CN1465030A - 自描述数据标签 - Google Patents

Abstract

公开了一种包括自描述数据的数据标签、一种用于读取这样的数据标签的方法、以及一种用于解释这样的数据标签的系统。把存储在数据标签(300)的一个存储器(310)中的关于第一数据元素(112)的特征化信息，存储在第一数据元素(112)之前的第一标题(110)中。另外，把存储在数据标签(300)的一个存储器(310)中的关于第二数据元素(116)的特征化信息，存储在第二数据元素(318)之前的第二标题(114)中。一系列描述性标题的应用，每一个特征化了存储在数据标签存储器(310)中的一个数据元素，有助于在这样的设备上的灵活的数据存储。另外，还有助于数据压缩，原因在于：也可以对字段长度加以特征化，从而排除了存储在存储器(310)中的数据中的冗余比特的出现。

Description

自描述数据标签

本发明涉及一种包括自描述数据的数据标签，自描述数据包括一个描述第一数据元素的第一标题。本发明还涉及一种用于从一个数据标签读取自描述数据的方法、设备以及系统。

在 http：//auto-id.mit.edu/pdf/MIT-AUTOID-WH-001.pdf(2000年12月版本，已于2001年3月7日从万维网上检索)中公开了一种用于在一个RF ID标签中存储自描述数据，并从这样的一个数据标签中读取自描述数据的数据格式的一个MIT建议。把数据存储于具有有限的存储容量的数据标签，例如射频标识(RF ID)标签、智能卡等类似设备，并把数据从这样的数据标签中读出的方式，与以下两个方面密切相关：即与所允许的数据格式的标准化方面，以及与由于对这样的设备的低成本要求，存储于这样的标签中的数据的必须致密地加以存储方面，密切相关。例如，后一方面牵涉到RF ID标签，特别牵涉到把标签用于与低开销的标识装置(例如条形码)进行竞争的应用领域。与必须在视线范围内使用条形码阅读器读出的条形码相比，在对产品加标记的过程中，使用RF ID标签的一个明显的优点是，可以从相当远的距离读出它们，并具有很高的可靠性。然而，一个缺点是，RF ID标签比条形码更贵。因此，最大化对RF ID标签的存储容量的利用，是一个非常重要课题。所建议的MIT标准，所谓的电子产品代码(ePC)，体现为一个96比特的数据格式，这一格式是为只读标签开发的。把这96个比特分段成8个比特的标题和3个数据元素，每一个数据元素具有固定的长度。标题可以包含指示RF ID标签的格式、总长度或各种固定长度字段部分的元数据，这可确保标准的灵活性，以便今后可以使用更大尺寸的固定长度的标签。在ePC中，把24个比特的制造商代码和24个比特的产品代码赋予前两个数据元素或数据部分，而把最后40个比特的元素赋予产品序列号。

然而，这样的标准的一个主要的缺点是，对段维度的赋值，基于最坏情况设想，即对维度进行了这样的选择：它们有助于超大数字的存储。尽管这可以保证销量不断增长的市场中对这一标准的长期应用，但实际上，这也意味着，在许多情况中，标签中比特的有效数目是冗余的，就标签的成本价格而言，这是固定长度格式的一个人们所不希望的副效应。

另一个主要的缺点是，存储在标签中的信息的灵活性受到对这三个段的预赋值的限制。预计，对于某些产品领域来说，可能会更加注重其它相关信息，例如，贴在一个音频光盘盒上的数据标签可能会在字段类型#1中对CD的出版商进行编码，在字段类型#2中对主要艺术家的名字进行编码，在字段类型#3中对一个题目代码进行编码，以及在字段类型#6中对出版日期进行编码。另一个例子是，一个贴在经由一个包裹提交服务的托运物件上的数据标签，可包括发货标识、优先级、提交时间、以及最终目的地的字段。再举最后一个例子，由一位雇员所佩戴的数据标签可以包括具有雇员的标识号码、雇员的名字、一个安全许可等级、数据载体的到期日期以及雇员的一个数字照片的字段。

