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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einer
Steuereinheit und einer Anzahl von im Ansprechbereich der Steuereinheit befindlichen,
entfernten Einheiten, wie einer Basisstation bzw. einer Anzahl von
Tags in RFID- oder
Remote-Sensor-Systemen, wobei die entfernten Einheiten in Ausführung eines
von der Steuereinheit ausgesandten Befehls aufgefordert werden,
eine Datenfolge zu der Steuereinheit zu übertragen.
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Es
sind heute vielfältige
technische Anwendungen bekannt, bei denen Kommunikationssysteme mit
zumindest einer Steuereinheit oder Basisstation und einer Anzahl
in einem Kommunikationsfeld um die Steuereinheit herum angeordneter
entfernter Einheiten zum Einsatz kommen. Dabei ist die Steuereinheit
regelmäßig in der
Lage, in den entfernten Einheiten enthaltene Information zu sammeln;
weiterhin kann sie auch zu schreiben von Informationen in den entfernten
Einheiten ausgebildet sein. Das Kommunikationsfeld kann durch körperliche
Verbindungen zwischen der Steuereinheit und den entfernten Einheiten
gebildet sein oder alternativ in Form von Übertragungen elektromagnetischer
Wellen zwischen der Steuereinheit und den entfernten Einheiten vorliegen.
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Ein
Beispiel für
letztgenannte Systeme sind Radiofrequenz-Identifizierungssysteme (RFID), bei denen
eine Steuereinheit in Form einer Basisstation (auch: Lesegerät) Signale
im Radio-Frequenzbereich an
entfernte Einheiten überträgt, die
im we sentlichen als integrierte Schaltkreise mit einer Sende- und Empfangseinrichtung
(Antenne) ausgebildet sind und als Transponder oder Tags bezeichnet
werden. Die Tags lassen insbesondere zur Identifizierung von Gegenständen, wie
Gepäckstücken, Vieh
oder Personen im Rahmen einer Zugangskontrolle einsetzen. Weiterhin
können
derartige Tags bei geeigneter Ausbildung auch Sensorfunktionen,
beispielsweise zur Temperaturmessung, wahrnehmen und werden dann als
Remote Sensoren bezeichnet.
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Die
Datenübertragung
vom Tag zur Basisstation kann in den o. g. Systemen entweder zeitversetzt mit
der Datenübertragung
von der Basisstation zum Tag erfolgen – man spricht dann von einem
Halbduplex-Übertragungsverfahren
(z. B. Finkenzeller, RFID-Handbuch,
3. Auflage (2002), Hanser, S. 40 f) –, oder sie findet in beide
Richtungen zeitgleich statt, was als Vollduplex-Verfahren bezeichnet wird. Zur Datenübertragung
vom Tag zur Basisstation (return link) wird dabei regelmäßig ein
sog. Backscatter-Verfahren verwendet, bei dem das Tag ein Trägersignal (Trägerwelle)
der Basisstation, das bei sog. passiven Tags auch zur Energieversorgung
dienen kann, in geeigneter Weise moduliert und zur Basisstation
zurückstrahlt.
Ein gängiges
Modulationsverfahren ist z. B. eine Amplitudentastung, kurz: ASK
(amplitude shift keying).
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Im
Zuge der meisten o. g. Anwendungen sind mehrere entfernte Einheiten
im Ansprechbereich der Steuereinheit präsent, so dass eine Übertragung
durch die Steuereinheit von mehr als einer entfernten Einheit empfangen
wird. Daher kann eine Informationsabfrage durch die Steuereinheit
u. U. eine Mehrzahl von (gleichzeitigen) Übertragungen durch entfernte
Einheiten zur Steuereinheit (sog. Vielfachzugriff) zur Folge haben,
was in der Regel zu einem gestörten
oder zumindest erschwerten Empfang durch die Steuereinheit führt, insbesondere wenn
die entfernten Einheiten – wie
z. B. bei auf Backscatter basierenden RFID-Systemen der Fall – nur mit
sehr geringer Nutzsignal-Stärke senden.
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Zur
Vermeidung der angesprochenen Problematik sind in RFID-Systemen eine Vielzahl
von sog. Antikollisions- oder Arbitrierungsverfahren bekannt, wie
sie in ihren Grundlagen z. B. bei Finkenzeller, a. a. O., S. 203
ff, beschrieben sind. Derartige Verfahren dienen dazu, aus einer
Mehrzahl von Tags mittels der Basisstation sequentiell einzelne
Tags auszuwählen
und selektiv mit diesen zu kommunizieren. Nach Abschluss der Kommunikation
mit einem Tag (oder einer Gruppe von Tags) wird dieser regelmäßig stumm
geschaltet, bis auf diese Weise alle Tags ohne die o. g. Kollisionsprobleme
angesprochen wurden.
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Ein
weiteres, grundsätzliches
Problem in den o. g. Kommunikationssystemen verknüpft sich
mit der Zeitspanne, die zum Lesen von Informationen bei einer Mehrzahl
von entfernten Einheiten veranschlagt werden muss, wobei regelmäßig Bestrebungen
dahin gehen, die Länge
dieser Zeitspanne zu minimieren.
