をプロットした曲線であり、図6(c)の破線は図6(b)の「◇菱形」印の点をプロットした曲線である。
Here, in the two frame sizes, the point located on the left side with respect to the minimum value (the smaller frame size) is located in the area where the ALOHA slot fluctuates, while the point located on the right side of the minimum value. (The larger frame size) is in a stable region, and it is considered that the expected response is hardly obtained.
Further, in FIG. 6C, the broken line graph indicates the optimum frame size (right vertical axis) with respect to the number of wireless tags, and the solid line corresponds to the number of wireless tags and the overall passive. The minimum number of collection rounds (left vertical axis) repeated to reach the minimum tag read time for the type is shown. The solid line in FIG. 6C is a curve in which the points marked with “◇ diamond” in FIG. 6A are plotted, and the broken line in FIG. 6C is the point marked with “◇ diamond” in FIG. 6B. Is a plotted curve.
したがって、i番目の収集ラウンドにおける、無線タグ2の推定されるタグセットは、以下の(7)式により計算される。
Therefore, the estimated tag set of the
そして、タグ推定部12には、上記(7)式が記憶されており、スロット確認部11の検出したタグIDの検出が成功したスロット数sと混合スロットgとを入力して、現在(i番目の収集ラウンド)のタグセットを推定する。
また、フレーム更新部13は、タグ推定部12の求めた現在のタグセットから、図6(c)の破線を一次近似して生成された、以下に示す(8)式により次の収集ラウンドのフレームサイズを計算する。この(8)式を用いることにより、(i+1)番目の収集ラウンドにおいて、α=0.99のタグIDの収集を最も短い読み出し時間にて行うように設定できる。
The
Also, the
次に、ステップS4において、フレーム更新部13は、タグID収集の間の乱数的なふらつきを抑制するため、内部に設定されている閾値γ=1.15により、フレームサイズの変更を行うか否かの判定を行う。タグセットの推定nset(i)から(8)式により、次に次に用いるフレームサイズN(i+1)を算出するとき、この(8)式の係数「1.4」を図6(c)の破線グラフを一次近似として用いたが、この一次近似で派生する誤差が「1.15」であり、これを閾値γとした。この閾値γ、すなわち、上記一次近似の誤差を超えれば、一次近似の図6(c)の破線グラフからはずれることになる。閾値γを超えた場合には、フレームサイズN(i+1)を更新して、図6(c)の破線グラフに一次近似させる。
このとき、フレーム更新部13は、タグ数の推定のふらつきが閾値γ倍以上の場合、すなわち、nest(i)≧γ*nest(i-1)の場合のみフレームサイズの更新を行う。ここで、nest(i-1)は直前の収集ラウンドのタグ推定値である。
Next, in step S4, the
At this time, the
そして、フレーム更新部13は、直前の収集ラウンドのタグセット推定値nest(i-1)にγを乗算した値が、タグ推定部12の求めた現在の収集ラウンドのタグセット推定値nest(i)より小さいかまたは等しい場合、処理をステップS5へ進め、nest(i-1)にγを乗算した値が、nest(i)を超える場合、処理をステップS7へ進める。
すなわち、最終的なタグセットの推定を得た場合、信頼度の所定の水準α=0.99を達成するため、収集ラウンドRp_f期間内においては同じフレームサイズのままでなければならない。
このため、新しいフレームサイズに変えるときは、常に、タグIDの収集ラウンドのカウンタをリセット(初期化)する必要がある。
The
That is, when the final tag set estimate is obtained, the same frame size must remain within the collection round R p_f in order to achieve a predetermined level of reliability α = 0.99.
For this reason, whenever changing to a new frame size, it is necessary to reset (initialize) the counter of the tag ID collection round.
次に、ステップS5において、フレーム更新部12は、j=1とし、n(i)をn(i+1)の数値とし、iをインクリメント(1つ増加)させて、処理をステップS6へ進める。
そして、ステップS6において、フレーム制御部12は、フレームサイズを、(8)式により求めたN(i)とし、全体的な収集ラウンドの数Rp_fを、(3)式により求めた数に変更する。
これにより、制御部16は、新たなフレームサイズにより命令パケットを生成し、命令パケットを発信部14を介して発信させた後、処理をステップS2へ戻す。
Next, in step S5, the
In step S6, the
Thereby, the
また、ステップS7において、フレーム更新部12は、収集ラウンドカウンタjをインクリメント(1つ増加)させ、処理をステップS8へ進める。
次に、ステップS8において、フレーム更新部12は、収集ラウンドカウンタjの値が、Rp_f+2を超えたか否かの検出を行う。
このとき、フレーム更新部12は、収集ラウンドカウンタjの値がRp_f+2未満であることを検出した場合、処理をステップS2へ戻し、一方、収集ラウンドカウンタjの値がRp_f+2を超えたことを検出した場合、処理を終了する。
In step S7, the
Next, in step S8, the
At this time, if the
ステップS8において、「Rp_f+2」の「2」の意味は、以下に示す処理上の都合による。初期値j=1とし、ステップS7において「j=j+1」の処理を行うため、j=2となっている。一方、フレーム更新部12は、全体的な収集ラウンドは初期設定においてRp_f=4と定義したため、ステップS8において、Rp_fが2未満であることを検出し、処理をステップS2へ戻す。この後、無線タグ2が存在しない場合、同様にステップS2へ3回戻ることとなり、収集ラウンドを合計4回行い、ループを抜け出して正常に終了することとなる。この収集ラウンドの回数は後で述べるタグセットの推定が4回の収集ラウンドの後に得られる点に合わせている。
In step S8, the meaning of “2” in “R p — f +2” depends on the processing convenience described below. Since the initial value j = 1 and the process of “j = j + 1” is performed in step S7, j = 2. On the other hand, since the overall collection round is defined as Rp_f = 4 in the initial setting, the
上述した図5のフローチャートの処理は、以下のアルゴリズムで実行される。
N= 16; //
i= 0; //counter of collection round given a frame size
do {
i++;
[g, s]= perform_read_cycle(N);
nest(i)= estimate_tag_set(N,g,s); // as per (7)式
if nest(i)> γ*nest(i-1) { // start a new frame size and reset
N= dynamic_frame_size(nest(i)); // as per (8)式
i= 0;}
}while (i<Rp_f ); // read all tags with confidence level
}
The process of the flowchart of FIG. 5 described above is executed by the following algorithm.
