CN111033538A - 低温容器中的大量rfid标签的管理 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于诸如低温容器的容器的射频识别系统，该射频识别系统包括：用于低温吸管的大量射频识别标签，优选至少100个射频识别标签，每个射频识别标签可贴附到或嵌入在低温吸管中；和询问单元，该询问单元适于放置或集成在低温容器内部；其中，询问单元和射频识别标签被配置为以至少30MHz的频率操作。本公开还涉及一种识别低温容器中的大量射频识别标签(优选至少100个射频识别标签)的方法，方法包括以下步骤：将射频识别询问单元配置为以至少30MHz的频率在容器中发送射频询问信号；将射频识别询问单元配置为以多种不同的信号传播模式操作，使得低温容器被分为多个传播区域，其中，每个传播区域与对应的传播模式关联，并且其中，当询问单元处于对应的传播模式时，仅激发特定传播区域内的射频识别标签；以及将射频识别询问单元配置为从射频识别标签接收射频响应信号。

Description

低温容器中的大量RFID标签的管理
技术领域
本公开涉及用于处理诸如低温容器的容器中的射频识别标签的方法和系统。具体地，该方法和系统旨在用于处理低温容器中的大量紧密隔开的射频识别(RFID)标签，优选地，其中，RFID标签贴附到低温吸管。
背景技术
保存有机材料，诸如DNA材料和精子样本，需要非常低的存储温度。长期以来，这由低温冷冻来实现，在低温冷冻中，将有机样本浸入沸点为-196℃的液氮中。极冷温度下的低温保存显著增加细胞的寿命。低温温度(cryogenic temperature)范围被定义为从-150℃至绝对零度-273.15℃(分子运动在理论上尽可能接近于完全停止的温度)。当对存储在低温温度下的样本执行审核时，期望将样本花费在低温环境外部的时间最小化。生物样本可以保存在单独的塑料吸管或小瓶中。然后将这些小瓶捆扎并通常将其大量浸入装满液氮的小罐(诸如低温存储杜瓦瓶)中。跟踪各个小瓶可能涉及大量的体力劳动，在这种情况下，必须将小瓶从小罐临时移出以便进行登记和随后的簿记。
射频识别技术已经广泛用于许多应用中，例如供应链管理、货物跟踪和物流，但是关于存在有关可靠性、形状系数以及温度范围的严格要求挑战的低温保存尚未被充分的开发。
用于保持大量低温吸管的低温保存容器通常尺寸较小，并且可能包含数千个紧密隔开的低温吸管。例如，吸管的直径可能是2mm，并且两个相邻吸管之间的距离小于0.5mm。这对于识别样本提出了若干挑战，特别是因为为此目的的RFID系统将需要能够在从低温温度到室温的温度范围内操作。市场上可买到的RFID解决方案通常能够操作到-80℃，但无法在该温度限制以下激活RFID标签。现有技术的RFID标签可以在更宽的温度范围内操作，但会遭受大标签尺寸或短读取距离，这些不适合处理低温容器中的大量紧密隔开的RFID标签。因为低温吸管通常被紧密包装，所以相邻RFID标签的天线之间的相互耦合也将考虑在内。管理大量RFID标签的另一挑战是如果低温容器包含大量具有独立身份的样本，则识别样本可能是一项非常耗时的任务。
发明内容
本公开涉及一种识别诸如低温容器的容器中的大量射频识别标签的方法，并且涉及一种用于诸如低温容器的容器的射频识别系统，该系统能够在所需温度范围内处理大量射频识别标签。通过并入一种用于识别容器内部的识别标签的系统，不必从容器取出样本进行识别。
通过在高频(诸如在30MHz-60GHz范围内，优选地在800-2500MHz范围内)下操作甚至在诸如至少60GHz的更高频率下操作，RFID标签的天线可以被设计得非常细并且嵌入或贴附到低温吸管。发明人已经发现，在这些高频下在液氮(LN2)中的无线电传播也适合于实现用于低温容器中的大量RFID标签的功能RFID系统。由此，RFID系统的询问单元可以被放置在保持多个低温吸管和低温液体的容器内部。液体可以是液氮(LN2)。该方法和系统可以在室温和例如包括低温温度的非常低的温度这两者下操作。
因此，在第一实施方式中，本公开涉及一种用于低温容器的射频识别系统，该射频识别系统包括：用于低温吸管的大量射频识别标签，优选至少100个射频识别标签，每个射频识别标签可贴附到或可嵌入到低温吸管中；询问单元，该询问单元适于放置在低温容器上或集成在低温容器内部；其中，询问单元和射频识别标签被配置为在30MHz和60GHz的范围内操作。RFID系统可以被设置成识别低温容器中的大量射频识别标签，优选地至少100个射频识别标签。特别地，为了提高系统的操作速度，可以在低温容器内部将带有所贴附的RFID标签的低温吸管组织为簇/保持器/高脚杯中。然后，系统可以被配置为执行一种方法，该方法包括以下步骤：
-将射频识别询问单元配置为在30MHz至60GHz的范围内在低温容器中发送射频询问信号；
-将射频识别询问单元配置为以多种不同的信号传播模式操作，使得低温容器被分为多个传播区域，其中，每个传播区域与对应的传播模式关联，并且其中，当询问单元处于对应的传播模式时，仅激发特定传播区域内的射频识别标签；以及
-将射频识别询问单元配置为从射频识别标签接收射频响应信号。
该方法的一个优点是通过使用传播模式和传播区域，接收减少数量的响应信号，也可以接收若干冲突。因此，在一个实施方式中，传播区域被配置为使得仅接收来自射频识别标签的减少数量的射频响应信号。可以将大量的射频识别标签设置在预定的射频识别标签组中。每组可以包括至少10个低温吸管，优选至少50个低温吸管，甚至更优选至少100个低温吸管。传播区域可以被配置为使得射频识别标签的射频响应之间的冲突减少。为了进一步提高系统性能，可以应用传播区域内的RFID防冲突算法。在这种情况下，如果传播模式能够通过排除来自某些射频识别标签组的响应来减少冲突数量，则将减轻防冲突算法的负担。
