CN101346728B

CN101346728B - 协作的rfid设备

Info

Publication number: CN101346728B
Application number: CN2006800485627A
Authority: CN
Inventors: K·L·戈德兹万; J·休萨科夫斯基
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2026-12-05
Also published as: CN101346728A; EP1966738A2; US9524405B2; WO2007072264A2; EP1966738B1; JP2009521041A; US20080309463A1; JP5107934B2; WO2007072264A3

Abstract

提供知道位于其附近(场范围)的其他RFID设备的协作RFID设备，并且它们的操作模式取决于这些其他设备的存在。如果在读取器终端的RF场中只有协作RFID设备，那么将允许第一类型的操作(例如不允许复杂的通信，但是仅可响应对非敏感数据的请求或者通过根本不允许任何传输而完全隐蔽其存在)，并且在相同RF场中检测到另一定义的且已知的RFID设备时，允许第二类型的操作(例如，允许任何数据传送，响应对包括有敏感数据等在内的任何数据的请求)。

Description

协作的RFID设备

技术领域

本发明涉及一种用于对射频(RF)标识(ID)系统中的通信进行控制的方法、RFID设备、以及RFID系统。

背景技术

射频标识(RFID)技术的利用已发展到它已成为在大量应用中所使用的日常物品这样的程度。这种使用的示例是对盒子中的物品/物件进行扫描和标识、当请求通过ATM对例如银行帐户进行存取时、当请求通过借助于电子锁所锁定的建筑物入口而进入例如旅馆房间时、或者当起动其引擎起动机制受到电子锁保护的车辆时进行标识和授权。为了偷窃保护的目的，非常简单的RFID设备用作附着于商店物品上的标识标签。

通过与读取器/写入器终端相连的天线所产生的RF场来激活RFID设备，该RFID设备通常地集成在上述例示的存取控制或授权机制之内。RFID设备包括控制单元，该控制单元通常保持私有和专有信息，并且与线圈感应天线一起集成在该设备中。线圈感应天线用于从由读取器终端所提供的RF电磁场汲取进行操作所必需的供电。另外，控制单元通过相同RF场与读取器终端传送调制信息。如例如IS0/IEC 14443中所描述的那样对该机制进行标准化。

RFID设备的特征之一是根据嵌入在该设备中的唯一序列号来进行标识。不可能改变该编号并且制造商担保永远不存在复制品。复制相同序列号也是非常困难的任务。

将RFID设备配置成只要该设备在适当配置的RF电磁场的范围内即可与读取器终端交互并传送存储在内部存储器中的信息，而不管该卡的用户/所有者是否知道存在这种RF场。这意味着对于用户/所有者而言很难完全控制对存储在该设备中的信息的存取。

以其中读取器向该设备传送请求并且该设备通过传送应答数据来响应这样的询问-响应的方式来执行RFID设备与读取器终端之间的交互。这种交互所承载的内容会很简单(例如设备通过标识号ID来向读取标识其本身)或者很复杂(例如该设备和读取器执行验证方案并且交换会话加密密钥)。

当多个设备位于读取器附近时，冲突检测协议用于确定设备数目以及它们的ID，因此读取器可询问利用其自己唯一ID所指示的特定设备。当单个设备存在于该场中时，不会出现与另一的冲突，并且该设备可响应该询问而没有干扰。

也就是说，RFID的典型使用是面向确保RFID设备是可读并且是可写的：如果在RF场中只有单独设备，那么不存在来自其他设备的干涉并且该设备是可读且可写的。如果在相同RF场中存在多个设备，那么使用专门的通信过程来确保所有标签都是可读且是可写的。

因此现有技术RFID系统的缺点在于，RFID设备将响应于来自任何兼容读取器的任何合法读取/写入请求。配备有读取器的任何一个人都能够检索或修改存储在RFID设备中的数据。在数据安全性很重要的区域中，必须使用安全、智能的设备以密码学地保护该数据。这些设备很昂贵、结构复杂、并且需要在读取器上的复杂软件以进行正常操作。在美国专利申请公开2005/0099268A1中可找到这种现有技术的示例，该美国专利申请公开了具有基于设备分类的隐私策略实现的射频标识系统。