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Aus
der
EP 1 172 755 A1 ist
beispielsweise ein Verfahren zum Lesen von Informationen bei einer Mehrzahl
von Transpondern eines im Halbduplex-Verfahren arbeitenden elektronischen
Identifizierungssystems bekannt, bei dem eine Basisstation nach
erfolgter Detektierung eines ersten, von einem der Transponder ausgesandten
Teil einer Signalsequenz ein Steuersignal in Form eines Notch-Signals (Modulationsdip,
Feldlücke)
aussendet, durch dass alle zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch inaktiven Transponder
stumm geschaltet werden, woraufhin die Basisstation mittels eines
weiteren Steuersignals den betreffenden Transponder zum Senden der
restlichen Sequenz veranlasst. Als nachteilig ist hierbei insbesondere
anzusehen, dass speziell ein ASK-basierender Backscatter-Transponder
aufgrund von Überschwingproblemen,
die durch das Entstehen von Peaks während der ASK-Modulation bedingt sind,
seinen RSSI-Kanal (RSSI: re ceiver signal strength indicator) außer Betrieb
setzen muss, wenn er seinen ASK-Modulator betreibt. Zudem ist es
insbesondere bei großen Übertragungsweiten
erforderlich, mit einem großen
Modulationsindex m nahe dem Wert m = 1 (sog. On-Off keying) zu arbeiten,
so dass der Transponder dann nicht mehr sicher feststellen kann,
ob das o. g. Notch-Signal von der Basisstation stammt oder von ihm
selbst zum Modulieren des Trägersignals
erzeugt wurde.
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Ein
weiterer Nachteil der o. g., vorbekannten Lösung besteht darin, dass die
Basisstation durch das Senden des Notch-Signals in jedem Fall eine Information
zerstört,
so dass das erläuterte
Verfahren sinnvoller Weise nur bei Verwendung eines Modulationsindex
m < 1 einsetzbar
ist, da hier auch in einem Notch ein Backscatter-Signal entstehen
kann, was sich jedoch nach dem Vorstehenden negativ auf die erzielbare
Reichweite auswirkt.
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Aus
der
US 5,365,551 ist
ein Transceiver zur Datenkommunikation bekannt, der ein Identifikations-
bzw. Auswahlprotokoll unterstützt.
Im Kontext des Identifikationsprotokolls sendet eine Steuereinheit
an entfernte Einheiten ein Kommando, worauf diese eine Zufallszahl
innerhalb eines vorgegebenen Intervalls auswählen und speichern. Die derart
angesprochenen entfernten Einheiten senden dann ihre jeweilige Zufallszahl
an die Steuereinheit. Die Steuereinheit kann nun durch Vorgabe einer
Zufallszahl oder eines Bereichs von Zufallszahlen spezifische entfernte
Einheiten mit zugehöriger
Zufallszahl bzw. zugehöri gen
Zufallszahlen auswählen.
Kollisionsprobleme durch gleichzeitiges Senden entfernter Einheiten
werden demnach dadurch vermieden, dass die Basisstation durch das
Auswahlprotokoll eine entfernte Einheit vereinzelt und anschließend isoliert
mit ihr kommuniziert.
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Aus
der
WO 2004/029652
A1 ist ein Verfahren zur Vermeidung von Kommunikationsstörungen zwischen
so genannten RFID-Tags bekannt. Bei diesem Verfahren werden die
kontinuierlich gesendeten Signale von Tags, die bereits ausgelesen
wurden, in ungültigen
Zeitschlitzen übertragen.
Auf diese Weise wird vermieden, dass bereits ausgelesene Tags die Datenübertragung
von Tags stören,
die zu einem gegenwärtigen
Zeitpunkt ausgelesen werden.
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Aus
der
US 6,104,279 ist
ein gattungsgemäßes Kommunikations-Verfahren bekannt,
bei dem eine Anzahl von entfernten Einheiten in Form von Transpondern
jeweils nach einer Ablauf einer zufällig bestimmten Zeit zunächst bestimmte
Kopfdaten zu einer Steuereinheit (Basisstation) übertragen. Wenn diese derartige
Kopfdaten fehlerfrei empfängt,
sendet sie ein Bestätigungssignal,
das der betreffende Transponder als Kommando zur fortgesetzten Übertragung
interpretiert, während
die anderen Transponder automatisch und gleichzeitig stumm geschaltet werden.
Hierbei ist insbesondere als nachteilig anzusehen, dass bei statistisch
möglicher,
zeitlicher Übertragung
von Kopfdaten durch mehr als einen Transponder vor Empfang des Bestätigungssignals
Interferenzen zwischen den Kopfdaten-Übertragungen auftreten können, so
dass sich das Verfahren um diejenige Zeit verzögert, die der Länge der
Kopfdaten und derjenigen Zufallszeit entspricht, nach der der nächste Transponder
seine Kopfdaten überträgt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art – insbesondere
unter Vermeidung der vorstehend aufgeführten Nachteile – in seinem
zeitlichen Ablauf gestrafft auszubilden und dabei zugleich sicher
zu gestalten.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem
Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Steuereinheit
in Abhängigkeit
von einem Kommunikationszustand, wie einem Ausbleiben einer Übertragung
der Datenfolge durch wenigstens eine entfernte Einheit oder einer
zumindest teilweise zeitgleichen Übertragung der Datenfolge durch
mehr als eine entfernte Einheit, zeitgleich mit der vorgesehenen Übertragung
der Datenfolge ein Steuersignal an die entfernten Einheiten sendet.