N = 16; //
i = 0; // counter of collection round given a frame size
do {
i ++;
[g, s] = perform_read_cycle (N);
n est (i) = estimate_tag_set (N, g, s); // as per (7)
if n est (i)> γ * n est (i-1) {// start a new frame size and reset
N = dynamic_frame_size (n est (i)); // as per (8) expression
i = 0;}
} while (i <R p_f ); // read all tags with confidence level
}
図7と図8は本発明による第1の実施形態による動的なフレームサイズ更新アルゴリズムでのタグIDの読取りのシミュレーション結果を示す。シミュレーションパラメータは、命令パケットの送信時間(読取機→無線タグ)が52m(ミリ)秒であり、タグ応答の送信時間(無線タグ→読取機)が5m秒である。
図7は横軸が無線タグのタグセット(単位:個数)であり、縦軸が全体的な読み出し時間(単位:秒)である。また、図8は横軸が無線タグのタグセット(単位:個数)であり、縦軸が読出し信頼度を得るために必要な最終的に求められたフレームサイズ(スロット数)である。ここで、フレームサイズは、無線タグ2の数が多いと、その読取りを行う過程において更新される。この最終的に求められたフレームサイズは、最終的に全体の無線タグ2のタグIDの読取りが完了した際のフレームサイズを示している。
FIGS. 7 and 8 show the simulation results of reading the tag ID in the dynamic frame size update algorithm according to the first embodiment of the present invention. The simulation parameters are 52 m (milliseconds) for the transmission time of the instruction packet (reader → wireless tag) and 5 milliseconds for the transmission time of the tag response (wireless tag → reader).
In FIG. 7, the horizontal axis represents the tag set (unit: number) of the wireless tags, and the vertical axis represents the overall readout time (unit: second). In FIG. 8, the horizontal axis represents the tag set (unit: number) of the wireless tags, and the vertical axis represents the finally obtained frame size (slot number) necessary for obtaining the read reliability. Here, if the number of
図7は、タグセットの数に対応して、パッシブ型の無線タグ2の全体的な読出し時間について示している。すなわち、無線タグの数が事前に分かっている場合、”opt_ana”は理論的に最適な数値を示す。”PTD_rnd”は本発明の第1の実施形態によるフレームサイズアルゴリズムを用いてタグセットの動的な推定を行いてフレームサイズの更新を行った結果である。また、”PTD_bin”は”PTD_rnd”と同様に、フレームサイズが(16、32、64、128、256)に設定されている状態で期待される(推定)を指示する。
ここで、”PTD_rnd”は、タグセットの推定値nset(i)から(8)式に従い計算されるフレームサイズN(i+1)を更新する際に用いられる。”PTD_bin”においては、フレームサイズN(i+1)を更新する(増加させる)ときに、16,32,54,128,256の順に割り付けてしまう。ただし、無線タグ2からの応答においては、割り付けたフレームサイズのスロットを全て用いる前に、ある回の収集ラウンドが終了する。この状況が図8の最終的なフレームサイズのグラフとなる。この図8を詳細に見ると、”PTD_bin”のグラフはフレームサイズが32,64,128を値を取る辺りにおいて、”PTD_rnd”のグラフに接近していることが分かる。
FIG. 7 shows the overall readout time of the
Here, “PTD_rnd” is used when updating the frame size N (i + 1) calculated according to the equation (8) from the estimated value n set (i) of the tag set. In “PTD_bin”, when the frame size N (i + 1) is updated (increased), it is assigned in the order of 16, 32, 54, 128, 256. However, in the response from the
結果として、本発明のフレームサイズ変更アルゴリズムを用いることにより、無線タグが不特定多数の場合のタグIDの識別処理を、すでに無線タグの数が判明している場合の識別処理と同等の時間(例えば、数倍以内)に抑え、かつ識別処理する不特定多数の無線タグの数については信頼性のある読取りを保証することができる。
不特定多数の無線タグの実際の数に近い、すなわち良いタグセットの推定は、4つめの収集ラウンド後に得られる。すなわち、初期値として、全体的な収集ラウンドRp_fを「4」としてしシミュレーションを行い、図8の結果が得られる。つまり、無線タグ数が既知である理論値に近い結果が、本発明の無線タグの識別処理では収集ラウンドの4回目から得ることができる。一方、収集ラウンドRp_fが「4」未満の回数においては、(3)式より得られる無線タグの数の保証はできない。
そして、図8に示すように、我々が16, 32, 64, 128,か256,のどれかになるようにフレームサイズを制限するとき、全体的な読出し時間はあまり増加していない。すなわち、図8の”PTD_rnd”がフレームサイズを(8)式に従い変更した時の全体的な読み出し時間である。これに対して、”PTD_bin”がフレームサイズを16,32,…,256に制限して変更したときの全体的な読み出し時間である。”PTD_rnd”と”PTD_bin”との比較においては、”PTD_bin”が”PTD_rnd”よりも全体的な読み出し時間を上回っている。しかしながら、この”PTD_rnd”から”PTD_bin”の読み出し時間の増加は大きい場合でも2〜3割程度に留まっている。
As a result, by using the frame size change algorithm of the present invention, the tag ID identification process when there are a large number of wireless tags can be performed at the same time as the identification process when the number of wireless tags is already known ( For example, reliable reading can be ensured for the number of unspecified number of wireless tags to be identified and processed within several times.
An estimate of a good tag set that is close to the actual number of unspecified radio tags is obtained after the fourth collection round. That is, as an initial value, the overall collection round R p_f is set to “4” and simulation is performed, and the result of FIG. 8 is obtained. That is, a result close to the theoretical value in which the number of wireless tags is known can be obtained from the fourth collection round in the wireless tag identification processing of the present invention. On the other hand, when the collection round R p_f is less than “4”, the number of wireless tags obtained from the equation (3) cannot be guaranteed.
And as shown in FIG. 8, when we limit the frame size to be 16, 32, 64, 128, or 256, the overall readout time does not increase much. That is, “PTD_rnd” in FIG. 8 is the overall reading time when the frame size is changed according to the equation (8). On the other hand, “PTD_bin” is the overall readout time when the frame size is limited to 16, 32,. In comparison between “PTD_rnd” and “PTD_bin”, “PTD_bin” exceeds the overall reading time than “PTD_rnd”. However, even if the increase in the reading time from “PTD_rnd” to “PTD_bin” is large, it remains at about 20 to 30%.
<第2の実施形態>
RFIDの衝突防止は,決定論的か、または確率的な場合がある。決定論的な方式はパッシブ型のRFIDシステムで主に使用され,それはRFIDタグからタグ読取り機までかなりの量のデータの送信を必要とする。その上、それ(データの送信)が予め決めたパスを辿る(決められた無線周波数の通信を用いた)問合せであるので,見逃されたタグをいつまでも検出できない.例えば、効果的な取り込みのために、受信機の受信は2つの衝突パケットから最も強い信号を正しく戻すことができる。したがって、まだ、受信機がいくつかのタグを逃すような確率がある。確率的な多重通信手法で、タグ読取り機の伝送距離の中のどんなRFIDタグも受信機から問合せに無作為に応じる。
<Second Embodiment>
RFID collision prevention may be deterministic or stochastic. The deterministic method is mainly used in passive RFID systems, which require the transmission of a significant amount of data from the RFID tag to the tag reader. In addition, since it is a query (using data of a predetermined radio frequency) that follows a predetermined path (data transmission), a missed tag cannot be detected indefinitely. For example, for effective capture, receiver reception can correctly return the strongest signal from two collision packets. Therefore, there is still a probability that the receiver will miss some tags. With a probabilistic multiplex technique, any RFID tag within the tag reader's transmission distance responds randomly to the query from the receiver.