发明内容

因此本发明的目的是克服与如上所讨论的现有技术RFID系统有关的缺点。该目的通过提供协作RFID设备来实现，其中协作RFID设备知道位于其附近(场范围)的其他RFID设备，并且它们的操作模式取决于这些其他设备的存在。如果在读取器终端的RF场中只有单独的协作RFID设备，那么将允许第一类型的操作(例如不允许复杂的通信，而是仅可响应于对非敏感数据的请求或者通过根本不允许任何传输而完全隐蔽其存在)，并且当在相同RF场中检测到另一已定义且已知的RFID设备时，允许第二类型的操作(例如，允许任何数据传送，响应于对包括敏感数据等在内的任何数据的请求)。

因此，在第一方面中，本发明提供了一种用于对在RFID系统中的第一设备与读取器终端之间的通信进行控制的方法，其中第一设备执行步骤：执行第一类型的操作、检测是否执行来自RFID系统中的至少第二设备的广播、并且由此确定是否存在检测状态。如果存在检测状态，那么将第一设备配置成执行第一类型的操作，并且如果不存在检测状态，那么将第一设备配置成仅继续执行所述第一类型的操作。

第一类型的操作包括接收数据。第一类型的操作还包括对可以是任何非敏感数据的第一数据序列进行广播。第二类型的操作可包括与RFID系统中的实体进行通信，其包括响应对第一设备的标识符的请求。第二类型的操作还必然有或多或少和与其他实体的通信无关的操作过程，诸如使设备控制器中的处理环境之内的状态简单地变化或者诸如使就例如设备的颜色等等而言的外观改变之类的更有形的状态改变。

换句话说，本发明提供了一种用于RFID设备的操作模式，其被表示为″协作″。也就是说，当协作的RFID设备被放置在读取器终端的RF场中时，它将以第一方式进行操作(例如完全保持沉默或者以非敏感数据来响应读取器)。只要它是唯一存在于RF场中的RFID设备，那么它继续以第一方式进行操作。当一个或多个其他RFID设备被放置在相同RF场中时，协作设备将通过监听其他RFID设备所执行的通信，例如对在两个或更多设备进行广播时将会出现的冲突进行检测，来检测其他设备的存在。此后仅允许协作设备以第二方式进行操作，例如允许进一步通信，其通常涉及由读取器终端所发出的、与诸如协作设备的标识符这样的更敏感数据有关的读/写请求。

本发明可以例如使用已有RFID冲突检测机制来以下述方式影响设备的行为：如果协作设备在其初始进入期间通过广播非敏感数据而没有检测到冲突，那么该设备拒绝响应其他命令。它将仅保持对非敏感数据的询问的响应，直至出现冲突为止。在检测到冲突之后，该设备可推断出在RF场中存在另一RFID设备，并且允许进一步的通信。

此外，如果存在检测状态，那么本发明还包括接收例如标识符这样的、从至少第二设备广播的至少一个数据项，并且根据所接收到的至少一个数据项来对第一设备进行配置。

换句话说，在相同RF场中检测到一个或多个RFID设备之后，协作RFID设备可以仅通过监听来检索诸如存在于该场中的其他设备的ID之类的数据项。其他设备不必是协作设备。协作设备的操作行为会受到其他设备的ID的影响；如果它是已知且信任的ID，那么该协作设备将进行诸如通信这样的新类型的操作，否则仅通过例如保持沉默来继续操作。

因此协作设备可对多于一个其他设备进行监听并且拾取来自多个设备的响应。此后，如果在该场中存在设备的适当组合，那么允许诸如数据释放这样的新类型的操作。协作设备还可仅拾取一些数据段或者按照或多或少复杂的算法来推断设备的适当组合是否是真的存在于附近。

可使协作设备仅在存在某个其他RFID设备或者一组设备(即″信任″设备)的情况下进行操作，因此根据存在原则来限制对其所存储数据的存取。

因此，使所述第一设备执行第二类型的操作的步骤可包括：提供对第一设备中的数据存储装置的第一和/或第二类型的存取。这些类型的存取分别可以是读存取和写存取的那些类型。

此外，接收诸如标识符之类的至少一个数据项的步骤包括接收来自多个相应设备的多个数据项并且对第一设备进行配置可包括在接收到第一数据项的情况下提供对存储装置的第一类型的存取并且在接收到第二数据项的情况下提供对存储装置第二类型的存取。

换句话说，取决于存在于相同RF场中的其他RFID设备的诸如标识之类的数据项，协作设备可基于与这些其他RFID设备的数据项相关的特权来调整对其存储装置中的数据的存取。例如，当存在具有ID1的设备时，协作设备可授权对所存储数据进行只读存取，当存在具有ID2的设备时，授权对存储数据进行只写存取，当存在具有ID3的设备时授权对存储数据进行读写存取等等。