实现多个传播区域的一种方式是通过波束成形。通过应用所提出的方法，可以减少在一个时刻询问的标签的数量，这使得RFID标签的处理更快且更高效。由RFID询问单元产生的电磁场可以被成形为使得其在低温容器的某些部分中更强而在其他部分中更弱。由此，容器的某些选定部分中的标签将接收足够的能量来响应，而同时其他标签将低于阈值并保持沉默。这样，可以仅激发吸管/标签的有限且受控制的部分，并且通信协议此时将必须处理较少数量的标签。而且，如果场集中在容器内部的界限清楚的空间中，则询问单元将知道被询问的标签被放置在该空间中，因此可以将它们的存在分配给对应的簇/保持器/高脚杯。由此，可以为用户提供定位支持，以便找到低温容器内的特定吸管。
在本公开的用于低温容器的射频识别系统的一个实施方式中，射频识别标签包括可贴附或可嵌入到低温吸管中的标签偶极子天线，使得标签偶极子天线垂直地设置在低温容器中，并且其中，询问单元包括设置在垂直位置中的至少一个询问偶极子天线。至少一个询问偶极子天线可以例如定位在低温容器的顶部中。另选地，天线可以是环形天线或偶极子和环形天线的组合。此外，可以混合天线类型，使得例如射频识别标签是偶极子天线，而至少一个询问偶极子天线是环形天线或其他类型的天线。用于射频识别标签和询问单元这两者的其他可能的天线类型是贴片天线、L型天线、倒F型天线以及平面倒F型天线、或其组合。
为了进一步提高系统性能，可以应用传播区域内的RFID防冲突算法。在本公开的用于处理低温容器中的大量射频识别标签的方法和系统的情境中，提出通过允许询问单元更新Q值来应用修改的防冲突算法(Q算法)，该算法是动态帧时隙ALOHA(DFSA)的变体。
本发明的以下详细描述中阐述了本发明的这些和其他方面。
附图说明
图1示出了低温容器，该低温容器包括具有RFID的若干低温吸管，每个低温吸管装配有用于RFID通信的天线。
图2(A-E)示出了RFID询问天线和RFID标签天线配置的变型例。
图3示出了圆柱形低温容器中与若干传播区域对应的垂直电场的大小。电场的大小以圆柱形低温容器的横截面来表示。
图4示出了用于处理低温容器中的大量射频识别标签的本公开的方法和系统的RFID解决方案的实施方式。
图5至图6示出了用于处理低温容器中的大量射频识别标签的本公开的方法和系统的RFID解决方案的另一实施方式。
图7示出了用于识别多个RFID标签的防冲突方法的示例。
具体实施方式
本公开涉及一种用于低温容器的射频识别系统，该射频识别系统包括：
-用于低温吸管的大量射频识别标签，优选至少100个射频识别标签，每个射频识别标签可贴附到或可嵌入在低温吸管中；
-询问单元，该询问单元适于放置或集成在低温容器内部；
其中，询问单元和射频识别标签被配置为以至少30MHz的频率操作。用于低温容器的射频识别系统可以包括处理单元，该处理单元被配置为执行识别低温容器中的射频识别标签的方法。该方法可以包括以下步骤：将射频识别询问单元配置为在30MHz至60GHz的范围内在低温容器中发送射频询问信号。该方法还可以包括以下步骤：将射频识别询问单元配置为以多种不同的信号传播模式操作，使得低温容器被分为多个传播区域，其中，每个传播区域与对应的传播模式关联，并且其中，当询问单元处于对应的传播模式时，仅激发特定传播区域内的射频识别标签。该方法还可以包括以下步骤：将射频识别询问单元配置为从射频识别标签接收射频响应信号。
通过对容器进行功能分区，可以实现大量吸管的显著更快且更高效的管理。从而，吸管可以在容器内部组织成吸管簇。提出波束成形作为一种减少在一个时刻询问的标签数量的方式，这可以减轻对通信协议的要求。由射频识别询问单元产生的电磁场可以被成形为使得其在容器的某些部分中更强而在其他部分中更弱。由此，容器的选定部分中的标签可以接收足够的能量来响应，而同时其他标签将低于阈值并保持沉默。从而可以仅激发标签的有限且受控制的部分，并且通信协议此时将必须处理显著更少数量的标签。而且，如果场集中在容器内部的界限清楚的空间中，则读取器将知道被询问的标签被正确地放置在该空间中，并且将它们的存在分配给对应的簇/保持器/高脚杯。当用户必须找到容器内部的特定吸管时，这可以为用户提供某种形式的定位支持。因此，在本公开的方法和系统的一个实施方式中，基于来自传播区域之一的所接收响应来确定容器中的至少一个射频识别标签的物理位置。
关于本公开的用于识别低温容器中的射频识别标签的方法和系统的“大量”射频识别标签可以指容器中的任何有用数量的标签和吸管。方法和系统还适用于少于“大”量的标签，由此不限于特定数量的吸管。尽管如此，射频识别标签的数量可以是至少500，优选地至少1000，更优选地至少3000，甚至更优选地至少5000。
而且，本公开的系统和方法适用于容器中的“紧密隔开”的低温吸管。该方法和系统还适用于没有“紧密隔开”的吸管，由此不限于吸管之间的特定距离。然而，用于保持大量低温吸管的低温保存容器可能包含数千个紧密隔开的低温吸管。例如，吸管的直径可以为2mm，并且两个相邻的吸管之间的距离小于5.0mm，优选地小于3.0mm，甚至更优选地小于1.0mm，最优选地小于0.5mm。
低温指要求或涉及使用非常低的温度。通常未完全定义在温标的什么点结束制冷并开始低温，但是假定它在近似-150℃开始。
低温吸管或低温保存吸管是用于样本的低温存储的小型存储装置，样本通常是用于体外受精的精子，但可以是任何形式的生物样本。本公开中的低温吸管以广泛的常规含义用于为此目的的任何器皿。通常，低温吸管的形状为大致管状并且很细。
区域划分、波束成形
本公开的一个方面涉及一种识别低温容器中的大量射频识别标签(优选至少100个射频识别标签)的方法，该方法包括以下步骤：
-将射频识别询问单元配置为在30MHz至60GHz的范围内在低温容器中发送射频询问信号；
-将射频识别询问单元配置为以多种不同的信号传播模式操作，使得低温容器被分为多个传播区域，其中，每个传播区域与对应的传播模式关联，并且其中，当询问单元处于对应的传播模式时，仅激发特定传播区域内的射频识别标签；以及