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Erfindungsgemäß erfolgt
demnach eine Unterrichtung der entfernten Einheiten über einen
potentiell ungünstigen
Kommunikationszustand zeitgleich mit der vorgesehenen Datenübertragung,
d. h. im Vollduplex-Verfahren, so dass das bei vorbekannten Verfahren
notwendige Abschalten des RSSI-Schaltkreises entfallen kann. Bei
dem Steuersignal handelt es sich erfindungsgemäß vorzugsweise um ein Notch-Signal,
wobei jedoch aus Sicherheitsgründen
der Modulationsindex m möglichst
groß sein sollte,
vorzugsweise m = 1, wie z. B. bei Zweiseitenband-Modulation (DSBM:
double side band modulation). Möglich
ist jedoch auch die Verwendung einer anderen, insbesondere kurzen
Befehlsstruktur (geringe Bitanzahl), ggf. in Verbindung mit einer
Absicherung durch Paritäts-
oder CRC-Daten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich vorteilhafter
Weise auch zusammen mit einem Kommunikationsprotokoll wie in der
eingangs besprochenen
US 6,104,279 offenbart
anwenden: Gemäß der
US 6,104,279 übertragen
die Tags jeweils ab einem zufällig
bestimmten Zeitpunkt eine Nachricht an die Basisstation. Ein erfindungsgemäßes Steuersignal während des
ersten Teils dieser Nachricht (in der
US 6,104,279 als
Kopfdaten bezeichnet) würde
dazu führen,
dass die gerade aktiven Tags ihr Backscattering sofort abbrechen,
so dass die Basisstation anschließend mit vergrößerter Wahrscheinlichkeit
ein später
sendendes Tag ungestört
empfängt.
Zusätzlich
kann das erfindungsgemäße Steuersignal
auch bewirken, dass die noch inaktiven Tags ihren Zeitverzögerungs-Zähler (der
z. B. mit einer Zufallszahl als Startwert beginnt) herunter zählen.
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Auch
bei einem weiteren vorbekannten ALOHA-Verfahren lässt sich
die erfindungsgemäße Lösung vorteilhafter
Weise einsetzen: Dabei sendet eine Basisstation wiederholt eine
beispielsweise als "Query" bezeichnete Anfrage,
durch die eine jeweils in den im Feld befindlichen Tags gespeicherte
Zufallszahl modifiziert, z. B. herunter gezählt wird. Ist ein bestimmter
Schwellwert des jeweiligen Zählers erreicht,
sendet das betreffende Tag seine Nachricht im Backscatter-Verfahren
zur Basisstation, wobei jedoch aufgrund statistischer Wahrscheinlichkeiten auch
Kollisionen auftreten. Bei entsprechenden vorbekannten Verfahren
muss dann die Basisstation bis zum Ende des Backscatter-Stroms warten,
der u. U. die komplette Tag-ID enthält (RSSI außer Betrieb; s. o.). Erfindungsgemäß ist es
auch bei derartigen und verwandten Verfahren möglich, durch Übertragen des
Steuersignals alle zu einem gegebenen Zeitpunkt aktiven Tags zum
Abbruch ihrer Übertragung zu
veranlassen, woraufhin alle weiteren Tags ihren jeweiligen Zähler automatischen
herunter zählen. Wenn
dieser dann seine Auslöseschwelle
erreicht hat, beispielsweise den Wert Null, fangen diese Tags jeweils
automatisch mit ihrer Übertragung
an. Dadurch wird ein weiteres Versenden des Query-Signals (regelmäßig ein
Notch-Signal) vermieden,
so dass gleichzeitig auch der Rauschpegel verringert wird, was die Übertragungsqualität und -sicherheit zugute
kommt.
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Gemäß einer
ersten Weiterbildung des Verfahrens ist demnach – wie vorstehend bereits angesprochen – vorgesehen,
dass durch das Steuersignal eine zumindest teilweise zeitgleiche
Datenübertragung
durch eine Mehrzahl entfernter Einheiten abgebrochen wird. Alternativ
kann durch das Steuersignal ein Warten der Steuereinheit auf eine
Datenübertragung
durch die entfernten Einheiten abgebrochen werden, insbesondere
dann, wenn weiterhin vorgesehen ist, dass die Steuereinheit während eines
vorbestimmten Zeitfensters ab jeweils einem vorgegebenen Zeitpunkt
auf die Übertragung
der Datenfolge wartet. Mit anderen Worten: Die entfernten Einheiten – oder Tags – dürfen nur
zu definierten, synchronen Zeitpunkten (Slots) mit der Übertragung
von Datenfolgen beginnen, wobei die notwendige Synchronisation der
Tags durch die Basisstation gesteuert wird. Dies ist auch als Slotted-ALOHA-Verfahren
(s. Finkenzeller, a. a. O., S. 212 ff) bekannt. Entsprechend kommt
also das erfindungsgemäße Steuersignal
nur dann zum Einsatz, wenn nachteiliger Weise Zeitfenster oder Slots
unbelegt bleiben (Zeitverlust) oder mehrfach belegt sind (Kollision;
s. o.), was insgesamt zu einer beschleunigten Kommunikation bzw.