在这些情况中，不是3个预赋值的数据字段在使用方面受到限制，就是标签的固定的96个比特的长度可能不足以存储标签中所有相关的信息。

因此，本发明的一个目的是，提供一种能够载有一个可变数目数据字段的数据标签；一种用于从这样的一个数据标签读取可变数目的数据字段的方法；一种用于从这样的一个数据标签读取可变数目的数据字段的标签阅读器；以及一个能够读取载有一个可变数目数据字段的数据标签的系统。

为此，自描述数据还包括一个描述第二数据元素的第二标题。本发明的这一方面的以及其它方面由独立的权利要求加以限定，从属权利要求限定有利实施方案。通过向每一个数据元素引入一个标题，每一驻留在数据标签中的数据元素，可以由其专用标题中的元数据充分地加以特征化。这样一来，可以从传输过程中的标签读取所有格式信息，因此，可以根据一个标签阅读器体系结构所接收的信息分析数据流，从而有助于灵活的标签尺寸和灵活的字段赋值。

较佳的做法是令第一标题包括一个对第一数据元素的长度的描述，第二标题包括一个对第二数据元素的长度的描述。通过把数据元素的长度包括在标题中，可以通过把字段的长度与所存储的信息的相关比特的个数相匹配，避免冗余比特的出现。这导致了一个令人感兴趣的反直觉现象：以元数据形式对比特的添加，常常会导致存储一个数据元素所需比特总数的减少。应该加以强调的是，在通常使用元数据的方式中，这是一个不明显的差别。总而言之，使用元数据是为了实现数据的可移植性，即独立于平台的特性，例如在扩展的置标语言(XML)中。在这样的应用中，元数据的添加，导致所涉及数据的总规模增加而不是减少。

有利的是，令第一标题包括对第一数据元素的一个字段类型的描述，第二标题包括对第二数据元素的一个字段类型的描述。这是一个重要的特性，因为与当前所建议的MIT标准相比，在元数据中这一信息的出现可对广泛的各种各样的数据类型进行定义，当前所建议的MIT标准仅为数据标签定义了3个可用的字段类型。

如果第一和第二标题以压缩的形式存在，将是一个优点。为了最小化因在数据标签中包括多个标题所引入的数据的附加的大小，可以使用类似于Huffman编码的常规的字首码压缩技术，压缩标题，从而可进一步降低标签的成本价格。

如果第一数据元素以第一压缩形式存在，第二数据元素以第二压缩形式存在，将是另一个优点。众所周知，不同的数据类型可以采用不同的优化编码方法。由于允许通过其最有效的压缩技术，压缩每一数据类型，所以数据标签中的数据的总规模还能够进一步地减小，从而导致标签的成本价格进一步地降低。

如果由第一数值直接表示对第一数据元素的一个字段类型的描述，由第二数值间接表示对第二数据元素的一个字段类型的描述，所述第二数值是第一数值和直接代表第二数据元素的字段类型的第三数值之间的一个差，还可以拥有另一个优点。

特别是在对字段类型进行排序的情况下，例如，相对于它们在一个字段类型查找表或一个类似的数据结构中的位置，按递增或递减的顺序进行排序，当以实际字段类型表值和其前辈字段类型表值之间的差来描述下一个字段类型，而不是以其实际的字段类型表值描述时，可以获得字段类型的极其紧密的编码。如果自描述数据由一连串不同的字段类型组成，则这样的编码方式特别有效。

如果第一标题和第二标题至少之一还包括一个用于检查自描述数据正确性的比特模式，将是又一个优点。在产品标识可靠性方面，错误校正是一个重要的问题。用于检查，例如用于检查信用卡号码、ISDN号码以及其它标识代码的正确性的一个频繁使用的技术是，把一个维持某一数学关系的检查和施加于一个标识号码中的各个数字。把这样的检查和并入标题，可对驻留在数据标签中的自描述数据进行多方面的和充分的检查，从而提高了可靠性。

另外，如果第一和第二数据元素至少之一包括一个统一的资源标识符(URI)，也将是一个优点。一个URI是一个短字符串，标识一个抽象的或物理的资源。URI的一个例子是，指向万维网的一个Web网页的统一资源定位符(URL)。通过把一个URI存储在数据标签的至少一个数据元素中，可以把从数据标签所检索的信息直接馈送于一个Web浏览器，而不必从外部源，例如从专用数据库，检索URI。把一个URI包括进数据标签，提供了广泛的企业到企业(B2B)或企业到用户(B2C)的可能性，例如从万维网检索相关的产品信息或系统软件的升级。