多くのRFIDタグがタグ読取り機の伝送距離にあるとき,すべてのRFIDタグを読出すために繰り返し問合せを必要とするほど,伝播争奪(タグから受信機への無線通信は同じ周波数を用いるので,この周波数を複数のタグが互いに取り合う頻度)は、高いかもしれない。その結果、長い読出し時間と、より多量の電池消費が必要である。これらはアクティブ型のタグの寿命を短縮するであろう。さらに、受信機の問合せ範囲内のタグ数が通常あらかじめ分からないので、それはシステムの最少の読出し時間と最も少ない電池エネルギー使用量の間の相互調整も困難である。本発明の第2の実施形態は上述した問題を解決するものである。 When many RFID tags are within the transmission distance of a tag reader, the contention for propagation (the wireless communication from the tag to the receiver uses the same frequency, so repeated queries are required to read all RFID tags) The frequency at which multiple tags interact with each other) may be high. As a result, longer readout times and higher battery consumption are required. These will shorten the lifetime of active tags. Furthermore, since the number of tags within the receiver's query range is usually not known in advance, it is difficult to coordinate between the minimum readout time of the system and the least battery energy usage. The second embodiment of the present invention solves the above-described problem.
そして、本発明の第2の実施形態は、読取機の問合せ範囲の中でALOHAフレームを使用することにより,タグの数を予め知らないで多数のアクティブ型の無線タグを認識するためのメカニズムを提案する。
この提案によれば、全体的な読出し時間と消費電力の間で読出し手続きを最適化することができる。読出し手続きは固定の初期フレームの長さから始める。空きスロット、混合スロット、および成功しているスロットの数を得ると、読取機は全体のタグ数を推定し、読出しの時間、消費電力の要求事項を考慮して、フレームの長さを更新する。手続きはすべてのタグが読出し終わるまで繰り返される。
The second embodiment of the present invention provides a mechanism for recognizing a large number of active wireless tags without knowing the number of tags in advance by using an ALOHA frame within the inquiry range of the reader. suggest.
According to this proposal, the reading procedure can be optimized between the overall reading time and the power consumption. The read procedure starts with a fixed initial frame length. Once the number of empty slots, mixed slots, and successful slots is obtained, the reader estimates the total number of tags and updates the frame length taking into account the read time and power requirements. . The procedure is repeated until all tags have been read.
以下、本発明の第2の実施形態によるアクティブ型の無線タグを用いた無線タグシステムを図面を参照して説明する。図1は同実施形態の構成例を示すブロック図である。
この図において、読取機1は、スロット確認部11,タグ推定部12,フレーム更新部13,発信部14,受信部15,制御部16及び電源部17を有している。
無線タグ2は、データを発信する発信部21,データを受信する受信部22,データの発信/受信の制御を行う制御部23及び内部の各回路に電源を供給する電源部24を有している。
Hereinafter, a wireless tag system using an active wireless tag according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the embodiment.
In this figure, the
The
制御部16は、図2に示す構成の収集命令の命令パケットを生成し、発信部14を介して各無線タグ2へ出力する。
この命令パケットは、図2に示すように、例えば、パケットの送信を通知する受信機プリアンブルと、無線タグ2からの応答を受信するスロットの時間幅を示すスロットサイズと、該フレームにおけるスロット数を示すフレームサイズと、通信パケットの信頼性を保証するための付加コードであるCRC(Cyclic Redundancy Check)コードとから構成されている。ここで、フレームサイズをスロットサイズにより除算した結果がスロットサイズとなる。
The
As shown in FIG. 2, the command packet includes, for example, a receiver preamble that notifies transmission of a packet, a slot size that indicates a time width of a slot that receives a response from the
無線タグ2において、受信部22が受信した上記命令パケットを入力し、制御部23がこの収集命令を検出して、図3に示すタグ応答の応答パケットを生成して、発信部21を介して所定のタイミング、すなわち上記フレーム内のいずれかのスロットのタイミングにて読取機1に対して発信する。
電源部24は、第2の実施形態のアクティブ型タグの場合、バッテリであり、タグ内の各回路に電力を供給する。
この応答パケットは、図3に示すように、例えば、パケットの送信を通知するタグプリアンブルと、自身の識別情報であるタグIDのデータと、通信パケットの信頼性を保証するための付加コードであるCRCコードとから構成されている。
In the
In the case of the active tag of the second embodiment, the
As shown in FIG. 3, this response packet is, for example, a tag preamble that notifies the transmission of the packet, tag ID data that is its own identification information, and an additional code for guaranteeing the reliability of the communication packet. CRC code.
スロット確認部11は、受信部14が各スロットにおいて入力される受信データにおけるタグIDの検出処理を行い、この検出結果によりフレームの各スロットが、応答パケットの存在しない空スロット、また2つ以上の複数の無線タグ2からの応答パケットが存在する混合スロット、さらに1つの無線タグからの応答パケットのみが存在する良好スロットのいずれのスロットであるかの検出を行う。
タグ推定部12は、スロット確認部11の検出結果に基づいて、検出可能な範囲にあるタグ数を推定する。
フレーム更新部13は、上記タグ数に対応したフレームサイズを計算し、制御部16へ出力する。
発信部14は制御部16の制御によりタグ2に対して命令パケットを含むデータの発信を行い、受信部15はタグ2からの応答パケットを含むデータの受信を行う。
The
The
The
The
次に、動作の説明を行う前に、読取機1パッシブ型の無線タグ2と読取機1との第1の実施形態におけるタグ推定部12及びフレーム更新部13の行う処理について説明する。
無線タグ2は1フレーム毎に一度、すなわちいずれかのスロットにて送信を許可される。そして、無線タグ2は、応答パケットを、送信するスロットに開始タイミングに合わせて生成し、このスロット内において送信を終了させる。
また、すでに述べたように、読取機1の送信する命令パケットには、フレームサイズ(フレームのスロット数)とスロット間隔とが含まれている。このスロット間隔は、パケットの送受信に用いられる周波数帯域に対応して逐次設定される。また、読取気1は各無線タグ2に対して、タグIDのビット列のいずれか2ビットを指定して、その2ビットの指定するスロットにて応答するように指示する。例えば、タグIDの上位2ビットなどとして指定する。このビット数はフレームサイズにより決定される。
Next, before explaining the operation, processing performed by the
The
As described above, the command packet transmitted by the
これにより、無線タグ2各々は、制御部23により、タグIDのビット列において指示された2ビットの示す番号を計算する。例えば、2ビットが「11」であれば3スロット目となる。また、無線タグ2は、命令パケットの終了タイミングで開始されるフレームにおいて、スロット間隔を用いて、何番目のスロットであるか、すなわち各スロットのスロット番号を逐次計算する。
次に、無線タグ2は、制御部23により、自身のタグIDのビット列において指示された2ビットから計算した番号を応答スロット番号とする。そして、無線タグ2は、この応答スロット番号と、逐次計算されている上記スロット番号とが一致したスロットのタイミングおいて応答パケットを送信する。そして、読取機1は応答パケットを受信し、タグIDが識別できた無線タグ2に対して休止命令を送信する。アクティブ型タグはバッテリで動作するため、寿命を延ばすために余分な動作をさせないため、識別できた段階で休止させる。
Accordingly, each
Next, the
次に、図1,図9及び図10を用いて、本発明の第1の実施形態における無線タグシステムの動作を説明する。図9は、ALOHA方式を用いた不特定多数のパッシブ型RFIDのタグIDを検出手順を示す概念図である。図10は、第1の実施形態による無線タグシステムの動作例を示すフローチャートである。
図9に示されているように、各無線タグ2は1フレーム内において応答パケットの発信を1度、すなわちフレーム内のいずれかのスロットにおいて応答パケットの発信が行われるように設定されている。すなわち、無線タグ2は、応答パケットの発信を、フレームにおけるいずれかのスロットの開始から終了までの間に終了させ、タグIDの識別できた無線タグ2に対して休止命令を発信して、識別完了した無線タグを起動状態から、電力消費を低下させるため休止状態に移行させる。
Next, the operation of the wireless tag system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a conceptual diagram showing a procedure for detecting tag IDs of an unspecified number of passive RFIDs using the ALOHA method. FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation example of the wireless tag system according to the first embodiment.
