CN103646262A - 基于物联网的记录环境信息的rfid标签系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的记录环境信息的RFID标签系统。以一个记录温度信息的RFID标签系统为例，第一RFID标签被附着到箱子中，第一RFID标签包括一个温度传感器。该箱子包含了多个包裹。多个第二RFID标签分别附着在多个包裹上。第一RFID标签发送温度信息到多个第二RFID标签。作为响应，多个第二RFID标签记录温度的信息。因此，就没有必要在每一个包裹上都使用昂贵的、集成温度传感器的RFID标签了。根据本发明的特征，传感器可以转换为其他类型的环境传感器，例如温度传感器、湿度传感器或振动传感器。

Description

基于物联网的记录环境信息的RFID标签系统

技术领域

本发明涉及物联网领域和RFID标签技术领域，更具体地是基于物联网的记录温度或其他环境信息的RFID标签系统。

背景技术

有源RFID标签是众所周知的。一个有源RFID标签包括一个小的电池，以及通过一个完整的天线发送射频信号。电池显著增加了RFID标签的成本。发送的射频信号通常包括有源RFID标签的标识编码。有源RFID标签可以发送数据，例如，有源RFID标签可以发送记录的温度数据。一个有源RFID标签可以和一个距离100米以内的接收器进行有效的数据传输。

无源RFID标签也是众所周知的。无源RFID标签不包括电池，无源RFID标签有一个完整的天线接收来自有源RFID标签或远程射频信号收发器发送的射频信号。所发送的射频信号激活了无源RFID标签，即无源RFID标签能够捕获射频信号的能量，接收和使用能量来驱动无源RFID标签上的收发器和其他电路。无源RFID标签还包括存储器，用于存储任何类型的有源RFID标签或其他远程射频信号收发器传送的信息。通常情况下，无源RFID标签的数据传输距离约为3米。

远程射频信号收发器读取无源RFID标签或有源RFID标签的信息。远程射频信号收发器可以读取包含在一个箱子里的商品RFID标签，以确定箱子里包含哪些商品，或确认商品包含在哪一个箱子里。

集成环境传感器的RFID标签也被称为包括温度，湿度或其他环境传感器的有源或无源RFID标签。该温度传感器测量环境温度，并在RFID标签电路中包含该温度传感器的记录信息，例如，环境温度是否改变到高于预定的上限或低于预定下限的。（在无源RFID标签包含温度传感器的情况下，无源RFID标签可以监控和存储由外部的射频信号激活的无源RFID标签的温度信息。）例如，如果集成温度传感器的RFID标签被粘贴到一个对温度敏感的产品上，如食品的外包装上，集成温度传感器的RFID标签将记录在运输过程中，食物是否被暴露在过热或过冷的温度环境里。RFID标签也可以随着时间的推移定期记录温度的采样。对温度敏感的产品在运输维护过程中，经常会有客户要求的，在特定的温度范围内交付产品的条件。虽然这样的集成温度传感器的RFID标签是重要的、便于使用的，但它们的价格也是比较昂贵的，尤其是有很多产品的监测需要使用到集成温度传感器的RFID标签的时候，会产生一笔较高的投入。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种基于物联网的记录环境信息的RFID标签系统。以一个记录温度信息的RFID标签系统为例，第一RFID标签被附着到箱子中，第一RFID标签包括一个温度传感器。该箱子包含了多个包裹。多个第二RFID标签分别附着在多个包裹上。第一RFID标签发送温度信息到多个第二RFID标签。作为响应，多个第二RFID标签记录温度的信息。因此，就没有必要在每一个包裹上都使用昂贵的、集成温度传感器的RFID标签了。

第一RFID标签是有源RFID标签；多个第二RFID标签是无源标签；第一RFID标签发送信息到多个第二RFID标签。

本发明的有益效果是：以具有成本效益的方式，记录RFID标签上的温度信息或其他环境信息。

附图说明

图1是一个采用本发明的RFID系统的分布式应用图。

图2是一个集成温度传感器的有源RFID标签结构图。

图3是一个无源RFID标签（不带温度传感器）的结构图。

图4是标签系统的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述本发明。 

图1示出了采用本发明的RFID系统分布式应用图。以一个记录温度信息的RFID标签系统为例，根据本发明的RFID系统，系统包括有一个集成温度传感器14（或其他类型的环境传感器）的有源RFID标签12。系统还包括多个没有温度传感器的无源RFID标签16 A，B，．．．，N ??。在图示的实施例中，有源RFID标签12被安装到一个箱子20的内壁上，使得温度传感器14在箱子内检测温度。在图示的实施例中，多个无源RFID标签16 A，B，．．．，N ??被附着到相应的包裹22 A，B，．．．，N ??的外包装上。箱子20包含包裹22 A，B，．．．，N ??。包裹22 A，B，．．．，N中 ??包含一个对温度敏感的产品24 A，B，．．．，N ，如食品产品、电子产品等。有源RFID标签12 发送射频信号到无源RFID标签16 A，B，．．．，N ????。射频信号提供温度、身份认证等信息，以及提供能量以激活无源RFID标签16 A，B，．．．，N ??。信息源经过身份验证之后，每个无源RFID标签16A，B，．．．，N ??存储由传感器14 感测到的温度信息，以记录该产品是否曾经被暴露在温度过高或过低的环境下。随后，一个产品接收者可以阅读无源RFID标签16A，B，．．．，N中所??记录的温度信息，以确定该产品是否在不适当的温度条件下毁坏了。