如果第一和第二数据元素至少之一包括一个因特网协议(IP)地址，将是又一个优点。在标签的至少一个数据元素中存储IP地址，可实现直接的计算机到计算机的存取，例如，还能够将IP地址用于从一个具有相应的IP地址的专用服务器中检索产品软件。显然，许多其它因特网应用也可能得以实现。因此，把一个IP地址包括进数据标签，提供了广泛的B2B或B2C机会。

在数据标签中包括多个标题，每一个标题专门用于描述一个数据元素的信息，可实现对通用数据标签，例如对具有定制化的数据格式和大小的RF ID标签的读取。这是一个重要的特性，因为它明显拓宽了这样的标签的应用领域，这是使用配备有固定格式和固定大小的标签很难实现的一个重要特性。

与由前缀数据元素组成的数据流相比，当处理含有采用可变格式、字段类型以及大小的数据元素的数据流时，一个所配置的用于读取这样的数据标签的系统，不能立即解释从数据标签中所读取的数据。必须使用一个能够分析来自数据标签的数据流的模块对系统加以扩展。通过根据标题信息对标题的解释和对附加数据元素的修改，这样的模块可以识别和转换数据流中不同的元素。在此之后，该模块可以把所转换的数据元素输出到系统的适当的部件。

以上所提到的系统的数据标签阅读器还能够独立地加以制造，在利用即插即用外设的应用领域中，例如在个人计算机应用领域中，这是特别有益的。

以下将参照附图并将通过非限制性举例的方式详细地描述本发明。在这些附图中：

图1描述了根据本发明的一个实施方案的一系列数据格式；

图2a描述了对标题中数据元素信息进行编码/解释的一个例子；

图2b描述了对标题中数据元素信息进行编码/解释的另一个例子；

图3描述了根据本发明的一个实施方案的数据标签；

图4描述了用于读取根据本发明的一个实施方案的数据标签的一个系统。

在图1中，描述了用于向数据标签存储和从数据标签读取的数据格式。图1(a)描述了数据格式100的优选实施方案，其中，第一标题(HD)110位于第一数据元素(DE)112之前，后面跟随第二标题114以及第二数据元素116。这一分段方案的主要优点是，在读取第一标题110之后，关于第一数据元素112的所有信息便全部得以接收，并能够根据具有数据格式100的一个数据流直接读取和解释这一数据元素。因此，一个标签阅读器仅要求非常有限的存储设施，这有助于这样的设备的低成本价格。图1(b)和1(c)中所介绍的数据格式的这一优点并不明显。在图1(b)中，在可以对数据元素进行解释之前，必须存储完整的数据流。这可以通过以一个相反的方式，即从后向前分析数据流，来实现这一点。图1(c)中所介绍的数据格式，具有类似的复杂度。首先，在可以分别对数据元素112、116以及124进行解释之后，必须存储所有的标题。然而，接下来，必须从存储器中检索每一标题110、114、122中，这引发了存储问题，从而导致阅读器配置中不必要的复杂度。因此，由于其低分析复杂度和最小存储需求，数据格式100是较佳的格式。然而，这一领域中的有一定经验的技术人员将会明显领悟到：可以在不背离此处所介绍的技术的情况下构造这些分段方案的许多其它的变体。需要特此加以强调的是，这三种数据格式仅仅是作为一个例子，不应把它们视为对本发明范围的限制。另外，用于描述这些技术的标题和数据字段的个数也仅仅是示范性的，在不背离本发明的范围的情况下，可以使用更大数量的标题和数据字段。