因此，按照有利的方式，本发明基于受信RFID设备(多个)存在于附近的原则来提供数据保护机制，这允许数据释放。读取器终端不能检索或修改存储在RFID设备上数据，除非该设备检验到数据释放条件。当满足这种条件(存在信任设备)时，甚至简单的已有读取器终端也可能够对存储在RFID设备中的数据进行存取而没有限制。必要时，可在单个设备的基础上实现任何限制和任何存取策略，然而这以增大协作设备的复杂性为代价。

此外，因为在如上所讨论的通信期间没有特定需要密码协议，因此在读取器终端中运行的控制软件可以相对简单。还可以例如使用现有冲突检测机制这样的十分简单的方式来实现在协作RFID设备上运行的逻辑。

在其他方面，本发明提供了一种具有如上所述的相应特征和优点的RFID设备以及RFID系统。

附图说明

现在就优选实施例并且参考附图对本发明进行描述，在附图中：

图1示意性地给出了RFID系统；

图2a和2b示意性地给出了被配置为根据本发明进行操作的RFID系统；

图3是说明对根据本发明的RFID系统中的通信进行控制的方法的流程图；

图4示意性地给出了被配置为根据本发明进行操作的RFID系统；以及

图5是说明根据本本发明的RFID系统中的通信进行控制的方法的流程图。

具体实施方式

图1中对典型的RFID系统100进行了示意性描述。RFID读取器/写入器终端104生成如图1所示的具有外边界117′的RF电磁场117并且通过天线116对其进行传送。不应将RF场的边界117′解释为RF场强处于特定级别的边界，而是应将其解释为在其之内可与RFID设备进行通信的边界。RFID设备102位于该RF场117之内。可以非接触式智能卡、标签等形式的RFID设备包括线圈天线114，该线圈天线114被配置为通过接收RF能量而与RF场117交互并且对来自读取器/写入器终端104的调制数据进行传送。天线114与RFID设备控制单元110相连，该RFID设备控制单元110包括可编程电路用于执行下述固件和软件指令以便对与读取器/写入器终端104的通信进行控制并且执行包括有接收数据、处理数据、以及将数据存储到存储单元112中在内的任何必需处理。因此，如下面所例示的，与控制单元110相连的存储单元112保存至少包括RFID设备102的唯一标识符以及应用相关的任何其他信息的数据。

RFID读取器/写入器终端104成为系统100的一部分，在该系统100 中，控制计算机系统106进行操作以提供数据并且接收来自通常诸如设备102这样的多个RFID设备的数据。在典型的应用中，控制计算机系统106按照如下所例示的应用特定方式进行操作。

现在转到图2a、2b、以及图3，对诸如参考图1所描述的系统100之类的、根据本发明进行操作的RFID系统200进行描述。

图2a说明了在读取器/写入器终端204生成了具有第一RFID设备202位于其中的边界201的RF场时的第一时间点的状况。读取器/写入器终端204与第一RFID设备202之间指示有第一通信信道203。第二RFID设备220位于RF场的边界201之外并且因此不能与读取器/写入器终端204进行通信。

图2b说明了在读取器/写入器终端204继续生成RF场并且第一RFID设备保持与读取器/写入器终端204的连接203′时的第二时间点的状况。然而，在第二时间点上，已将第二RFID设备220重定位到读取器/写入器终端204所生成的RF场的边界201之内的位置。因此，在读取器/写入器终端204与第二RFID设备220之间存在第二通信信道205。如下所详细讨论的那样，通过将第二RFID设备220重定位到读取器/写入器终端204所生成的RF场中，在第一设备202与第二设备220之间出现了第三通信信道207。

现在，将参考图3中的流程图以及图2a和2b，对用于对在图2a和2b中所说明的实体之间的通信进行控制的方法进行讨论。从第一RFID设备202的观点来描述该方法并且由第一设备202中的控制器和相关存储器电路来执行实现该方法的软件指令的执行。虽然未在图2a和2b中明确地说明，但是该电路与参考图1所描述的RFID设备102的电路相类似。