As shown in FIG. 9, each
次に、図10に示すフローチャートにおいて、読取機1による無線タグ2各々からのタグIDの読取り動作の一例を説明する。
ステップS11において、制御部16は不特定多数の無線タグ2のタグID収集を実行するため、予め利用者等に設定された各条件を読み込み、初期設定を行う。
このとき、制御部16は、例えば、不特定多数ある無線タグ2の推定した数を示すタグセット推定値Inset(i)=0、フレームサイズ(スロット数)N=20,収集ラウンドカウンタi=1とする。
Next, in the flowchart shown in FIG. 10, an example of a tag ID reading operation from each
In step S <b> 11, the
At this time, the
次に、ステップS12において、制御部16は不特定多数の無線タグ2に対して起動命令を発信する。
これにより、読取機1の発信する起動命令を受信した無線タグ2全てが、休止状態から起動状態に移行する。
そして、ステップS13において、制御部16は、初期設定値に基づいた命令パケットを生成し、不特定多数の無線タグ2に対してこの命令パケットを発信する。
このとき、無線タグ2は1フレーム毎に一度、すなわちいずれかのスロットにて送信を許可される。
Next, in step S <b> 12, the
As a result, all the
In step S <b> 13, the
At this time, the
すなわち、無線タグ2は、応答パケットを、送信するスロットに開始タイミングに合わせて生成し、このスロット内において送信を終了させる。
ここで、読取機1の送信する命令パケットには、フレームサイズ(フレームのスロット数)とスロット間隔とが含まれている。このスロット間隔は、パケットの送受信に用いられる周波数帯域に対応して逐次設定される。
そして、無線タグ2各々は、制御部23により、自身のタグIDにおいて、命令スロットの示すビット列の指定された複数ビットの示す数を求めて、自身の応答パケットを発信するスロットの番号を計算する。
That is, the
Here, the command packet transmitted by the
Each
これにより、無線タグ2各々は、制御部23により、命令パケットの終了タイミングで開始されるフレームにおいて、スロット間隔を用いて、何番目のスロットであるか、すなわち各スロットのスロット番号を逐次計算する。
次に、無線タグ2は、制御部23により、自身のタグIDのビット列から指定された位置の複数ビットをとり、この複数ビットの示す値を求めて応答スロット番号とする。そして、無線タグ2は、この応答スロット番号と、逐次計算されている上記スロット番号とが一致したスロットのタイミングおいて応答パケットを送信する。
Thereby, each
Next, the
次に、ステップS14において、読取機11のスロット確認部11は、フレーム内の各スロットに、無線タグ2からの応答パケットが受信されるか否かの判定を行う。
すなわち、スロット確認部11は、自身が送信した命令パケットの終了タイミングから開始されるフレームの各スロットから、スロット番号に対応して、応答パケットの受信に成功した成功スロットか、複数の無線タグ2からの応答パケットが衝突している混合スロットか、またはいずれのスロットからの応答パケットも存在しない空スロットであるかの検出処理を行う。
Next, in step S <b> 14, the
That is, the
次に、ステップS15において、スロット確認部11は、フレームの全スロットが空スロットであることを検出した(無線タグからの応答が無い)場合、処理をステップS21へ進め、フレーム内のスロットのいずれかが成功スロットまたは混合スロットであることを検出した(いずれかの無線タグからの応答を受信した)場合、処理をステップS16へ進める。
そして、ステップS16において、制御部16は、スロット確認部11が成功スロットにおいて取得したタグIDを記憶し、このタグIDの無線タグ2に対して休止命令を発信する。
これにより、読取機1により識別された無線タグ2は、起動状態から電力消費の少ない休止状態に移行する。
Next, in step S15, when the
In step S <b> 16, the
As a result, the
次に、ステップS17において、タグ推定部12は、以下の処理を行い、不特定多数で数が明確でない無線タグ2の数の推定を行う。
まず、タグ推定部12が行うタグ数の推定に用いる式を求めるために、事前に行うシミュレーションに付いて説明する。このシミュレーション結果を読取機1に実装して、タグ推定部12及びフレーム更新部13各々の処理を実行させる。
i番目ラウンドにおいて、N(i)スロットのフレームサイズにおいて、読み出されるタグがn(i)であり、1つのスロットにおいてq個のスロットが衝突するとした場合の確率は、すでに述べた(1)式のように二項式分布する。
Next, in step S <b> 17, the
First, a description will be given of a simulation performed in advance in order to obtain an expression used by the
In the i-th round, in the frame size of N (i) slot, the read tag is n (i), and the probability when q slots collide in one slot is the expression (1) described above. The binomial distribution is as follows.
(1)式において、q=1の場合、p1(i)が成功しタグID読み取りの確率である。
識別が成功している無線タグは休止状態となっているため、i番目の収集ラウンドに対して、次の(i+1)番目の収集ラウンドにおけるタグセットは、以下の(9)式に示すように、i番目のタグセットに対して等しいかまたは少ない。
In the equation (1), when q = 1, p 1 (i) is a probability of successful tag ID reading.
Since the wireless tag that has been successfully identified is in the dormant state, the tag set in the next (i + 1) -th collection round with respect to the i-th collection round is as shown in the following formula (9): , Equal to or less than the i th tag set.
また、全ての無線タグ2のタグIDを識別する収集ラウンドの数Ra_fは、上記(2)式において行う。ここで、確率αは無線タグを見失う確率であり、このαの値を基にRa_fを算出する。ここで、N(i)個のスロットを有するフレームにおける成功しているタグID読取りの数はN(i)*p1(i)となる。
そして、最も短く全体の無線タグ2のタグIDを識別する平均時間は、以下に示す(10)式により計算される。
Further, the number of collection rounds R a — f for identifying the tag IDs of all the wireless tags 2 is calculated in the above equation (2). Here, the probability α is a probability of losing sight of the wireless tag, and R a — f is calculated based on the value of α. Here, the number of successful tag ID reads in a frame having N (i) slots is N (i) * p 1 (i) .