-将射频识别询问单元配置为从射频识别标签接收射频响应信号。
在一个实施方式中，该方法在300MHz至3GHz(还称为分米频带，覆盖例如400MHz、800MHz以及2.45MHz)下操作。如上所述，范围可以进一步扩展到100MHz至10GHz。操作频率范围还可以是300MHz至1GHz或300MHz至900MHz，或者仅覆盖2GHz至3GHz的最高范围。在可以使用比上面提及的频率更低的频率进行无线电通信的环境和条件下，操作频率可以为30-300MHz。
通过将射频识别询问单元配置为以多种不同的信号传播模式操作，仅激发标签的受控部分。例如，这可以由波束成形技术来实现。在一个实施方式中，方法以多种不同的信号传播模式操作，使得借助于波束成形将低温容器分成多种传播。波束成形可以通过使用连接到读取器的多个天线来实现。通过将天线适当地定位在容器的开口内部或附近并对天线的激发施加适当的重量，可以在容器内部生成与传播区域对应的一组特性场模式。因此，在本公开的方法的一个实施方式中，波束成形由连接到询问单元的多个询问天线来实现。在这种配置中，优选地，询问天线被定位为在不同的传播区域中操作，优选地，使得每个询问天线与对应的传播区域关联。此外，询问天线可以进一步被配置为以单独的放大重量来操作，从而仅激发对应的单独传播区域的标签。
如果低温容器是圆柱形的，则传播区域可以类似于圆柱形谐振器中的传播区域。在图3A中示出了这种传播区域的示例，其示出了在圆柱形低温容器中与若干传播区域对应的垂直电场的大小。电场的大小以圆柱形低温容器的横截面来表示。在图3B中，只有一个特定的传播区域以特定的传播模式激活。因此，根据本发明，低温容器可以被分为若干物理限定的传播区域。因此，在诸如圆柱形容器的垂直延伸的低温容器中，将射频识别询问单元配置为以多种不同的信号传播模式操作的步骤可以包括以下步骤：通过在容器中产生若干可控电磁场配置来将容器分成垂直延伸的段。在图3的示例中，低温容器的横截面被分成饼状的段。低温容器不必一定是圆柱形的。原理可以应用于任何垂直延伸的容器。
在本公开的方法的一个实施方式中，询问单元在低温容器中产生电磁场，其中，该电磁场被成形为使得其在至少一个传播区域中强至足以使标签响应，并且在至少一个其他传播区域中弱至足以使标签不响应。
可能的传播模式的数量取决于若干参数，诸如容器的尺寸和形状、天线特性、天线位置等。在给定维数的密闭容器中可以生成的模式数量取决于电磁场的频率。频率越高，可以生成的模式越多。因此，与900MHz频带相比，使用更高的RFID频带(诸如2.45GHz)将允许具有更多模式并将标签内部分成更小的组。在该方法的一个实施方式中，射频识别询问单元被配置为以至少2种不同的信号传播模式(优选地至少3种不同的信号传播模式，更优选地至少4种不同的信号传播模式，甚至更优选地至少6种不同的信号传播模式，最优选地至少10种不同的信号传播模式)操作。
射频识别标签可以被分为与传播模式对应的子组。在该实施方式中，当标签存储在小罐(杜瓦瓶的子容器)中时，由于存在引起阴影和强相互耦合的其他标签，它们到读取器的连接可能较弱。到读取器的连接可以通过在每个小罐中安装转发器来改善。转发器可以是具有一个或多个天线的标签，该标签朝向样本标签转发来自读取器的电磁波，反之亦然。为每个小罐设置这种转发器改善连接，而且使得能够识别特定样本标签所位于的小罐，从而有助于组织样本。
信号特性
发明人已经认识到，在包括诸如液氮的液化气体的低温容器中，即隐含地在极低的温度下，无线电波的传播较接近于空气/气体的传播。因此，不经历高频所预料的信号损失。因此，根据本公开的识别大量射频识别标签的方法和系统的一个实施方式，射频识别询问单元被配置为在30MHz至60GHz之间的范围内(优选地在30MHz至3GHz之间的范围内或者在30MHz至100GHz之间的范围内或者在60GHz至100GHz之间的范围内或者在100MHz至3GHz之间的范围内)，诸如在900MHz RFID频带中或在2.45GHz RFID频带中或组合，在低温容器中发送射频询问信号。如上所述，在给定维数的密闭器皿中可以生成的模式的数量取决于电磁场的频率。频率越高，可以生成的模式越多。在一个实施方式中，方法在300MHz至60GHz下操作。在另一个实施方式中，方法在300MHz至3GHz(还称为分米频带，覆盖例如400MHz、800MHz以及2.45MHz)下操作。如上所述，范围可以进一步扩展到100MHz至10GHz。操作频率范围还可以是300MHz至1GHz或300MHz至900MHz，或者仅覆盖2GHz至3GHz的最高范围。在可以使用比上面提及的频率更低的频率进行无线电通信的环境和条件下，操作频率可以为30-300MHz。
射频识别询问单元还可以被配置为在60GHz以上(即，毫米波)在容器中发送射频询问信号。在60GHz下，波长为5mm，这意味着该频率的高效天线可以在1mm的尺寸内实现并放置在吸管的端部处而不是吸管的侧面。该位置的一个优点是天线不被附近的其他吸管遮蔽，由此具有向上朝向通常放置读取器的杜瓦瓶口的无遮蔽通道。从无线传输公式，得出以下结论：如果在无线链路一端处的天线的增益恒定(吸管上的标签、随波长缩放的天线)，而另一端的天线的有效面积恒定(读取器，预期具有恒定尺寸)，那么链路预算不随频率变化。因此，预期这种无线链路没有比更低RFID频带更差的链路预算。如果通过使标签天线沿着吸管延伸来使标签天线指向杜瓦瓶口(例如，小型八木天线)，则可以改善链路预算。在链路的另一端上，读取器天线将受益于更高的频率，因为将可以将其实现为合理尺寸内的扫描方向阵列。这种阵列然后自然将能够波束成形，因此，a)减少一次扫描中寻址的标签的数量，b)定位杜瓦瓶内部的特定标签。