图2a是可定义标题110、114以及122中的元数据的方式的一个例子。应该加以强调的是，这一具体的编码方案基于现存的编码技术。较佳的做法是，使用可变长度的代码，例如与Huffman编码相关的字首码。这样的一个编码技术的基本原理是，以最小化的比特数，对一系列最常用的值进行编码。在这一具体的例子中，通过4个比特指出8～22比特范围内的一段数据元素。例如，在标题110中，可以使用比特模式‘0111’对一个15个比特长的第一数据元素112进行进行编码，如图1中所描述的。从图2a中可以检索这一模式的含义，即从二进制决策树的顶结点开始，并根据以上所提到的比特序列历经树杈，按序下降到树叶来进行这一检索。在这一例子中，比特模式‘1111’具有一个特殊的含义。它用作树的一个扩展的树杈的前缀(未在图中加以显示)，其中，定义了在公共值范围之外的值。显然，要求5或5个比特以上的较长的比特序列定义这些次公共值，因此它们的定义将是欠紧密的。应该加以注意的是，在扩展符前缀之下的树杈可以是任意深度的一个重复结构，因而允许任意长度的编码。另外，可以给予树中的一个预定义的值一个特殊的含义，例如，定义一个可使标签阅读器能够识别数据流的结束的终结符。

另外，可以按一种类似的方式对数据元素的字段类型进行编码。需要加以强调的是，之所以使用词组‘字段类型’而不是使用‘数据类型’，是因为后面的这一词组通常与数学上所定义的类型相关联，例如整数、实数、串等。此处，数据元素的字段类型通常将拥有一个实际的含义，例如‘以克为单位的重量’、‘生产日期’、‘到期之前的最佳状态’等。在许多数据标签的应用中，存在于标签中的字段类型将展示某些逻辑顺序，例如生产者、产品类型、以及产品标识号等。如果按一种分类的，例如按递增的、增加的、递减的、或减少的次序排列的数值赋予这些字段类型，则可以通过存储连续数据元素的字段类型之间的差，实现附加字段类型的压缩。图2b是基于这样的一个δ机制的紧密编码方案的一个例子。当从一个查找表或某一其它数据结构检索字段类型时，单一的比特‘0’表示值‘字段类型+1’，而两个比特的串‘11’表示值‘字段类型+2’。这样，如果在自描述数据中确实存在于连续字段类型的一个排序，那么可以使用一个单一的比特对各个字段类型进行编码，从而提供了极为紧密的标题。

也可以对二进制决策树加以组合，以对信息的组合进行编码，例如对数据元素类型和数据元素长度进行编码。例如，可以使用两比特宽的树标记不同的元素类型，例如生产者＝‘00’、产品＝‘01’以及产品ID＝‘10’。可以把图2a的树与这一两个比特宽的树连接起来，以指出一个数据元素的长度。于是，一个比特模式‘001100’将把类型生产者的一个数据元素加以特征化，如由首部‘00’所定义的，具有一个20个比特的元素长度，如图2a中由比特模式‘1100’所指出的。可以很容易地想到除这里所介绍的“字段类型++数据长度”之外的连接的二进制决策树编码的例子，例如，增大了连接度的其它二进制决策树的连接。可选择的是，也可以按这一方法添加一个定义了一个错误检查和的比特序列，用于检查自描述数据的正确性，从而可向这一识别系统提供附加的错误校正功能。需要加以强调的是，以上所提到的编码方法仅仅是在举例，在不背离本发明的范围的情况下，可以很容易地对它们加以改变、扩展、或减缩。

也可以使用图2a和2b中所示的编码方案以及其它可变长度的编码方案，压缩数据元素本身。当再次把注意力转向图2a时，可以使用叶子上的值对公共值进行编码。在这一具体的例子中，由4个比特的序列‘1110’而不是由8个比特或16个比特的序列描述整数值22。除了使用这样的二进制树外，也可以使用其它人们所熟悉的压缩技术对数据元素加以压缩，例如从一个比特模式中去除首0或尾0。这样做有这样的好处：可以使用不同的方法压缩字段类型，例如整数和串，以便获得对每一字段类型的最佳压缩，从而进一步减少了所要求的存储容量。