Antikollision beiträgt
und sich in einer hohen Tag/Zeiteinheit-Rate ausdrückt.
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Aus
Sicherheitsgründen
sieht eine Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die
entfernten Einheiten nach Empfang des Befehls und vor dessen Ausführung jeweils
Sicherheitsdaten, vorzugsweise aus den Befehlsdaten einschließlich zugehöriger Parameterwerte
errechnete und invertierte CRC-Prüfdaten (CRC: cyclic redundancy
check), an die Steuereinheit übertragen.
In diesem Zusammenhang kann weiterhin vorgesehen sein, dass die
Steuereinheit auf die Übertragung
der Sicherheitsdaten ein Bestätigungssymbol
und ein Endsymbol (EOF: end of frame) an die jeweiligen entfernten
Einheiten sendet, wobei möglicherweise
zumindest eine entfernte Einheit durch das Bestätigungssymbol von der Ausführung des
Befehls ausgeschlossen wird. Bei dem Bestätigungssymbol kann es sich beispielsweise
um eine anhand vorgegebener zeitlicher Referenzen kodierte logische "0" (entsprechend einem durch die Steuereinheit
akzeptierten CRC-Bit) oder eine logische "0" handeln
(CRC-Bit nicht akzeptiert) handeln, woraufhin die betreffende Einheit
von der Ausführung
des Befehls ausgeschlossen wird. Das Endsymbol stoppt die Berechnung
und Übermittlung
der Sicherheitsdaten und veranlasst die Befehlsausführung für die nicht
ausgeschlossenen Einheiten.
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Zusammen
mit dem Befehl überträgt die Steuereinheit
weiterhin vorzugsweise eine maximale Anzahl für die Kommunikation vorgesehener
Zeitfenster (Slots).
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Im
Zuge einer äußerst bevorzugten
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen
die entfernten Einheiten als Datenfolge eine von ihnen jeweils bestimmte
Zufallszahl und optional weitere, vorbestimmte Daten aus einem Dateninhalt
der jeweiligen entfernten Einheit, wobei die Zufallszahl erfindungsgemäß das Zeitfenster
für die Übertragung der
Datenfolge durch die jeweilige entfernte Einheit angeben kann und
wobei weiterhin die Länge
der weiteren Daten durch die Steuereinheit gesteuert wird.
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Darüber hinaus
sieht eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass alle den
Befehl ausführenden
entfernten Einheiten synchron mit einer ersten Übertragung der Datenfolge beginnen,
so dass die Steuereinheit schnell feststellen kann, ob sich überhaupt
eine Mehrzahl ansprechbarer Einheiten in ihrem Einflussbereich befinden.
Folglich zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren in Weiterbildung
dadurch aus, dass entfernte Einheiten, deren Zufallszahl dem Zeitfenster
der gemeinsamen, ersten Übertragung
entspricht, eine neue Zufallszahl bestimmen, um anschließend erneut
ihre Datenfolge übertragen
zu können.
Demgemäss
wird erfindungsgemäß jede entfernte
Einheit zweimalig aktiv, nämlich
im Zuge der o. g. ersten Übertragung, z.
B. in einem ersten Slot, und in einem zweiten Slot, der durch die
Zufallszahl bestimmt wird.
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Gemäß einer
weiteren Variante der erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Übertragung
der Datenfolge durch das Steuersignal während der Übertragung der Zufallszahl
abgebrochen, so dass sicher gestellt ist, dass aufgrund des Abbruchsignals keine
Informationen verloren gehen. Darüber hinaus kann eine entfernte
Einheit, deren Übertragung
auf diese Weise abgebrochen wurde, eine neue Zufallszahl ermitteln,
durch die ein Übertragungs-Slot
bestimmt wird, und anschließend
während
des entsprechenden Zeitfensters erneut eine Datenfolge übertragen.
Alternativ kann die Übertragung
der Datenfolge durch das Steuersignal auch während oder nach der Übertragung
der weiteren Daten beendet werden.
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Zusätzlich kann
vorgesehen sein, dass eine entfernte Einheit, deren Übertragung
abgebrochen wurde, bis zum Aussenden eines neuen Befehls durch die
Steuereinheit von der Ausführung
des Befehls ausgeschlossen wird, so dass die Kollisionsgefahr innerhalb
der Zeitfenster abnimmt.
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Um
das erfindungsgemäße Kommunikationsverfahren
weiter gegenüber
vorbekannten Verfahren, insbesondere herkömmlichen (Slotted-)ALOHA-Antikollisionsverfahren,
zu beschleunigen, ist im Zuge einer äußerst bevorzugten Weiterbildung
vorgesehen, dass bei fehlender Übertragung innerhalb
eines Zeitfensters das Verfahren unmittelbar mit dem nächsten Zeitfenster
fortgesetzt wird.