而且，使用若干不同的频带可以有助于更高效的解决方案。因此，在一个实施方式中，该方法还包括以下步骤：在若干不同的频带中在低温容器中发送射频询问信号，从而进一步区分预定的射频识别标签组。类似地，可以将频带进一步划分为频道。在一个实施方式中，本公开的方法还包括以下步骤：在具有频带的若干不同频道中在低温容器中发送射频询问信号，从而进一步区分预定的射频识别标签子组。优选地，用于具有用于给定数量的低温吸管的空间的特定低温容器的解决方案将在功能、使用的频率、传播模式的数量以及频带和频率划分之间取得平衡。通过在超高频(UHF)(通常定义为300MHz至3GHz之间的频率范围，可能扩展到10-60GHz范围或100MHz至10GHz之间的范围)和特高频(VHF)(通常定义为30MHz至300MHz之间的频率范围)这两者下操作，可以实现频带和频率划分的最佳组合。
天线配置
作为示例，本公开的射频识别系统中的天线可以是偶极子天线或偶极子状辐射器。通常，低温吸管垂直放置(并紧密隔开)在低温容器中。RFID标签可以被设计为细的导电线，导电线可以被集成在例如大致管状的低温吸管的侧壁中。特别地，当在UHF/VHF下操作时，这种线是有利的。在用于低温容器的射频识别系统的一个实施方式中，每个射频识别标签包括可贴附到或可嵌入在低温吸管中的标签偶极子天线，使得标签偶极子天线垂直地设置在低温容器中，并且其中，询问单元包括设置在垂直位置中的至少一个询问偶极子天线。
对于可以包括至少一个询问偶极子天线的系统的询问单元，该至少一个询问偶极子天线可以被定位在容器开口中或容器开口上方或容器开口内部的容器开口下方，如图1所示。至少一个询问偶极子天线还可以定位在容器开口中或容器开口上方或容器开口内部的容器开口下方。垂直定向的偶极子天线可以是特别有利的。图2示出了RFID询问天线的若干配置和RFID标签天线配置。在一个实施方式中，询问单元和/或至少一个询问偶极子天线被集成在低温容器的容器盖中。询问单元的天线和射频识别标签的天线的放置可以使得射频识别标签与询问单元的天线之间的距离为2-30cm，优选地5至25cm，更优选地10至20cm。
虽然系统还适用于少于“大”量的标签，由此不限于特定数量的吸管，但本公开的系统可以包括大量的低温吸管，诸如至少100个(优选至少500个，更优选至少1000个，最优选至少3000个)低温吸管，其中，射频识别标签集成在低温吸管中。具有RFID标签的低温吸管可以紧密地包装，诸如在低温吸管之间具有最大5mm(优选最大3mm，甚至更优选最大1mm，最优选最大0.5mm)的间距。每个射频识别标签包括至少一个集成电路，该至少一个集成电路被配置为存储信息并响应于射频询问信号而生成射频响应信号。
低温指要求或涉及使用非常低的温度。通常未完全定义在温标的什么点结束制冷并开始低温，但是假定它在近似-150℃开始。本公开的系统和方法可以在低温(例如，低于-150℃或低于-170℃或低于-190℃)下操作。优选地，系统还可以在更高的温度下(诸如在-196℃至60℃之间的温度范围内)操作。
本公开的用于低温容器的射频识别系统可以被设置为执行本公开任何版本的识别低温容器中的大量射频识别标签的方法。为此，系统的询问天线可以被设置为通过波束成形产生多个传播区域。询问天线还可以是智能天线，智能天线指具有智能信号处理算法的天线阵列，这些算法用于识别空间信号签名，诸如信号的到达方向(DOA)，并且使用它来计算波束成形向量和/或在移动电话/目标上跟踪并定位天线波束。询问天线还可以被设置为产生单独的放大重量，从而仅激发对应的单独传播区域的标签。系统还可以包括低温容器，因此，这种低温容器可以被分为多个传播区域，其中，询问单元被配置为操作为仅激发已编程的传播区域的射频识别标签。如关于方法的描述说明的，询问单元可以被设置为在若干不同的频带中在低温容器中发送射频询问信号，从而进一步区分预定的射频识别标签组。
用于低温容器的射频识别系统可以包括处理单元，该处理单元被配置为执行识别低温容器中的射频识别标签的方法。处理单元可以被设置为执行与系统的操作有关的附加任务，诸如跟踪传播模式和区域或吸管的放置和/或分组以及ID。
优选地，用于低温吸管的RFID标签的RFID天线被嵌入/集成在吸管的壁中。在制造期间可以制造能量/信号耦合形状，该形状在图4A中被例示为两个环。制造用于本公开的方法和系统的合适RFID标签解决方案的一种方式是使用包括RFID芯片和能量/信号耦合形状的RFID模块，该形状在图4C中被例示为螺旋形。RFID模块可以通过例如使用在低温下可靠的胶水来贴附到吸管。
小的标签到标签的距离可能导致相邻标签天线之间的强相互耦合，这可能导致标签天线的总效率降低。良好的阻抗匹配可能导致更低的总效率。在阻抗匹配与相互耦合之间存在权衡。使用该特性，可以使标签适于自由空间并与其他标签紧密包装。此外，为了限制耦合，可以使用非常高的频率，例如30-100GHz。由于更小的波长，标签天线也可以更小并安装在吸管的端处。更高的频率给予标签天线之间的更大电气距离，使得可以减少相互耦合。
询问多个标签
低温容器可以包括大量的吸管和RFID标签，诸如超过1000个RFID标签。为了在如此大量的标签中找到标签，可以应用防冲突。因此，在本公开的用于识别大量射频识别标签的方法和系统的一个实施方式中，该方法还包括以下步骤：通过应用RFID防冲突算法在传播区域内询问多个射频识别标签。
防冲突算法可以是Q算法，它是动态帧时隙ALOHA(DFSA)的变体。这种算法的示例可以如下实现：读取器可以由选择适当标签组的Select命令来发起询问过程。读取器通过发送具有0到15内的特定整数值的Query命令来开始库存处理，该整数值被称为Q值并表示帧的长度为2Q。如果标签成功接收Query命令，则每个标签将生成16位随机数(RN16)并提取最后的Q位，以便将其时隙计数器设置为2Q-1。在发送Query命令后，读取器可以根据情况发送QueryRep、QueryAdj或ACK命令。如果每个标签从读取器接收QueryRep命令，则将其计数器减少一。这意味着仅当读取器发送QueryRep命令时，帧中的时隙才会前进。当任何标签的时隙计数器达到零时，标签将其RN16发送回读取器。如果仅单个标签发送，则读取器可以正确接收它。然后，读取器将用ACK命令进行响应。在从读取器接收ACK之后，标签发送其实际的标识信息(ID)。读取器为了下一库存处理而对降低Q值的成功询问的数量和增加Q值的冲突响应进行计数。未应答的标签等待QueryAdj命令，该命令通知可能减小或增大的更新Q值。这意味着可以提早完成给定的帧，并且新的帧将开始。因此，如果标签接收到QueryAdj命令，则每个标签将选择新的RN16。