在图3中，给出了一个数据标签300中根据数据格式100的数据的一个示范性的实现。存储元素310包括第一标题110，如由310的最左阴影区域加以指示的。4个比特的第一标题100后跟随一个8个比特的第一数据元素112、一个6个比特的第二标题114以及一个14个比特的第二数据元素116。显然，这些不同的标题和数据元素的大小仅以举例的方式加以选择。另外，更大数量的标题和数据元素也可以存在于数据标签300，如在图3中由存储元素310的右手侧的点加以表示的。此时，需要加以强调的是，尽管已初步地开发了这一数据格式，以使在RF ID标签中能够进行灵活的数据存储，但这并不是对这一应用领域的限制。应将其视为在所有存储容量是一种稀有的资源的其它识别应用中是同等有用的，例如在通过电子接触加以存取的智能卡、磁卡、光条形码、并入在图画或视频流等中的数字水印等应用中。另外，在标识和描述一种外部设备，例如一个使用由诸如计算机或其它智能产品等所进行的配置的鼠标器等，也是有用的。通常由硬件把必要的数据嵌入在鼠标器中。通过使用数据紧密，如由数据标签300中的数据格式100所提供的，可减小所要求的数据大小，从而导致这种设备的生产成本的减少。

使用图3的数据标签300，要求对一个能够从这样的标签检索标识信息的系统的修改。系统420，图4中所描述的，包括必要的修改。当前商业上可得的系统通常包括一个数据标签阅读器422和一台计算机426。通过使用模块424扩展该系统，能够很容易地使这样的系统适应于读取数据标签300。这一模块，既可由硬件实现，也可由软件实现。较佳的做法是令模块424为一个分析由数据标签阅读器422所接收的数据流的简单的软件代码模块。通常，这一模块可选择地包括一个某种形式的查找表(LUT)，以检索适当的数据格式或编码信息，以及译码算法，用于以标题或数据元素的解压缩的形式产生标题或数据元素。例如，用于从数据标签300的第一标题110检索第一数据元素112的一个描述的装置以及用于从数据标签300的第二标题114检索第二数据元素116的一个描述的装置，可以像实现了存储在标题110和114中的二进制决策树的if-then-else结构一样简单，尽管使用可配置的LUT的实现提供了可选的优势。

在根据本发明的数据标签的一个实施例中，也可以压缩数据元素112和116。由于较佳的做法是使用人们所熟悉的编码技术压缩数据元素112和116，所以所要求的译码技术也是人们可从文献中获知的标准算法。

然后，必须把从标题110和114所接收的信息用于把元素112和116转换成适合于计算机426的格式。为此，模块424需要拥有用于生成数据标签300的一个转换后的第一数据元素的装置，这一转换基于从数据标签300的第一标题110所检索的第一数据元素112的描述，以及用于生成数据标签300的一个转换后的第二数据元素的装置，这一转换基于从数据标签300的第二标题110所检索的第二数据元素112的描述。此外，同样可以使用简单的、人们所熟悉的算法实现这些装置。由于这些必要的编程结构对于这一领域中任何有一定经验的技术人员来说是熟悉的，所以对于这些技术人员来说，根据以上所提到的结构或明显的可选结构，以软件或硬件的形式创建这样的用于解释和转换数据流的模块424是轻而易举的。

可以把模块424作为阅读器422和计算机426之间的一个接口添加到一个现存的系统中，从而得到系统420。应该加以强调的是，对于标签阅读功能来说，计算机426不是系统420的一个实质部分，因为计算机仅解释从数据标签300所读到的数据。由于很容易作为一个小的软件程序实现模块424，所以可以把其集成在标签阅读器422中，如图4中由短划线框所指示的，以及集成在计算机426中，如图4中由点线框所指示的。对模块424的一个独立的或集成的应用的选择，将受到系统要求的制约。另外，也可以使用集成的模块424独立于系统制造标签阅读器422，例如，作为针对一台个人计算机的外设。

最后，可以使用可得的标签编程系统460的一个修改的版本，把根据数据格式100的自描述数据存储在数据标签300上。

这一修改包含：把一个编码模块464添加到编程系统460，用于根据数据格式100对来自数据源462的数据进行编码。将不进一步描述这一编码模块464，因为它是译码模块424的逆过程，根据这里所介绍的模块424的技术，对于这一领域中的熟练技术人员来说，如何构造编码模块464，将使显而易见的。