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Eine
weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
die Steuereinheit nach Beendigung der Übertragung ein weiteres Steuersymbol
(eine logische "0", eine logische "1" oder ein Endsymbol) überträgt, nach
dessen Maßgabe
in der Folge entweder die Übertragung
der weiteren Daten mit ei nem nächsten
Dateninhalt der entfernten Einheit fortgesetzt wird oder die Übertragung des
letzten Dateninhalts der entfernten Einheit wiederholt wird. Auf
diese Weise lässt
sich das weitere Steuersignal für
eine neue Synchronisation der Übertragung
nutzen. Alternativ kann nach Maßgabe
des weiteren Steuersignals auch die Übertragung der weiteren Daten
zumindest für
die betreffende entfernte Einheit und für den gegenwärtigen Zeitschritt
vollständig
beendet werden, so dass die Steuereinheit in der Lage ist, ein sukzessives
Auslesen eines Speicherinhalts (memory scroll) der entfernten Einheiten flexibel
jederzeit dann zu beenden, wenn sie diejenigen Daten empfangen hat,
auf die sie es abgesehen hatte. Dies bedeutet weiterhin, dass eine
zu lesende Datenmenge grundsätzlich
nicht beschränkt
ist, wenn ein Autodekrement der Speicheradresse verwendet wird;
lediglich die Speichergröße setzt
hier eine Grenze.
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Wenn,
wie vorstehend beschrieben, nach Maßgabe des weiteren Steuersignals
die Übertragung
der weiteren Daten zumindest für
die betreffende entfernte Einheit und für den gegenwärtigen Zeitschritt
vollständig
beendet wurde, sieht eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
vor, dass anschließend
Sicherheitsdaten, vorzugsweise CRC-Daten, über wenigstens einen Teil der übertragenen
Daten von der entfernten Einheit an die Steuereinheit übertragen
werden, wobei die Steuereinheit:
- – die Sicherheitsdaten überprüft und bei
negativer Prüfung
zumindest ein erstes Quittungssymbol überträgt, z. B. eine logische "1", woraufhin die entfernte Einheit als
nicht identifiziert gekennzeichnet wird; oder
- – die
Sicherheitsdaten überprüft und bei
positiver Prüfung
zumindest ein zweites Quittungssymbol überträgt, z. B. eine logische "0", woraufhin die entfernte Einheit als
identifiziert gekennzeichnet und stumm geschaltet wird; oder
- – die Übertragung
der Sicherheitsdaten durch ein Endsymbol beendet, woraufhin die
entfernte Einheit als identifiziert gekennzeichnet wird und einen
neuen Befehl erwartet.
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Das
Quittungssymbol für
die Sicherheitsdaten bzw. das Endsymbol dient demgemäss erfindungsgemäß zugleich
als Acknowledge-Symbol,
so dass ein Aussenden eines zusätzlichen
Acknowledge-Symbols
entfällt,
das bei vorbekannten Verfahren regelmäßig zum Bestätigen insbesondere
umfangreicher Datentransfers vorgesehen ist.
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Um
anschließend
zwecks einer zeitlichen Straffung des Verfahrens schnell mit einem
neuen Zeitfenster fortfahren zu können, zeichnet sich eine vorteilhafte
Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, dass in den Fällen der
beiden ersten vorstehend aufgezählten
Alternativen die Steuereinheit anschließend ein Zeitfenster-Steuersignal
zum Beginnen eines neuen Zeitfensters überträgt. Ebenso kann die Steuereinheit
im Falle der dritten o. g. Alternative einen auszusendenden und
von der entfernten Einheit erwarteten neuen Befehl durch ein Endsymbol
abbrechen und anschließend
ein Zeitfenster-Steuersignal zum Beginnen eines neuen Zeitfensters übertragen.
Zusätzlich
kann in diesem Zusammenhang die entfernte Einheit bei Übertragung
des Zeitfenster-Steuersignals stumm geschaltet werden. Auf diese
Weise kann die Steuereinheit in diesem Zeitbereich mit der ausgewählten entfernten
Einheit kommunizieren, da diese zunächst als identifiziert gekennzeichnet,
d. h. selektiert und erst später
stumm geschaltet wird.
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Vorzugsweise
sendet die Steuereinheit dabei ein unmoduliertes Trägersignal
in Form einer sog. continuous wave aus, das nach Ablauf einer Referenzzeit
durch die entfernte Einheit als Zeitfenster-Steuersignal erkannt
wird.