Then, the average time for identifying the tag ID of the shortest
また、上記(10)式は、タグセットnと、フレームサイズNと、全体の読出し時間と、タグ応答の数(全ての無線タグ2からタグIDの読み出しが終了する収集ラウンドの回数)と、タグIDの読み出しの信頼度がある水準αとの関係を示している。
また、この(10)式は、フレームサイズや読出し時間、信頼度などの数値を変更することにより、適時変更される。
In addition, the above expression (10) is expressed as follows: tag set n, frame size N, overall reading time, number of tag responses (number of collection rounds at which reading of tag IDs from all
Further, the expression (10) is changed in a timely manner by changing numerical values such as the frame size, the readout time, and the reliability.
例えば、最も短いアクティブ型のタグ読出し時間を達成するフレームサイズは、Nmin_a=0.65*n(ここで、Nはスロットサイズ、nはタグセット)であり、そして、対応する平均したアクティブ型のタグ応答、すなわちタグIDの識別が完了するラウンド数Ra_t_minはおよそ「3」(後に説明する図11(c)により求まる数値)である(ここで用いている0.65は図11(c)の破線を一次近似したものである)。
しかしながら、最も短い読出し時間が達成されるとき、パケット応答(図11(a)の菱形”◇”を付けた箇所)の降下する割合は全体的な平均読み出し時間(図11(b)の菱形”◇”を付けた箇所)の上昇する割合に比較して非常に大幅に変化している。すなわち、最も短い読み出し時間となるフレームサイズを選択するより、僅かに読み出し時間が長くなるフレームサイズ(上記より長いフレームサイズ)を選択する。このフレームサイズの選択処理により、パケット応答を大幅に削減することができ、無線タグの電力の消費を削減できるので、アクティブ型の無線タグにとっては有効である。
For example, the frame size that achieves the shortest active tag read time is N min — a = 0.65 * n (where N is the slot size and n is the tag set) and the corresponding average active type Tag response, that is, the round number Ra_t_min for which identification of the tag ID is completed is approximately “3” (a numerical value obtained from FIG. 11 (c) described later) (0.65 used here is FIG. 11 (c)). ) Is a linear approximation of the broken line).
However, when the shortest read time is achieved, the rate of drop of the packet response (location marked with diamond “” ”in FIG. 11A) is the overall average read time (diamond in FIG. 11B). Compared to the rate of increase in the section marked “◇”), it has changed significantly. That is, a frame size that slightly increases the reading time (a frame size longer than the above) is selected rather than a frame size that provides the shortest reading time. This frame size selection process can greatly reduce the packet response and reduce the power consumption of the wireless tag, which is effective for an active wireless tag.
これは、全体的な読出し時間において、短い発信時間による少しの電力消費により、より多量の電池電力を節約することができることを意味する。Nはスロット単位で、nはタグの個数として、N=nのフレームサイズを使用すると図11(a)及び図11(b)に示すように、タグセットとして290個のアクティブ型の無線タグ2が与えられる場合、全体的なタグ読出し時間は12.4%ほど増加し、そして、タグ応答は最大33.3%ほど削減することができる。すなわち、図11(b)のグラフから、290個の無線タグの全体的な読み出し時間は、横軸フレームサイズが約188スロット(=0.65×290)の位置で530スロット単位時間である。この図11(b)において、N=nのフレームサイズ、すなわち横軸のフレームサイズ「290」において、全体的な読み出し時間は595スロット単位時間となる。すなわち、530スロット単位時間を基準の100%とすると、12.4%増加していることになる。次に、図11(a)のグラフから横軸フレームサイズが約188スロット(上記図11(b)と同様)の位置においては、タグ応答は3収集ラウンドである。上記図11(b)と同様に、横軸横軸のフレームサイズ「290」において、タグ応答が2収集ラウンドに減少するため、全体的な収集時間は3分の1(33.3%)の削減となる。
連続した収集ラウンドにおけるタグIDの読取り処理は、次のラウンドにおける、タグセット、初期フレームサイズによる更新フレームサイズの粗い推定から始める。
This means that a large amount of battery power can be saved in the overall readout time with a small amount of power consumption due to the short transmission time. When N is a slot unit and n is the number of tags, and a frame size of N = n is used, as shown in FIGS. 11A and 11B, 290
The tag ID reading process in successive collection rounds starts with a rough estimation of the updated frame size with the tag set and initial frame size in the next round.
例えば、i番目ラウンドにおいては、スロット確認部11が混合スロットをgスロット、成功している成功スロットをsスロット、および空きスロットをeスロットとして観測する。
ここで、観測されたスロットに関しては、同一のスロットを選ぶk個のタグの事後確率分布は上記(5)式により求められる。
スロットとタグとの数が等しい場合に観測結果が来ると仮定して、同じスロットを争奪しあうタグの数は、上記(6)式によって計算される。
For example, in the i-th round, the
Here, for the observed slots, the posterior probability distribution of k tags that select the same slot is obtained by the above equation (5).
Assuming that an observation result comes when the number of slots and tags is equal, the number of tags competing for the same slot is calculated by the above equation (6).
上述した(1),(2),(5),(9),(10)式を用いてシミュレーション(数値計算)を行うと、図11(a),(b),(c)が求められる。信頼度の確率αは「0.99」である。すなわち、図11(a)は、(2)式及び(9)式に基づいて計算した結果をグラフとしたものである。フレームサイズNを横軸に設定して、(2)式にあるRfをタグの応答Ra_fとして横軸を設定したものである。パラメータには、無線タグ数nを10,30,50,…,290とした。なお、α=0.99とし、P1は(1)式よりq=1でn(i)及びN(i)が与えられると求められる。ここで、n(i)は(9)式により数学的帰納法(i=1,2,…と順に数値を代入して)により求まる。N(i)は、図11(a)の横軸Nとする。さらに、菱形”◇”は、(4)式を満たすフレームサイズNとタグの応答Ra_fの位置にプロットされている。また、図11(b)は、(10)式の一部を用いて生成したグラフである。つまり、Ra_tは(10)式の右辺の括弧”min( )”内の式「数3(請求項)及び数3(課題を解決するための手段の式)」に示す式に相当する。ここで、Ra_fは、上記図6(a)で既に求められているので、図6(a)の横軸Ra_fの値を上記「数3」に代入してRa_tを求めて図6(b)の縦軸とすれば良い。ここで、(10)式のRa_t_minは、図6(b)での各曲線グラフの最小値となり、この最小値を菱形”◇”によりプロットしている。
また、図11(a)の縦軸の全体的な読み出し時間の単位をスロットとしていてこの1スロットはタグ応答の送信時間となる。後述するように、図12及び図13における第2の実施形態でのシミュレーションのパラメータに用いている1スロットは5.364秒である。
図11(b)は、縦軸が全体的な読み出し時間(単位m秒)を示し、横軸はフレームサイズ(スロット数)を示している。
When simulation (numerical calculation) is performed using the above-described equations (1), (2), (5), (9), and (10), FIGS. 11 (a), (b), and (c) are obtained. . The probability α of reliability is “0.99”. That is, FIG. 11A is a graph showing the results calculated based on the equations (2) and (9). The frame size N is set on the horizontal axis, and the horizontal axis is set with R f in the equation (2) as the tag response Ra_f . As parameters, the number of wireless tags n is 10, 30, 50,. It should be noted that α = 0.99, and P1 can be obtained from equation (1) when q = 1 and n (i) and N (i) are given. Here, n (i) is obtained by mathematical induction (substituting numerical values in order of i = 1, 2,...) By the equation (9). N (i) is the horizontal axis N in FIG. Furthermore, the rhombus “ プ ロ ッ ト” is plotted at the position of the frame size N satisfying the equation (4) and the tag response Ra_f . Moreover, FIG.11 (b) is the graph produced | generated using a part of (10) Formula. That is, R a — t corresponds to the expression shown in “Expression 3 (claim) and Expression 3 (expression of means for solving the problem)” in parentheses “min ()” on the right side of Expression (10). Here, since R a_f has already been obtained in FIG. 6 (a), the value of the horizontal axis R a_f in FIG. 6 (a) is substituted into the “
Further, the unit of the overall reading time on the vertical axis in FIG. 11A is a slot, and this one slot is the transmission time of the tag response. As will be described later, one slot used for the simulation parameters in the second embodiment in FIGS. 12 and 13 is 5.364 seconds.