需要加以注意的是，以上所提到的实施方案仅仅是说明性的，而不是对本发明的限制。在不背离所附权利要求的范围的情况下，这一领域中的熟练技术人员将能够设计许多可选的实施方案。在权利要求中，放置在括号之间的任何参照符号，将不用作对权利要求的限制。词组‘包括’将不排除权利要求中所列成分或步骤之外的成分或步骤的出现。在一个成分之前的单词‘一个’，不排除一系列这样的成分的出现。本发明可以由包括多种不同的成分的硬件加以实现，并由一台适当编程的计算机加以实现。在该设备中，要求了所列举的多种装置的权利，这些装置中的一些装置可以由完全相同的硬件加以体现。事实上，在互不相同的相关的权利要求中所引用的某些度量，不表示使用这些度量的组合不能突出本发明的优点。

Claims (12)

1.一种包括自描述数据的数据标签(300)，所述数据包括：

一个描述第一数据元素(112)的第一标题(110)；

第一数据元素(112)；其特征在于：自描述数据还包括：

一个描述第二数据元素(114)的第二标题(116)；

第二数据元素(116)。

2.如权利要求1中所要求的数据标签(300)，其特征在于：

第一标题(110)包括一个对第一数据元素(112)的长度的描述，以及

第二标题(114)包括一个对第二数据元素(116)的长度的描述。

3.如权利要求1中所要求的数据标签(300)，其特征在于：

第一标题(110)包括一个对第一数据元素(112)的字段类型的描述，以及

第二标题(114)包括一个对第二数据元素(116)的字段类型的描述。

4.如权利要求3中所要求的数据标签(300)，其特征在于：

第一数值直接代表第一数据元素(112)的字段类型的描述；

第二数值间接代表第二数据元素(116)的字段类型的描述，所述第二数值是第一数值和一个直接代表第二数据元素(116)的字段类型的第三数值之间的一个差。

5.如权利要求1中所要求的数据标签(300)，其特征在于：第一标题(312)和第二标题(316)以压缩的形式存在。

6.如权利要求1中所要求的一种数据标签(300)，其特征在于：

第一数据元素(112)以第一压缩的形式存在；

第二数据元素(116)以第二压缩的形式存在。

7.如权利要求2或3中所要求的一种数据标签(300)，其特征在于：

第一标题(110)和第二标题(114)至少之一还包括用于检查自描述数据的正确性的比特模式。

8.如权利要求1中所要求的一种数据标签(300)，其特征在于：第一数据元素(112)和第二数据元素(116)至少之一包括一个统一的资源标识符。

9.如权利要求1中所要求的一种数据标签，其特征在于：第一数据元素(112)和第二数据元素(116)至少之一包括一个因特网协议地址。

10.一种用于从数据标签(300)中读取自描述数据的方法，该方法包括：

从自描述数据读取描述第一数据元素(112)的第一标题(110)；

从自描述数据读取第一数据元素(112)，

其特征在于：

从自描述数据读取描述第二数据元素(116)的第二标题(114)；

从自描述数据读取第二数据元素(116)。

11.一种用于从数据标签(300)中读取自描述数据的一个数据标签阅读器(422)，数据标签阅读器(422)包括：

用于从自描述数据读取描述第一数据元素(112)的第一标题(110)装置；

用于从自描述数据读取第一数据元素(112)的装置，其特征在

于：

用于从自描述数据读取描述第二数据元素(116)的第二标题(114)的装置；

用于从自描述数据读取第二数据元素(116)的装置。

12.如权利要求1中所要求的一种系统(420)，所述系统包括：

一个如权利要求11中所要求的数据标签阅读器(422)，用于从数据标签(300)中接收第一数据流；以及

一个模块(424)，用于转换第二数据流，该模块包括：

用于从第一标题(110)检索第一数据元素(112)的描述的装置；

用于从第二标题(114)检索第二数据元素(116)的描述的装置；

用于根据从第一标题(110)检索的第一数据元素(112)的一个描述，生成一个转换过的第一数据元素的装置，以及

用于根据从第二标题(114)检索的第二数据元素(116)的一个描述，生成一个转换过的第二数据元素的装置。

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