本发明所述的箱子，指的是一个相对封闭的空间，可以是集装箱、车箱、包装箱等。

图2是一个集成温度传感器的有源RFID标签结构图。更加详细地显示出有源RFID标签12包括温度传感器14，电源模块40（如锂离子电池），射频信号收发器42，天线44，微控制器MCU 48 ，存储器50（如EEPROM或SRAM）。有源RFID标签12还包括电子控制电路46，在存储器50中的射频编码程序54，和一个在存储器50中的共享密钥56（用于验证无源RFID标签16A，B，．．．，N）。根据本发明，收发器42包括一个发射器和一个接收器耦合到天线44，用于接收和发送射频信号。控制电路46连接到温度传感器14，向微控制器MCU 48提供的温度信息存储在存储器50的位置52中。例如，控制电路46可以周期性地监视温度传感器14，比较预定的上限和下限，并报告微控制器MCU 48。如果检测到的温度对于温度监测样本高于上限或低于下限时，射频编码程序54在微控制器MCU 48上执行，启动对无源RFID标签16 A，B，．．．，N广播，箱子20中的温度的信息。例如，当由传感器14检测到的温度高于上限或低于下限时，有源RFID标签12可以广播。存储器50的位置56还存储有源RFID标签12 的ID标识号。远程射频信号收发器（图中未示出），从工厂或其他的位置对有源RFID标签12进行初始化，初始化时在有源RFID标签12的存储器50中写入共享密钥56。共享密钥56是一些有源RFID标签12 和所有相关的无源RFID标签16 A，B，．．．，N ??的数值或信息共享（在相同的箱子里）。在数据的发送方，射频编码程序54对要发送的温度信息数据应用散列函数，并将计算的结果生成散列值后和温度信息数据一同发送。在数据的接收方，无源RFID标签16A，B，．．．，N （在相同的箱子），对接收到的温度信息数据应用散列函数，进行独立地计算后得到散列值，通过存储的共享密钥和得到的散列值和发送方进行验证，以确认所接收到的温度信息是由相关联的发送方发出的。对有源RFID标签12的发送方的身份进行验证，防止无源RFID标签16 A，B．．．??N从其他在另一个箱子中的有源RFID标签或远程收发器中接收到不应该接受的温度信息或其他信息。

图3说明无源RFID标签16 A，B，．．．，N ??更多细节。无源RFID标签16A，B，．．．，N ??包括微控制器MCU 68，存储器70（如EEPROM或SRAM），射频信号收发器的天线64，射频信号收发器62。存储器70包含一个射频验证程序74， 根据本发明微控制器MCU 68对接收到的射频信号进行发送方身份验证，以确定箱内的温度信息和在射频信号中包含的其他信息。存储器70的位置76 记录共享密钥和无源RFID标签识别号。根据本发明，存储器70的位置72 还存储由有源RFID标签12发送的温度信息。远程射频信号收发器（图中未示出），在从工厂或其他位置对无源RFID标签16A，B，．．．，N 进行??初始化，初始化时写入唯一的无源RFID标签标识编码以及共享密钥到每个无源RFID标签16 A，B，．．．，N存储器70的位置76 ??。每个无源RFID标签16A，B．．．N存储在存储器中的共享密钥??76对应于存储在有源RFID标签12中的共享密钥56。如上所述，共享密钥使每个无源RFID标签16 A，B，．．．，N与相关的有源RFID标签12验证射频信号（包括温度信息）。

图4更详细地说明在使用过程中，有源RFID标签12中的控制电路46与射频编码程序54与每一个射频无源RFID标签16A，B，．．．，N中的射频验证程序74的功能 ?。

在步骤100时，有源RFID标签12被安装到箱子20的内壁上监测温度，在箱子20内，无源RFID标签16 A，B，．．．N ??连接到各自的包裹22 A，B，．．．N ??外包装上??， 包裹22A，B，．．．，N ??都包含在箱子20里。 在附着到箱子和包裹的有源RFID标签和无源RFID标签出厂时，远程射频信号收发器可以写入共享密钥。在箱子和包装密封前，该远程射频信号收发器可写入共享密钥到有源RFID标签和无源RFID标签里，另外，箱子（含包裹（无源RFID标签）和有源RFID标签）通过传送带向运输卡车移动时，远程射频信号收发器也可以写入共享密钥到有源 RFID标签和无源RFID标签里。远程射频信号收发器为在同一箱子中但不同组的有源和无源RFID标签写入一个不同的共享密钥。另外，发射器可以在出厂时写入共享密钥到有源RFID标签，并将相关的无源RFID标签和有源RFID标签放入同一箱子后，有源RFID标签会对无源RFID标签写入共享密钥。