所提出的解决方案在这里允许RFID读取器基于表1更新Q值。表1是关于先前公报(Wen-Tzu Chen,"一种用于基于动态帧长度ALOHA改进RFID防冲突算法的实现的准确标签估计方法(An Accurate Tag Estimate Method for Improving the Performance of anRFID Anticollision Algorithm Based on Dynamic Frame Length ALOHA),"IEEETransactions on Automation Science and Engineering,第6卷，第1期，2009年1月)的多达15000的标签数量的扩展。
Q 帧长度(2<sup>Q</sup>) 标签数量
0 1 1
1 2 2
2 4 3-5
3 8 6-11
4 16 12-22
5 32 23-44
6 64 45-88
7 128 89-177
8 256 178-354
9 512 355-709
10 1024 710-1419
11 2048 1420-2839
12 4096 2840-5678
13 8192 5679-11356
14 16384 11357-15000
表1
图7示出了使用三个标签和一个读取器的本公开中描述的防冲突方法的示例。标签3达到零值并成功进行了其查询。另一方面，标签1和标签2同时达到零值，并且导致读取器处的冲突。基于来自之前帧信息的信息，读取器将调节帧长度并从新帧开始。
低温容器
本公开还涉及一种包括如上所述的射频识别系统的低温容器。低温容器可以包括盖，至少一个询问天线集成在该盖中。在另一实施方式中，询问单元也集成在盖中。这种容器可以作为完整的系统交付，该系统可以与用于管理并控制系统的计算机软件一起出售。低温容器可以是低温存储杜瓦瓶，并且还可以包括液化天然气。
附图的详细描述
下文中将参照附图更详细地描述本发明。附图是示例性的，并且旨在例示本公开的识别大量射频识别标签的系统和方法的一些特征，并且不被解释为对本公开的发明的限制。
图1示出了低温容器(1)，该低温容器包括具有RFID的若干低温吸管(2)，每个低温吸管装配有用于RFID通信的天线(3)。低温容器(1)的该示例是圆柱形的，高度为H，宽度为W。询问天线(4)以垂直方位定位在容器开口中。低温容器(4)具有盖(13)。
图2(A-E)示出了RFID询问天线(4)和RFID标签天线(3)配置的变型例。在图2A中，水平定向的偶极子天线(4)定位在容器的开口上方，而垂直定向的RFID标签天线(3)定位在容器的中心。在图2B-C中，水平定向的偶极子天线(4)定位在容器的开口上方，而垂直定向的RFID标签天线(3)定位在容器的壁附近。在图2D中，水平定向的偶极子天线(4)定位在容器的开口中，而垂直定向的RFID标签天线(3)定位在容器的中心。在图2E中，水平定向的偶极子天线(4)定位在容器的开口中，而垂直定向的RFID标签天线(3)定位在容器的壁附近。
图3示出了圆柱形低温容器中与若干传播区域对应的垂直电场的大小。电场的大小以圆柱形低温容器的横截面来表示。应该以以下这种方式来理解颜色编码，场在红色区域中最强，而在蓝色区域中为零或几乎为零。在该场景中，存在于强场区域中的那些标签将响应，而弱区域中的那些标签将保持沉默。该场分布仅用一个读取器天线来实现。在图3B中，只有一个特定的传播区域以特定的传播模式激活。图3B可以被视为场分布在场聚焦到容器的一个段中时看起来如何的图片。这可以使用具有适当重量的多个读取器天线来实现。仅激发容器的小段中的标签，由此其位置变得已知。
图4示出了用于本公开的用于处理低温容器中的大量射频识别标签的方法和系统的RFID解决方案的实施方式。低温吸管(2)具有嵌入侧壁中的导电线(6)。两个环(7)以线的形式例示了到天线(6)的能量/信号耦合。RFID标签还包括RFID芯片(8)。
图5至图6示出了用于本公开的用于处理低温容器中的大量射频识别标签的方法和系统的RFID解决方案的另一实施方式。图5示出了RFID标签的一个实施方式。RFID标签具有：一个集成电路(12)，该集成电路嵌入具有两个部分和电绝缘中间介质(10)的密封元件(9)中；以及一个天线(6)，该天线沿吸管的纵向向上方向延伸。天线(6)可以被集成(诸如被铸造)到吸管(1)的侧壁中。在图6中，天线(6)被铸造到低温吸管(2)的侧壁(11)中。在该示例中，集成电路(12)被嵌入在密封元件(9)中，密封元件密封地且可滑动地啮合在吸管(2)内部。集成电路(12)无线连接到天线(6)。在示例中，天线(6)被部分地密封在侧壁(11)内(在除了向上以外的所有方向上密封)。
图7示出了用于识别多个RFID标签的防冲突方法的示例。
本发明的另外细节
1.一种识别诸如低温容器的容器中的大量射频识别标签(优选至少100个射频识别标签)的方法，方法包括以下步骤：
-将射频识别询问单元配置为以至少30MHz的频率在容器中发送射频询问信号；
-将射频识别询问单元配置为以多种不同的信号传播模式操作，使得容器被分为多个传播区域，其中，每个传播区域与对应的传播模式关联，并且其中，当询问单元处于对应的传播模式时，仅激发特定传播区域内的射频识别标签；以及
-将射频识别询问单元配置为从射频识别标签接收射频响应信号。