在操作步骤301和检测步骤303中，第一RFID设备202通过保持沉默(并且由此隐藏其存在性)或者如该技术所熟知的、由读取器/写入器终端204通过RF场触发来反复地广播诸如随机数据序列之类的非敏感数据来执行第一类型的操作，并且检测是否有任何其他实体在RF场中广播诸如ID之类的数据。如果设备202检测到另一实体广播，例如检测到广播冲突，那么设备202的操作继续验证步骤305。在验证步骤305期间，控制器(图2中未示出)验证存在于RF场中的其他实体是否是正确的。如果不正确，那么步骤序列回到步骤301。如果在步骤 305中验证了其他实体，那么该步骤序列继续到使能步骤307，并且建立通过操作指令的继续执行而允许的第二类型的操作。在继续执行期间，设备202在接收步骤309期间通过调制RF场接收来自读取器/写入器终端204的命令以执行特定操作。当然，该特定操作是应用特定的并且必然伴有读取存储在RFID设备202中的受保护数据，例如诸如标识符这样的敏感数据，并且如下所例示的将该数据传送到读取器/写入器终端204。此后在执行指令步骤311中执行该特定命令。

图4和5对仅当两个其他设备已被代入到RFED读取器终端的RF场中时、第一RFID设备执行特定操作的本发明的另一示例进行说明。

图4说明了与图2b相类似的系统400中的状况。也就是说，图4说明了在读取器/写入器终端404已经继续生成由边界401所定义的RF场并且第一RFID设备402保持与读取器/写入器终端404的连接403时的时间点处的状况。此外，在该时间点处，第二RFID设备420和第三RFID设备430已被带入到读取器/写入器终端404所生成的RF场的边界401之内的相应位置。因此，分别在读取器/写入器终端404与第二和第三RFID设备420，430之间存在第二和第三通信信道405，411。此外，与图2b中的状况相类似，还分别在第一与第二设备402，420以及第一与第三设备402，430之间建立了第四和第五通信信道407，409。

第二和第三RFID设备420，430也通过通信信道相连。然而，对于该示例来说，为了清楚起见省略对这种信道的描述。

现在转到图5，在操作步骤501和检测步骤503中，第一RFID设备402通过保持沉默(并且由此隐藏其存在性)或者如该技术所熟知的、由读取器/写入器终端204通过RF场触发来反复地广播诸如随机数据序列这样的非敏感数据来执行第一类型的操作，并且检测是否有任何其他实体在RF场中广播诸如ID之类的数据。如果设备402检测到另一实体广播，也就是说检测到来自第二设备420和第三设备430的任何一个的广播，那么设备402的操作继续到验证步骤505。在验证步骤505期间，控制器(图4中未示出)通过对实体所传送的数据进行检查来验证存在于RF场中的其他实体是否是第二设备420。如果不正确，那么步骤序列返回到步骤501。

如果在步骤505中将该其他实体验证为第二设备420，那么步骤序列继续命令接收步骤507，在该命令接收步骤507期间，设备402从读取器/写入器终端404接收命令以执行诸如提供具有第一级别的存取限制的特定存储数据之类的特定类型的操作，该特定存储数据例如是诸如标识符这样的更敏感数据。因此，第二设备420存在于RF场中的可使读取器/写入器终端404对存储在第一设备402中的第一存取级数据进行存取。此后在传送步骤509中向读取器/写入器终端404提供该数据。

除非设备402在检测步骤511中检测到来自任何其他设备的广播，否则就分别继续步骤507和509中的命令接收和数据传送。如果设备402检测到另一实体广播，也就是说检测到来自第二设备420和第三设备430中任何一个的广播，那么设备402的操作继续到第二验证步骤513。在该验证步骤513期间，控制器(图4中未示出)通过对实体所发送的数据进行检查来验证存在于RF场中的其他实体是第三设备430。如果不正确，那么步骤序列回到步骤507并且保持以第一存取级对数据进行存取。

如果在步骤513中将其他实体验证为是第三设备430，那么步骤序列继续到命令接收步骤515，在该命令接收步骤515期间，设备402从读取器/写入器终端404接收命令以执行诸如提供具有第二级别存取限制的特定存储数据之类的特定类型的操作。这样的数据可包括比具有第一级别存取限制的数据更敏感的数据。因此，存在于RF场中的第三设备430可使读取器/写入器终端404对存储在第一设备402中的第二存取级数据进行存取。在传送步骤517中向读取器/写入器终端404提供该数据。

上述示例是本发明的示意性描述实施例。这适用在其中需要对于存储在RFID设备上的数据进行保护的简单且便宜的解决方案的大量特定应用环境中。

例如，在涉及邮政包裹标签的应用中，协作标签包括与目的地址有关的″公用″信息以及与发送器和内容有关的″私有″信息。在可疑包裹的情况下，该″私有″信息仅仅是安全或海关人员可存取的。