In FIG. 11B, the vertical axis represents the overall read time (unit: msec), and the horizontal axis represents the frame size (number of slots).
図11(a)及び(b)の双方において、各曲線のタグセットは、20を単位としたステップにて、290、270、250、230、210、190、170、150、130、110、90、70,50,30、10(個)となり、10〜300までのフレームサイズがありうる。
図11(c)は、左の縦軸が最適な収集ラウンド(最も少なくタグIDの収集を成功させる)数を示しており実線のグラフに対応し、右の縦軸が最適なフレームサイズを示しており破線のグラフに対応し、横軸がタグセット(無線タグ2の数)を示している。
11 (a) and 11 (b), the tag set of each curve is 290, 270, 250, 230, 210, 190, 170, 150, 130, 110, 90 in steps of 20 units. , 70, 50, 30, 10 (pieces), and frame sizes from 10 to 300 are possible.
In FIG. 11C, the left vertical axis indicates the number of optimal collection rounds (the least successful tag ID collection), corresponding to the solid line graph, and the right vertical axis indicates the optimal frame size. The horizontal axis indicates the tag set (the number of wireless tags 2) corresponding to the broken line graph.
図11(b)を参照すると分かるように、フレームサイズが増加するに連れて、全体的な読み出し時間が急激に減少し、その最小値である「◇菱形」印を付けた箇所まで減少し、この箇所から徐々に増加する。
また、図11(b)においては、いずれかの無線タグ2の個数のグラフに注目すると、縦軸の読出し時間が同じ値に対し、横軸のフレームサイズは対応する値が2つ存在する。すなわち、2つのフレームサイズが同様に全体的なタグIDの収集を遅延させる要件を有していることを示していると考えられる。
As can be seen with reference to FIG. 11 (b), as the frame size increases, the overall readout time decreases rapidly and decreases to the point marked with “◇ diamond”, which is the minimum value, It gradually increases from this point.
In FIG. 11B, when attention is paid to the graph of the number of any of the
ここで、2つのフレームサイズにおいて、最小値の右側に位置する点(フレームサイズの大きい方)は安定した領域にあり、期待される応答がほとんどえられないと考えられる。
最も短いタグIDの識別する時間を達成するフレームサイズは、すでに述べたように、Nmin_a=0.65*nであり、図11(b)の最小値に対応している。
そして、対応する平均した無線タグ2の最適な応答が行われるラウンド数は、およそ「3」であり、図11(c)の実線の値の平均値に対応している。
Here, in the two frame sizes, the point located on the right side of the minimum value (the one with the larger frame size) is in a stable region, and it is considered that the expected response is hardly obtained.
As described above, the frame size for achieving the shortest tag ID identification time is N min — a = 0.65 * n, which corresponds to the minimum value in FIG.
The number of rounds for which the corresponding averaged
また、図11(c)は、破線のグラフが無線タグの数に対して最適のフレームサイズ(右縦軸)を示しており、実線はその無線タグの数に対応して、全体的なパッシブ型のタグ読出し時間の最小値に到達するために繰り返される最小の収集ラウンドの回数(左縦軸)が示されている。上記図11(c)の実線は図11(a)の「◇菱形」印の点をプロットした曲線であり、図11(c)の破線は図11(b)の「◇菱形」印の点をプロットした曲線である。 Further, in FIG. 11C, the broken line graph indicates the optimum frame size (right vertical axis) with respect to the number of wireless tags, and the solid line corresponds to the number of wireless tags and the overall passive. The minimum number of collection rounds (left vertical axis) repeated to reach the minimum tag read time for the type is shown. The solid line in FIG. 11 (c) is a curve obtained by plotting the points marked with “◇ rhombus” in FIG. 11 (a), and the broken line in FIG. 11 (c) is the point marked with “◇ rhombus” in FIG. 11 (b). Is a curve plotted.
したがって、i番目の収集ラウンドにおける、無線タグ2の推定されるタグセットは、上記(7)式により計算される。
そして、タグ推定部12には、上記(7)式が記憶されており、スロット確認部11の検出したタグIDの検出が成功したスロット数sと混合スロットgとを入力して、現在(i番目の収集ラウンド)のタグセットを推定する。
また、フレーム更新部13は、タグ推定部12の求めた現在のタグセットから、以下に示す(11)式により次の収集ラウンドのフレームサイズを計算する。
上述したように、図11(c)の破線を1次近似すると、(11)式におけるβ=0.65となる。このβ=0.65は、無線タグの全体的の読み出し時間を短くする。これよりも大きな値(0.65≦β)、ただし、β<2の範囲で、より大きなフレームサイズを選択すれば、そのサイズの大きさに従い無線タグからの応答パケットの不必要な衝突が回避され、再応答を行うことがなくなるため、エネルギー消費を抑制できる。
Therefore, the estimated tag set of the
The
Further, the
As described above, when the broken line in FIG. 11C is first-order approximated, β = 0.65 in the equation (11) is obtained. This β = 0.65 shortens the overall readout time of the wireless tag. A larger value (0.65 ≦ β), but if a larger frame size is selected within the range of β <2, unnecessary collision of response packets from the wireless tag is avoided according to the size. In this case, the energy consumption can be suppressed because no re-response is performed.