2.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，其中，传播区域被配置成使得仅接收来自射频识别标签的减少数量的射频响应信号。
3.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，其中，传播区域根据射频识别标签组的预定排布来配置。
4.根据项3的识别大量射频识别标签的方法，其中，预定排布的组包括至少两组，每组包括至少10个低温吸管，优选地至少50个低温吸管，甚至更优选地至少100个低温吸管。
5.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，其中，传播区域被配置成使得减少射频识别标签的射频响应之间的冲突。
6.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，还包括以下步骤：应用用于识别传播区域内的射频识别标签的防冲突。
7.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，其中，将射频识别询问单元配置为以多种不同的信号传播模式操作使得容器被分为多个传播区域的步骤由波束成形来实现。
8.根据项7的识别大量射频识别标签的方法，其中，波束成形由连接到询问单元的多个询问天线来实现。
9.根据项8的识别大量射频识别标签的方法，其中，询问天线被定位为在不同的传播区域中操作，优选地，使得每个询问天线与对应的传播区域关联。
10.根据项8至9中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，其中，询问天线采用单独的放大重量，从而仅激发对应的单独传播区域的标签。
11.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，其中，射频识别标签被集成在低温吸管中。
12.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，其中，询问单元在容器中产生电磁场，并且其中，电磁场被成形为使得所述电磁场在至少一个传播区域中强至足以使标签响应，并且在至少一个其他传播区域中弱至足以使标签不响应。
13.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，其中，容器被分为多个物理限定的传播区域。
14.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，其中，容器是垂直延伸的容器，例如圆柱形容器，其中，将射频识别询问单元配置为以多种不同的信号传播模式操作的步骤包括以下步骤：通过在容器中产生若干可控电磁场配置来将容器分成垂直延伸的段。
15.根据项14的识别大量射频识别标签的方法，其中，容器的横截面被分成大致饼状的段。
16.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，还包括以下步骤：基于来自传播区域中的一个的所接收的响应，确定射频识别标签在容器中的物理位置。
17.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，其中，射频识别询问单元被配置为在30MHz至60GHz之间的范围内(优选地在30MHz至3GHz之间的范围内或者在30MHz至100GHz之间的范围内或者在60GHz至100GHz之间的范围内或者在100MHz至3GHz之间的范围内)、诸如在900MHz RFID频带中或在2.45GHz RFID频带中或组合在容器中发送射频询问信号。
18.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，其中，射频识别询问单元被配置为以至少2种不同的信号传播模式(优选地至少3种不同的信号传播模式，更优选地至少4种不同的信号传播模式，甚至更优选地至少6种不同的信号传播模式，最优选地至少10种不同的信号传播模式)操作。
19.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，其中，射频识别标签的数量为至少500个，优选地至少1000个，更优选地至少3000个，甚至更优选地至少5000个。
20.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，还包括以下步骤：在若干不同的频带中在容器中发送射频询问信号，从而进一步区分预定的射频识别标签组。
21.根据项20的识别大量射频识别标签的方法，还包括以下步骤：在具有频带的若干不同的频道中在容器中发送射频询问信号，从而进一步区分预定的射频识别标签子组。
22.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，还包括以下步骤：通过应用RFID防冲突算法来询问传播区域内的多个射频识别标签。
23.根据前述项中任意一项的识别大量射频识别标签的方法，还包括以下步骤：将处理单元配置为跟踪传播区域的划分。
24.一种用于低温容器的射频识别系统，该射频识别系统包括：
-用于低温吸管的大量射频识别标签，优选至少100个射频识别标签，每个射频识别标签可贴附到或可嵌入到低温吸管中；和
-询问单元，该询问单元适于放置或集成在低温容器内部；
其中，询问单元和射频识别标签被配置为以至少30MHz的频率操作。
25.根据项24的用于低温容器的射频识别系统，其中，每个射频识别标签包括可贴附到或可嵌入到低温吸管中的标签偶极子天线，使得标签偶极子天线垂直地设置在低温容器中，并且其中，询问单元包括设置在垂直位置中的至少一个询问偶极子天线。