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Bei
konsequenter Weiterbildung des o. g. Ansatzes, demgemäss das Quittungssymbol
für die Sicherheitsdaten
bzw. das Endsym bol zugleich als Acknowledge-Symbol dient, so dass
ein Aussenden eines zusätzlichen
Acknowledge-Symbols unterbleiben kann, wird die eingangs formulierte,
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch gelöst durch ein Verfahren der
eingangs genannten Art, insbesondere unter Einschluss einer oder
mehrerer der vorstehend aufgeführten
Ausgestaltungen, das sich weiterhin dadurch auszeichnet, dass nach
Beendigung der Übertragung
der Datenfolge Sicherheitsdaten über
wenigstens einen Teil der übertragenen
Daten von der entfernten Einheit an die Steuereinheit gesendet und
dort geprüft
werden und dass die Steuereinheit anschließend ein vom Ergebnis der Prüfung abhängiges Steuersymbol
zu der entfernten Einheit überträgt, durch
das diese entweder als identifiziert oder als nicht identifiziert
gekennzeichnet wird.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnung. Es zeigt:
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1 schematisch
ein RFID-System mit einem Lesegerät und einer Anzahl von entfernten
Einheiten (Transponder oder Remote Sensoren) im Ansprechbereich
des Lesegeräts;
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2a eine
erste Datenübertragungssequenz
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;
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2b eine
zweite Datenübertragungssequenz
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;
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3 eine
weitere Datenübertragungssequenz
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;
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4a eine
erste erfindungsgemäße Datensequenz
zum Auswählen
einer entfernten Einheit;
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4b eine
erste erfindungsgemäße Datensequenz
zum Auswählen
einer entfernten Einheit; und
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5 eine
erfindungsgemäße Datensequenz
zum Beginnen eines neuen Zeitfensters.
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Die 1 zeigt
ein RFID-System 1 mit einer Steuereinheit in Form eines
Lesegeräts 2 (Basisstation)
in Verbindung mit einem geeigneten Sende- und Empfangsmittel 2', wie einer
Dipol-Antenne, und
eine Anzahl von entfernten Einheiten (Transpondern 3.1–3.4),
die sich gemeinsam in einem Ansprechbereich A des Lesegeräts 2 befinden.
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Ein
von dem Lesegerät 2 bzw.
dem Sendemittel 2' ausgesendeter
Datenstrom D wird dabei von allen Transpondern 3.1–3.4 gleichzeitig
empfangen. Die Datenübertragung
vom Lesegerät 2 zu
einem Transponder 3.1–3.4 wird
im Folgenden als Vorwärtsverbindung
(forward link) bezeichnet. Die Transponder 3.1–3.4 antworten
zumindest auf eine abgeschlossene Datenübertragung vom Lesegerät 2 über Rückverbindungen
R (return link), wobei ein Teil der vom Lesegerät 2 zusammen mit den
Daten D beim Transponder 3.1–3.4 ankommenden Energie reflektiert
(rückgestrahlt;
sog. Backscattering) und dabei ggf. zur Datenübertragung vom Transponder 3.1–3.4 zum
Lesegerät 2 moduliert
wird. Bei einem Einsatz Vollduplex-fähiger Systeme 1 gemäß einer bevorzugten
ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt die Übertragung in
der Vorwärts-
und Rückverbindung
gleichzeitig, d. h. eine Datenübertragung
zum Lesegerät 2 kann auch
bereits während
der Vorwärtsverbindung
erfolgen.
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Obwohl
hier und im Folgenden regelmäßig nur
von Transpondern die Rede ist, lässt
sich die vorliegende Erfindung selbstverständlich auch in Systemen mit
einer Anzahl von Remote Sensoren, ggf. auch in Verbindung mit einer
Anzahl von Transpondern, einsetzen.
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Die 2a,
b zeigen schematisch eine erste und eine zweite Datenübertragungssequenz
zwischen der Basisstation 2 und einem ausgewählten Transponder 3.1–3.4 (1)
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
in zeitlicher Abfolge von links nach rechts. Gemäß der Darstellung beginnt das
Verfahren jeweils mit einem hierfür vorgesehenen Kommando SA
("set_aloha"), das weitere Parameter
enthalten kann, insbesondere einen Wert S, der eine vorzusehende
Anzahl von Datenübertragungs-Slots für die Kommunikation
der Transponder 3.1–3.4 mit der
Basisstation 2 festlegt.
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Durch
den Befehl SA werden die Transponder 3.1–3.4 aufgefordert,
in Ausführung
des Befehls eine Datenfolge DF zu der Basisstation 2 zu übertragen.
Weiterhin ermitteln die Transponder eine Zufallszahl ZZ, die für einen
Slot (ein Zeitfenster) steht, in dem der betreffende Transponder
senden soll, und speichern diese in geeigneten Speichermitteln,
die dem Fachmann bekannt sind. Die folgende Antikollisions-Kommunikation
basiert auf einem durch die Basisstation gesteuerten Slot- oder Zeitfenster-Mechanismus,
wobei die Transponder in "ihrem" Slot jeweils (gespeicherte)
Dateninhalte, standardmäßig eine
Identifizierungsnummer OID, im Zuge eines sog. Memory Scroll, einem
Durchlaufen ihres Speichers, z. B. im Autodekrement-Verfahren, übertragen.