该应用的另一区域是隐蔽产品的序列号；RFID标签可向任何读取器发布包括有与产品的制造商有关的信息的″公用″数据，但是在有秘密制造商的RFID设备的情况下(例如以非接触式智能卡形式)，发布诸如″专用″序列号这样的附加信息，这可例如在产品沿着销售链的进展期间对产品进行详细追踪。

还有一个应用区域是保护隐私：协作RFID设备可用于存储所有个人信息(名称、照片、地址等等)，但是仅在有国家安全工作人员的情况下释放该数据(例如在护照控制期间)。

又一个是隐藏其存在性的RFID设备加标签于个人项目这样的应用。该项目仅在存在标签组信任的它们所有者的RFID设备的情况下以唯一标识符和它们的数据做出响应。该项目将不会表现为另外配备有RFID设备，这将使未经请求的项目追踪无效。该应用领域所提供的隐私保护是现有解决方案通常所缺乏的宝贵特征。

Claims

1.一种用于对RFID系统(100，200，400)中的第一设备(102，202，402)与读取器/写入器终端(104，204，404)之间的通信进行控制的方法，其中所述读取器/写入器终端(104，204，404)与所述第一设备(102，202，402)相分离，而且其中所述第一设备执行步骤：

执行第一类型的操作；

检测是否从RFID系统(100，200，400)中的至少第二设备(220，420，430)执行广播，并且从而确定是否存在检测状态，其中所述至少第二设备(220，420，430)与所述读取器/写入器终端(104，204，404)和所述第一设备(102，202，402)相分离；

如果存在所述检测状态，那么允许所述第一设备执行第二类型的操作。

2.根据权利要求1的方法，其中如果不存在所述检测状态，那么所述第一设备(102，202，402)被布置为仅继续执行所述第一类型的操作。

3.根据权利要求1或2的方法，其中所述第一类型的操作包括接收数据或者包括广播第一数据序列。

4.根据权利要求1的方法，其中所述第二类型的操作包括与RFID系统中的所述读取器/写入器终端或者所述至少第二设备(204，220，404，420，430)进行通信。

5.根据权利要求1或4的方法，其中所述第二类型的操作包括响应所述读取器/写入器终端对所述第一设备(102，202，402)的标识符的请求。

6.根据权利要求1的方法，还包括：

如果存在所述检测状态，那么从至少所述第二设备接收至少一个数据项广播并且对所述第一设备(102，202，402)进行配置以根据所接收到的至少一个数据项进行操作。

7.根据权利要求1的方法，其中所述允许所述第一设备(102，202，402)执行第二类型的操作的步骤包括提供对所述第一设备(102，202，402)中的存储装置(112)的第一类型存取。

8.根据权利要求7的方法，其中所述允许所述第一设备(102，202，402)执行第二类型的操作的步骤包括提供对所述第一设备(102，202，402)中的所述存储装置(112)的第二类型存取。

9.根据权利要求6的方法，其中接收至少一个数据项的步骤包括接收来自多个所述至少第二设备(420，430)的多个数据项。

10.根据权利要求9的方法，其中对所述第一设备(102，202，402)进行配置包括在接收到第一数据项的情况下提供对存储装置(112)的第一类型存取并且在接收到第二数据项的情况下提供对所述存储装置(112)的第二类型存取。

11.根据权利要求8或10的方法，其中所述第一类型的存取是读存取并且所述第二类型的存取是写存取。

12.根据权利要求1的方法，其中所述第二类型的操作包括改变第一设备(102，202，402)的状态。

13.一种在RFI D系统中使用以便与读取器/写入器终端进行通信的第一RFID设备，其中所述读取器/写入器终端与所述第一RFID设备相分离，而且其中所述第一RFID设备包括：

用于执行第一类型的操作的装置；

用于检测是否从所述RFID系统中的至少第二RFID设备执行广播，并且从而确定是否存在检测状态的装置，其中所述至少第二设备与所述读取器/写入器终端和所述第一RFID设备相分离；以及

用于如果存在所述检测状态，那么允许所述第一RFID设备执行第二类型的操作的装置。

14.根据权利要求13的第一RFID设备，所述第一RFID设备被布置为RFID标签、RFID应答器或者非接触式智能卡。

15.一种RFID系统(100，200，400)，该RFID系统包括读取器/写入器终端(104，204，404)以及多个根据权利要求13或者14任何一个所述的第一RFID设备(102，202，402)。