26.根据项24的用于低温容器的射频识别系统，其中，每个射频识别标签包括贴片天线、或L型天线、或倒F型天线、或平面倒F型天线，该天线可贴附到或可嵌入到低温吸管中，使得标签偶极子天线垂直设置在低温容器中，并且其中，询问单元包括贴片天线、或L型天线、或倒F型天线、或平面倒F型天线。
27.根据项24至26中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，还包括低温容器。
28.根据项24至27中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，其中，至少一个询问偶极子天线被定位在容器开口中、或容器开口上方、或在容器开口内部的容器开口下方。
29.根据项24至28中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，其中，询问单元和/或至少一个询问偶极子天线被集成在低温容器的容器盖中。
30.根据项24至29中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，还包括大量的低温吸管，诸如至少100个，优选地至少500个，更优选地至少1000个，最优选地至少3000个低温吸管，甚至更优选至少5000个，其中，射频识别标签集成在低温吸管中。
31.根据项24至30中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，其中，吸管被紧密地包装，诸如吸管之间具有最大5mm(优选地最大3mm，甚至更优选地最大1mm，最优选地最大0.5mm)的间距。
32.根据项24至31中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，每个射频识别标签包括至少一个集成电路，该至少一个集成电路被配置为存储信息并响应于射频询问信号而生成射频响应信号。
33.根据项24至32中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，包括：处理单元，该处理单元被配置为执行根据项1至23中任意一项的识别大量射频识别标签的方法。
34.根据项24至33中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，其中，询问天线被配置为由波束成形产生多个传播区域。
35.根据项24至34中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，其中，询问天线是智能天线。
36.根据项24至35中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，其中，询问天线被配置为产生单独的放大重量，从而仅激发对应的单独传播区域的标签。
37.根据项24至36中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，其中，低温容器被分成多个传播区域，并且其中，询问单元被配置为操作为仅激发已编程的传播区域的射频识别标签。
38.根据项24至37中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，其中，询问单元被配置为在若干不同的频带中在低温容器中发送射频询问信号，从而进一步区分预定的射频识别标签组。
39.根据项24至38中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，其中，射频识别标签的子组被放置在子容器(小罐)中。
40.根据项39的用于低温容器的射频识别系统，其中，每个子容器包括用于在射频识别标签与询问单元之间转发无线电波的转发器。
41.根据项24至40中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，系统被设置为在-196℃至60℃之间的温度范围内操作。
42.根据项24至41中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，其中，射频识别标签和询问单元的天线被设置为使得射频识别标签与询问单元的天线之间的距离为2-30cm、优选5-25cm、更优选10-20cm。
43.根据项24至42中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，其中，询问单元被配置为以多种不同的信号传播模式操作，从而将容器分为多个传播区域，其中，每个传播区域与对应的传播模式关联，并且其中，当询问单元处于对应的传播模式时，仅激发特定传播区域内的射频识别标签。
44.根据项43的用于低温容器的射频识别系统，其中，传播区域被配置为使得仅接收来自射频识别标签的减少数量的射频响应信号。
45.根据项24至44中任意一项的用于低温容器的射频识别系统，被配置为执行根据项1至23中任意一项的识别大量射频识别标签的方法。
46.一种低温容器，该低温容器包括根据项24至42中任意一项的射频识别系统。
47.根据项46的低温容器，该低温容器包括盖，其中，至少一个询问天线集成在盖中。
48.根据项47的低温容器，其中，询问单元被集成在盖中。
49.根据项46至48中任意一项的低温容器，还包括液氮。
50.根据项46至48中任意一项的低温容器，其中，低温容器是低温存储杜瓦瓶。
参考文献
国际申请PCT/EP2016/082514，“RFID system for identification ofcryogenic straws"，在此以引证的方式将其全文并入。

Claims (23)

1.一种识别容器中的大量射频识别标签的方法，所述容器例如是低温容器，所述大量射频识别标签优选至少100个射频识别标签，所述方法包括以下步骤：
-将射频识别询问单元配置为以至少30MHz的频率在所述容器中发送射频询问信号；