一定のβはタグセットに(論理的に)対応付けし、そして、アプリケーションから要求事項により、フレームサイズは [0.65、2]の範囲中で選択することが適切かもしれない。すなわち、無線タグを用いたアプリケーションにおいて、その要求事項はアプリケーション毎に異なり、例えば、無線タグや読取機が移動する事例においては、より短時間で全ての無線タグからの応答パケットを読取り終える必要がある。このため、β=0.65を選択する。一方、逆にあまり移動は伴わないが、長時間にわたり無線タグの存在の有無を確認するような事例の場合、無線タグの電池の消耗を抑制したい、すなわちエネルギーを節約するために、βは「2」に近い値を選択する。
0.65より小さなβは、より短い読出し時間で、より多くのエネルギー消費を意味するタグ応答につながり、一方、2より大きなβの場合、も同様に、より多くのエネルギー消費を意味するタグ応答につながる。
また、収集の間の乱数的なふらつきを抑制するために、閾値γ=1.15は第1の実施形態と同様に定義される。
A constant β is (logically) associated with the tag set, and depending on the requirements from the application, it may be appropriate to select a frame size in the range [0.65, 2]. That is, in an application using a wireless tag, the requirements differ depending on the application. For example, in a case where a wireless tag or a reader moves, it is necessary to finish reading response packets from all wireless tags in a shorter time. is there. For this reason, β = 0.65 is selected. On the other hand, in the case of checking the presence / absence of the wireless tag over a long period of time without much movement, on the other hand, in order to suppress the consumption of the battery of the wireless tag, that is, to save energy, β is “ Select a value close to 2 ”.
A beta less than 0.65 leads to a tag response that means more energy consumption with a shorter readout time, while a beta response greater than 2 also means a tag response that means more energy consumption. Leads to.
In order to suppress random fluctuations during collection, the threshold γ = 1.15 is defined in the same manner as in the first embodiment.
次に、ステップS18において、フレーム更新部13は、タグID収集の間の乱数的なふらつきを抑制するため、内部に設定されている上記閾値γ=1.15により、フレームサイズの変更を行うか否かの判定を行う。
このとき、フレーム更新部13は、タグ数の推定のふらつきが閾値γ倍以上の場合、すなわち、nest(i)≧γ*nest(i-1)の場合のみフレームサイズの更新を行う。ここで、nest(i-1)は直前の収集ラウンドのタグ推定値である。
Next, in step S18, in order to suppress random fluctuation during tag ID collection, the
At this time, the
そして、フレーム更新部13は、直前の収集ラウンドのタグセット推定値nest(i-1)にγを乗算した値が、タグ推定部12の求めた現在の収集ラウンドのタグセット推定値nest(i)より小さいかまたは等しい場合、処理をステップS19へ進め、nest(i-1)にγを乗算した値が、nest(i)を超える場合、処理をステップS13へ戻す。
すなわち、最終的なタグセットの推定を得た場合、信頼度の所定の水準を達成するため、収集ラウンドRp_f期間内においては同じフレームサイズのままでなければならない。
このため、タグIDの上記収集ラウンドのカウンタの更新はステップS19において行われる。
The
That is, when the final tag set estimate is obtained, it must remain the same frame size within the collection round R p_f in order to achieve a predetermined level of confidence.
For this reason, the counter for the collection round of the tag ID is updated in step S19.
次に、ステップS19において、フレーム更新部13は、現在の(n−1)番目の収集ラウンドにおいて求めたタグセットnest(i-1)を、新たに求めたn番目(現在)の収集ラウンドのタグセットnest(i)に置き換え、収集ラウンドカウンタiをインクリメントして、処理をステップS20へ進める。
そして、ステップS20において、フレーム更新部13は、現在使用しているフレームサイズを、n番目の指定タグセットnest(i)により、新たに求めたフレームサイズN(i)に置き換え、処理をステップS13へ戻す。
Next, in step S19, the
In step S20, the
上述した図10のフローチャートの処理は、以下のフレームサイズ更新アルゴリズムで実行される。
Dynamic_identification {
N= 20; //
i= 0; //counter of collection round given a frame size
do {
i++;
[g, s]= perform_read_cycle(N);
nest(i)= estimate_tag_set(N,g,s); // as per (7)式
if nest(i)> γ*nest(i-1) { // start a new frame size and reset
N= dynamic_frame_size(nest(i)); // as per (11)式
}
} no tag response
}
The process of the flowchart of FIG. 10 described above is executed by the following frame size update algorithm.
Dynamic_identification {
N = 20; //
i = 0; // counter of collection round given a frame size
do {
i ++;
[g, s] = perform_read_cycle (N);
n est (i) = estimate_tag_set (N, g, s); // as per (7)
if n est (i)> γ * n est (i-1) {// start a new frame size and reset
N = dynamic_frame_size (n est (i)); // as per (11) expression
}
} no tag response
}
上述した第2の実施形態におけるアクティブ型の無線タグのタグID読み出し処理で用いる読み出しのスロット数を、推定された無線タグ数により動的に変更するフレームサイズ更新アルゴリズムを用いたシミュレーション結果を図12及び図13に示す。
図12及び図13各々は、β=1である場合における、第2の実施形態による更新アルゴリズムでの、タグセット及び全体的な読出し時間の対応と、タグセット及び最短でタグIDの識別が行える収集ラウンドの回数の対応とが示されている。
図12は横軸が無線タグのタグセット(単位:個数)であり、縦軸が全体的な読み出し時間(単位:秒)である。また、図13は横軸が無線タグのタグセット(単位:個数)であり、縦軸が最短でタグIDの識別が行える収集ラウンドの回数である。
FIG. 12 shows a simulation result using a frame size update algorithm that dynamically changes the number of reading slots used in the tag ID reading process of the active type wireless tag in the second embodiment described above according to the estimated number of wireless tags. And shown in FIG.
FIGS. 12 and 13 each show the correspondence between the tag set and the entire readout time and the identification of the tag ID in the shortest tag set and the shortest in the update algorithm according to the second embodiment when β = 1. The correspondence of the number of collection rounds is shown.
In FIG. 12, the horizontal axis represents the tag set (unit: number) of the wireless tags, and the vertical axis represents the overall readout time (unit: second). In FIG. 13, the horizontal axis represents a tag set (unit: number) of wireless tags, and the vertical axis represents the number of collection rounds in which tag IDs can be identified in the shortest time.
図12及び図13ともに、無線タグの数(タグセット)が事前に分かると、”opt_ana”の曲線は理論的最適を指す。また、”ATD_12”及び”ATD_20”の曲線は、不特定多数である無線タグのタグIDを識別する場合であり、各々アクティブ型の無線タグのタグセット(一式;無線タグの数)の動的な推定(上述した本発明の第2の実施形態によるフレームサイズ更新アルゴリズによる)を行ったものである。この”ATD_12”及び”ATD_20”の曲線各々は、それぞれ初期フレームサイズとして、「12」,「20」を使用したシミュレーション結果である。 In both FIG. 12 and FIG. 13, if the number of wireless tags (tag set) is known in advance, the curve of “opt_ana” indicates the theoretical optimum. The curves “ATD_12” and “ATD_20” are for identifying tag IDs of an unspecified number of wireless tags, and each of the active wireless tag tag sets (a set; the number of wireless tags) is dynamic. (The frame size update algorithm according to the second embodiment of the present invention described above) is performed. Each of the curves “ATD — 12” and “ATD — 20” are simulation results using “12” and “20” as the initial frame sizes.