一段时间以后（例如，在运输过程中），在有源RFID标签12中的温度传感器14检测箱子20内的温度已经超过预定的上限，控制电路46通知射频编码程序54（步骤104）。作为响应，射频编码程序54 开始处理，如下所示，广播一个“超温”信号到无源RFID标签16 A，B，．．．，N ??。首先，射频编码程序54将温度信息（即“超温”信号）和共享密钥（步骤105）计算出一个散列值。然后，射频编码程序发送散列值和温度信息到射频信号收发器42进行散列值和温度信息的广播（步骤106 ）。每个无源RFID标签16 A，B，．．．，N ??在收到广播射频信号后被激活，并试图验证广播是否正确。每个无源RFID标签16 A，B，．．．，N 的射频验证程序74?基于存储的共享密钥76和接收到的温度信息独立地计算散列值（步骤107）。然后，射频验证程序74，它将独立地计算的散列值和广播中包含的散列值进行比较（步骤108）。如果它们匹配（步骤114），则广播是正确的，是有授权的有源RFID 12向无源RFID的16 A，B，．．．，N ??广播的温度信息。接着，每个无源RFID标签16 A，B，．．．，N ??在其存储器70的位置72中存储广播的温度（116步）。最后，当这些包裹被其预定接收者接收到时可以使用一个外部收发器读取存储在存储器70的位置72中的温度信息，以确定该产品在运输过程中是否暴露于过高或过低的温度（步骤118）。

再次请参阅第114 ，如果这两个散列值不匹配。说明有另一个有源 RFID标签情况下，另一个箱子中或通过外部的远程射频信号收发器发送的散列值和温度信息。在这种情况下，无源RFID标签16 A，B，．．．，N ??会忽略所接收到的温度信息，即不存储广播的温度信息（第115步）。在这种情况下，散列值和温度信息，可能是有源 RFID标签在邻近的箱子中广播的。因为箱子20 位于不同的位置，在相邻的箱子内的温度相比箱子20 内的温度是不同的。另一种情况是它的散列值和温度信息也有可能是由黑客发出的，试图提供不真实的温度信息。在这两种情况下，所发送的散列值将不能和独立计算的散列值匹配，无源RFID标签16 A，B，．．．，N就??会忽略所接收到的温度信息。

根据本发明，无源RFID标签记录每个包裹包装上的温度，无源RFID标签不需要任何昂贵的温度传感器。相反，只需要一个集成温度传感器的有源RFID标签和附加到包裹22A，B，．．．，N上面的无源RFID标签16 A，B，．．．，N 。

基于上述情况，一种用于记录环境温度的RFID标签系统已经公开。然而，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以做出修改和替换。例如，记录环境信息的RFID标签系统不是只有一个温度传感器，如果产品是对振动敏感，有源RFID标签可以包括一个振动传感器（和发送振动信息），如果产品是对湿度敏感，可以包括一个湿度传感器（和传输湿度信息）。

此外，其他类型的环境传感器可以代替温度传感器14 。有源RFID标签，无源RFID标签可以用相同的方式传输振动、湿度或其他环境条件信息，如上所述，无源RFID标签验证环境信息的正确性（通过存储的共享密钥和传输环境信息的基础上计算散列值）。如果散列匹配，无源RFID标签对环境信息进行存储。

因此，已经公开了本发明的相关描述并非以此限制本发明多样化的实施方式，任何基于本申请权利要求书记载的技术方案进行简单修改或等效替换所形成的技术方案，均应被视为本发明要求保护的技术方案。

Claims (5)

1.基于物联网的记录环境信息的RFID标签系统，其特征在于：该系统包括，第一RFID标签被粘贴到箱子中，第一RFID标签包括一个环境信息传感器，该箱子包含了多个包裹，多个第二RFID标签分别附加在多个包裹上，第一RFID标签发送环境信息到多个第二RFID标签，作为响应，多个第二RFID标签记录环境的信息；

第一RFID标签发送信息到所述多个第二RFID标签，多个第二RFID标签对接收到的环境信息进行发送方身份验证；

第一RFID标签和多个第二RFID标签的存储器中存储共享密钥；第一RFID标签发送到所述多个第二RFID标签的散列值是第一RFID标签在发送的环境信息和存储器中存储的共享密钥基础上计算出来的；

多个第二RFID标签独立计算的散列值，是根据存储在所述多个第二RFID标签的共享密钥和接收到第一RFID标签的环境信息基础上计算的；

如果所发送的散列值相匹配独立计算的散列值，多个第二RFID标签将记录环境信息；如果所发送的散列值和独立计算出来的散列值不匹配，多个第二RFID标签将忽略该环境信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一RFID标签是有源RFID标签；所述多个第二RFID标签是无源RFID标签。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述环境信息是环境条件的指示，是否超过了预定的环境条件的限制。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述箱子，指的是一个相对独立的空间，如集装箱、车箱、包装箱等。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述环境信息传感器，是温度传感器、湿度传感器、振动传感器。

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