-将所述射频识别询问单元配置为以多种不同的信号传播模式操作，使得所述容器被分为多个传播区域，其中，每个传播区域与对应的传播模式关联，并且其中，当所述询问单元处于所述对应的传播模式时，仅激发特定传播区域内的所述射频识别标签；以及
-将所述射频识别询问单元配置为从所述射频识别标签接收射频响应信号。
2.根据前述权利要求中任意一项所述的识别大量射频识别标签的方法，其中，所述传播区域被配置成使得仅接收来自所述射频识别标签的减少数量的射频响应信号。
3.根据前述权利要求中任意一项所述的识别大量射频识别标签的方法，其中，所述传播区域根据射频识别标签预定排布的组来配置。
4.根据权利要求8所述的识别大量射频识别标签的方法，其中，预定排布的所述组包括至少两组，每组包括至少10个低温吸管，优选地至少50个低温吸管，甚至更优选地至少100个低温吸管。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的识别大量射频识别标签的方法，其中，所述传播区域被配置成使得减少所述射频识别标签的射频响应之间的冲突。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的识别大量射频识别标签的方法，还包括以下步骤：应用用于识别传播区域内的所述射频识别标签的防冲突。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的识别大量射频识别标签的方法，其中，将所述射频识别询问单元配置为以多种不同的信号传播模式操作使得所述容器被分为多个传播区域的步骤由波束成形来实现，优选地其中所述波束成形由连接到所述询问单元的多个询问天线来实现。
8.根据权利要求7所述的识别大量射频识别标签的方法，其中，所述询问天线被定位为在不同的传播区域中操作，优选地，使得每个询问天线与对应的传播区域关联。
9.根据权利要求7至8中任意一项所述的识别大量射频识别标签的方法，其中，所述询问天线采用单独的放大重量，从而仅激发对应的单独传播区域的所述标签。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的识别大量射频识别标签的方法，其中，所述询问单元在所述容器中产生电磁场，并且其中，所述电磁场被成形为使得所述电磁场在至少一个传播区域中强至足以使所述标签响应，并且在至少一个其他传播区域中弱至足以使所述标签不响应。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的识别大量射频识别标签的方法，还包括以下步骤：基于来自所述传播区域中的一个的所接收的响应，确定所述射频识别标签在所述容器中的物理位置。
12.根据前述权利要求中任意一项所述的识别大量射频识别标签的方法，还包括以下步骤：在若干不同的频带中在所述容器中发送射频询问信号，从而进一步区分预定的射频识别标签组，可选地，所述方法还包括以下步骤：在具有所述频带的若干不同的频道中在所述容器中发送射频询问信号，从而进一步区分预定的射频识别标签子组。
13.根据前述权利要求中任意一项所述的识别大量射频识别标签的方法，还包括以下步骤：通过应用RFID防冲突算法来询问传播区域内的多个射频识别标签。
14.一种用于低温容器的射频识别系统，该射频识别系统包括：
-用于低温吸管的大量射频识别标签，优选至少100个射频识别标签，每个射频识别标签可贴附到或可嵌入到低温吸管中；和
-询问单元，该询问单元适于放置或集成在低温容器内部；
其中，所述询问单元和射频识别标签被配置为以至少30MHz的频率操作。
15.根据权利要求14所述的用于低温容器的射频识别系统，其中，每个射频识别标签包括可贴附到或可嵌入到低温吸管中的标签偶极子天线，使得所述标签偶极子天线垂直地设置在所述低温容器中，并且其中，所述询问单元包括设置在垂直位置中的至少一个询问偶极子天线。
16.根据权利要求14所述的用于低温容器的射频识别系统，其中，每个射频识别标签包括贴片天线、或L型天线、或倒F型天线或平面倒F型天线，所述天线可贴附到或可嵌入到低温吸管中，使得所述标签偶极子天线垂直设置在所述低温容器中，并且其中，所述询问单元包括贴片天线、或L型天线、或倒F型天线或平面倒F型天线。
17.根据权利要求14至16中任意一项所述的用于低温容器的射频识别系统，还包括大量的低温吸管，诸如至少100个、优选地至少500个、更优选地至少1000个、最优选地至少3000个低温吸管，甚至更优选至少5000个，其中，所述射频识别标签集成在所述低温吸管中。
18.根据权利要求14至17中任意一项所述的用于低温容器的射频识别系统，其中，所述吸管被紧密地包装，诸如所述吸管之间具有最大5mm、优选地最大3mm、甚至更优选地最大1mm、最优选地最大0.5mm的间距。
19.根据权利要求14至18中任意一项所述的用于低温容器的射频识别系统，其中，所述询问单元被配置为在若干不同的频带中在所述低温容器中发送射频询问信号，从而进一步区分预定的射频识别标签组。
20.根据权利要求14至25中任意一项所述的用于低温容器的射频识别系统，其中，所述询问单元被配置为以多种不同的信号传播模式操作，从而将所述容器分为多个传播区域，其中，每个传播区域与对应的传播模式关联，并且其中，当所述询问单元处于对应的传播模式时，仅激发特定传播区域内的所述射频识别标签。
21.根据权利要求20所述的用于低温容器的射频识别系统，其中，所述传播区域被配置成使得仅接收来自所述射频识别标签的减少数量的射频响应信号。
22.根据权利要求14至21中任意一项所述的用于低温容器的射频识别系统，被配置为执行根据权利要求1至13中任意一项所述的识别大量射频识别标签的方法。
23.一种低温容器，该低温容器包括根据权利要求14至22中任意一项所述的射频识别系统。
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