このシミュレーションにおいて、読取機1と無線タグ2とのデータ送信時間を次のように設定した。タグID収集において、読取機1から無線タグ2への命令パケット発信「4.224m(ミリ)秒」、無線タグ2から読取機1へのタグ応答(応答パケット発信)「5.364m秒」、読取機1から無線タグ2への休止パケット発信「4.512m秒」とした。
これらのシミュレーションパラメータは、ISO/IEC 18000-7原案から採用している。ISO/IEC 18000-7の原案には、フレームサイズとして12個のスロット数を固定とした初期フレームサイズを推奨している。
In this simulation, the data transmission time between the
These simulation parameters are taken from the ISO / IEC 18000-7 draft. The draft ISO / IEC 18000-7 recommends an initial frame size with a fixed number of 12 slots.
図12を見てみると、全体的なタグ読出し時間にはほとんど、理論的な値と、本発明によるアルゴリズムとに違いがない。
すなわち、本発明のフレームサイズ変更アルゴリズムを用いることにより、無線タグが不特定多数の場合のタグIDの識別処理を、すでに無線タグの数が判明している場合の識別処理と同等の時間、すなわち理論的な推定値に近い時間で行うことができ、識別処理を高速化することができる。
Referring to FIG. 12, there is almost no difference between the theoretical value and the algorithm according to the present invention in the overall tag reading time.
That is, by using the frame size change algorithm of the present invention, the tag ID identification process when there are a large number of wireless tags is equivalent to the identification process when the number of wireless tags is already known, that is, It can be performed in a time close to the theoretical estimated value, and the identification process can be speeded up.
さらに、図13を参照すると、初期フレームサイズとして20を用いることにより、10%以上のタグ応答を節減することができる。
本発明の第2の実施形態によるフレーム更新アルゴリズムによると、タグ応答としてほぼ「4.25」と平均した数値が得られており、不特定多数の無線タグの数が増加すればするほど第2の実施形態の効果がより出ると考えられる。
また、本発明の第2の実施形態によれば、図12から、「2.64秒」以内に120個の無線タグのタグIDの識別が、開始時点で無線タグが不特定多数であったとしても可能である。
Furthermore, referring to FIG. 13, by using 20 as the initial frame size, a tag response of 10% or more can be saved.
According to the frame update algorithm according to the second embodiment of the present invention, a numerical value averaged as approximately “4.25” is obtained as the tag response, and the second number increases as the number of unspecified number of wireless tags increases. It is considered that the effect of the embodiment is more effective.
Further, according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 12, the tag IDs of 120 wireless tags are identified within “2.64 seconds”, and the number of wireless tags is unspecified at the start. It is also possible.
なお、図1における読取機1のスロット確認部11,タグ推定部12,フレーム更新部13及び制御部16の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、不特定多数の無線タグのタグ数の推定及びタグフレームサイズ更新処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
The program for realizing the functions of the
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。 The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
1…読取機
2…無線タグ
11…スロット確認部
12…タグ推定部
13…フレーム更新部
14…発信部
15…受信部
16…制御部
21…発信部
22…受信部
23…制御部
24…電源部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記読取機が、
各スロット毎に、タグIDの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認部と、
少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定部と、
前記推定数から所定の係数を乗じて前記スロット数を求めるフレーム更新部と
を有することを特徴とする無線タグシステム。 The reader transmits a command packet for collecting the tag ID, receives the response packet including the tag ID from each wireless tag for each slot during the tag ID reading period of the tag ID consisting of a plurality of slots, A wireless tag system for identifying a specific number of wireless tags;
The reader is
A slot confirmation unit that determines whether each slot is a successful packet successfully read the tag ID, a mixed slot in which a plurality of response packets are mixed, or an empty packet in which no response packet is received;
A tag estimation unit for calculating an estimated number of wireless tags from at least the number of successful packets and the number of mixed slots;
A wireless tag system comprising: a frame update unit that obtains the number of slots by multiplying the estimated number by a predetermined coefficient.
前記式において、フレームサイズがN(i)で、n(i)個のアクティブ型の無線タグ、1つのスロットにq個の無線タグが存在する確率はPq(i)であり、すべてのタグを読出す読取り期間の数がRa_fで,アクティブ型の無線タグを逃す確率がαであり、q=1の場合、成功しているIDタグ識別の確率はp1(i)である。 2. The wireless tag system according to claim 1, wherein the predetermined coefficient is obtained using at least the following equation.
前記読取機の識別処理が、
スロット確認部が各スロット毎に、タグIDの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認過程と、
タグ推定部が少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定過程と、
フレーム更新部が前記推定数から所定の係数を乗じて前記スロット数を求めるフレーム更新過程と
を有することを特徴とする無線タグ識別方法。 The reader transmits a command packet for collecting the tag ID, receives the response packet including the tag ID from each wireless tag for each slot during the tag ID reading period of the tag ID consisting of a plurality of slots, A wireless tag identification method for identifying a specific number of wireless tags,
The identification process of the reader is
Slot for which the slot confirmation unit determines, for each slot, whether it is a successful packet that has succeeded in reading the tag ID, a mixed slot in which a plurality of response packets are mixed, or an empty packet in which no response packet is received. Confirmation process,
A tag estimation process in which a tag estimation unit calculates an estimated number of wireless tags from at least the number of successful packets and the number of mixed slots;
And a frame updating process in which a frame updating unit multiplies the estimated number by a predetermined coefficient to obtain the slot number.
前記読取機の識別処理において、
スロット確認部が各スロット毎に、タグIDの読取りに成功した成功パケットであるか、複数の応答パケットが混在した混在スロットであるか、応答パケットが受信されない空パケットであるかの判定を行うスロット確認処理と、
タグ推定部が少なくとも成功パケットの数及び混在スロットの数から無線タグの推定数を計算するタグ推定処理と、
フレーム更新部が前記推定数から所定の係数を乗じて前記スロット数を求めるフレーム更新処理と
を有することを特徴とする無線タグ識別プログラム。 The reader transmits a command packet for collecting the tag ID, receives the response packet including the tag ID from each wireless tag for each slot during the tag ID reading period of the tag ID consisting of a plurality of slots, A program that causes a computer to execute wireless tag identification processing for identifying a specific number of wireless tags,
In the identification process of the reader,
Slot for which the slot confirmation unit determines, for each slot, whether it is a successful packet that has succeeded in reading the tag ID, a mixed slot in which a plurality of response packets are mixed, or an empty packet in which no response packet is received. Confirmation process,
Tag estimation processing in which the tag estimation unit calculates an estimated number of wireless tags from at least the number of successful packets and the number of mixed slots;
And a frame update process in which a frame update unit multiplies the estimated number by a predetermined coefficient to obtain the slot number.
A computer-readable recording medium on which the wireless tag identification program according to claim 6 is recorded.
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