Dabei fügt
die Basisstation nach einem Starten des Slots SL Steuersymbole SSn,
n = 1, 2, ... in die Scroll-Datenfolge DF ein, bei Vollduplex-Fähigkeit des
Systems 1 auch zeitgleich mit der Übertragung des entsprechenden
Transponders. Ein Steuersymbol SS1 = "0" ("0": logische Null) steht z. B. für den nächsten Dateninhalt
DS; bei SS1 = "1" ("1": logische Eins) wiederholt der Transponder
den zuletzt übertragenen
Dateninhalt DS.
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Nach
Empfang eines Endsymbols SS2 = REOF (return end of frame) überträgt der Transponder
(invertierte) CRC-Daten CRC als Sicherheitsdaten. Während der
CRC-Übertragung
kann die Basissta tion ein Acknowledge-Symbol SS3 übertragen (2b),
durch das ein Ergebnis der CRC-Prüfung durch die Basisstation
entweder akzeptiert und der betreffende Transponder identifiziert
und ggf. für
eine selektive Kommunikation ausgewählt wird (SS3 = "0") oder durch das das CRC-Resultat abgelehnt
und der Transponder bis zum nächsten
Befehl SA in einen Wartezustand versetzt wird (SS3 = "1"). Der CRC-Bereich CRC wird mit einem
Endsymbol SS4 abgeschlossen, was im Falle eines fehlenden vorherigen
Steuersymbols SS3 einem Akzeptieren des CRC-Resultats gleich kommt
(2a).
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Zu
Beginn eines Slots SL überträgt der Transponder
eine Zufallszahl ZZ',
vorzugsweise mit einer Länge
von 8 bit, die insbesondere mit der o. g. Zufallszahl ZZ identisch
sein kann. Während
dieser (Übertragungs-)Zeit
kann die Basisstation den Slot SL durch Übertragen eines Steuersignals
verlassen (überspringen),
wie weiter unten anhand der 3 noch detailliert
dargestellt werden wird, beispielsweise wenn in diesem Slot SL kein
Transponder auf das Kommando der Basisstation antwortet oder wenn Übertragungen
einer Mehrzahl von Transpondern miteinander kollidieren. Im Anschluss
an die Übertragung
der Zufallszahl ZZ' erfolgt
dann die bereits erwähnte Übertragung
von Dateninhalten DS desjenigen Transponders, der in diesem Slot
SL aufgrund seiner Zufallszahl ZZ allein "sendeberechtigt" ist.
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Am
Anfang den ersten Slots SL1 nach Geben des Befehls SA übertragen
erfindungsgemäß vorzugsweise
alle durch die Basisstation 2 ansprechbaren Transponder 3.1–3.4 zumindest
eine solche Zufallszahl ZZ',
damit die Basisstation in einfacher Weise feststellen kann, ob überhaupt
Transponder in ihrem Ansprechbereich A (1) vorhanden
sind.
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Sollte
ein Transponder 3.1–3.4 zufällig genau
die Nummer des ersten Slots SL1 als Zufallszahl ZZ errechnet haben,
so er zeugt er erfindungsgemäß vorteilhafter
Weise eine neue, abweichende Zufallszahl.
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Wenn
die Basisstation die CRC-Daten akzeptiert und somit die vom Transponder übertragenen
Daten (Dateninhalte DS, ggf. mit Zufallszahl ZZ') bestätigt, wird der betreffende
Tag als identifiziert gekennzeichnet (vgl. auch 4a)
und ist so im Folgenden zum einen durch ein geeignetes Kommando CO
ggf. selektiv ansprechbar (zwecks Auslesen von Daten, Programmierung
oder dgl.), zum anderen hinsichtlich der weiteren Kommunikation
zwischen der Basisstation und den restlichen Transpondern stumm schaltbar,
wodurch in der Folge das Kollisionsrisiko sinkt.
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Nach
erfolgter Ablehnung der CRC-Daten CRC durch die Basisstation (2b)
wird der betreffende Transponder nicht als identifiziert gekennzeichnet
(vgl. auch 4b); ein weiteres Kommando CO' kann dann sofort
nach einem REOF-Symbol SS4 der Basisstation folgen.
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Da
die Transponder 3.1–3.4,
wie gesagt, erfindungsgemäß vorzugsweise
im Vollduplex-Verfahren betrieben werden können, sind sie in der Lage, ein
Steuersignal, wie ein Notchsignal (Modulationsdip) der Basisstation 2 zu
empfangen, während
sie selbst Informationen an Letztere übermitteln. Erkennt also die
Basisstation während
der Übertragung
der Zufallszahl ZZ' eine
Kollision, d. h. mehr als ein Transponder mit derselben Zufallszahl
ZZ sendet in demselben Slot, so überträgt sie ihrerseits
das o. g. Steuersignal, das ein Überspringen
dieses Slots bewirkt. Alle in diesem Zusammenhang aktiven Transponder
verhalten sich anschließend
ruhig, bis ein neues "set_aloha"-Kommando SA ergeht.
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Das
Steuersignal kann erfindungsgemäß, wie gesagt,
auch dann übertragen
werden, wenn innerhalb eines Slots kein Transponder seine Zufallszahl
sendet, um schnell mit dem nächsten
Slot fortfahren zu können.
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Die
erstgenannte dieser beiden Verfahrensvarianten ist in der 3 dargestellt:
In der Kommando/Argument-Zone COA überträgt die Basisstation den bereits
erläuterten
Befehl SA mitsamt Argumenten (Parametern) und schließt diese Übertragung
mit einem ersten Steuersymbol SS1 in Form eines FEOF-Symbols (forward
end of frame) ab. Daran schließt
sich eine Sicherheits-Zone CRCZ an, in der der Transponder (invertierte)
CRC-Daten CRC zur Basisstation
backscattert. Die Länge
des CRC-Felds wird
dabei von der Basisstation gesteuert; die Berechnung der CRC-Daten
basiert auf den durch den Transponder von der Basisstation empfangenen
Daten.
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Die
Basisstation überträgt anschließend zumindest
ein Bestätigungssymbol
BS zum Transponder: BS = "0" bedeutet erfindungsgemäß, dass
die Basisstation die CRC-Daten CRC akzeptiert; bei BS = "1" akzeptiert die Basisstation die CRC-Daten nicht,
und der betreffende Transponder wird von der Ausführung des
Befehls SA ausgeschlossen. Auf das Bestätigungssymbol BS folgt ein
zweites Steuersymbol SS2, das die CRC-Zone CRCZ abschließt, woraufhin
der Transponder ggf. (BS = "0"; s. o.) mit der Ausführung des
korrekt empfangenen Befehls SA beginnt.
-
Während des
anschließenden
ersten Slots SL1 überträgt jeder
Transponder, sofern er nicht – wie
vorstehend erläutert – von der
Befehlsausführung
ausgeschlossen ist, eine (8-bit-)Zufallszahl ZZ', ggf. gefolgt von Dateninhalten DS
seines Speichers, wie einer OID oder ausgewählter anderer Speicherinhalte.
Diese "vollständige" Übertragung ist in 3 nur
für den
Slot SL2 dargestellt, in dem erfindungsgemäß nur derjenigen Transponder überträgt, dessen Zufallszahl
ZZ (s. o.) der entsprechenden Slot-Nummer zugeordnet ist.
-
In
Slot SL1 sendet die Basisstation aufgrund der hier auftretenden
(gewollten) Kollision während der Übertragung
der Zufallszahl ZZ' ein
Notch-Signal N als drittes Steuersymbol/Steuersignal SS3, wodurch
der Slot SL1 verlassen und die Kommunikation umgehend mit dem bereits
besprochenen Slot SL2 fortgesetzt wird. In nachfolgenden Slots SLn
lassen sich gleichzeitig aktive Transponder nach einer ersten alternativen
Ausgestaltung des Verfahrens außer Betreib
setzen, so dass sie erst nach einem ergangenen neuen "set_aloha"-Befehl SA wieder
an der Kommunikation teilnehmen dürfen. Nach einer zweiten Alternative
berechnen die betreffenden Transponder eine neue Zufallszahl ZZ
und nehmen in Folge weiterhin an der Kommunikation mit der Basisstation
teil.
-
Mittels
des Notch-Signals N kann die Basisstation auch einen "leeren" Slot verlassen,
in dem sich während
einer vorbestimmter Zeitdauer kein Transponder gemeldet hat.
-
Während der
Datenübertragung
DS in Slot SL2 der 3 wird im Scrollmodus (s. o.)
eine Speicheradresse des betreffenden Transponders dekrementiert,
so dass die Länge
der Daten unter Kontrolle der Basisstation steht. Diese kann zum
Beenden des Datenaustauschs mit dem Transponder ein Steuersymbol übertragen,
was in der folgenden 4a dargestellt ist:
Die 4a,
b zeigen in ihrem oberen Teil zunächst jeweils eine erfindungsgemäße Datensequenz
zum Auswählen
einer entfernten Einheit; darunter ist der jeweilige zeitlich zugeordnete
Zustand (Wert) IDF eines Identifizierungs-Flag in dem Transponder
angegeben, wobei IDF = 1 bedeutet, dass das Flag gesetzt, d. h.
der Transponder ausgewählt
ist, und IDF = 0 entsprechend, dass der Transponder nicht ausgewählt ist.
-
Im
oberen Teil der 4a, b ist jeweils die Fortsetzung
der Datenübertragung
DS in Slot SL2 (allgemein Slot SLn) aus der 3 gezeigt.
Um diese nun kontrolliert abzubrechen, überträgt die Basisstation ein Steuer-/Endsymbol
SS4 in Form eines FEOF-Symbols, woraufhin der Transponder mit der Übertragung
von Sicherheitsdaten in Form von (invertierten) CRC-Daten CRC' über zumindest einen Teil der übertragenen
Scroll-Daten, vorzugsweise jedoch über alle gesendeten Daten,
zur Basisstation beginnt. Gemäß den 4a,
b empfängt
und prüft die
Basisstation die CRC-Daten CRC' und überträgt anschließend, nach
deren Prüfung
ein Quittungssymbol QS in Form einer "0" (akzeptiert; 4a) bzw.
einer "1" (abgelehnt; 4b),
in Abhängigkeit von
dem das Flag IDF gesetzt wird (4a) oder nicht
(4b). Zusätzlich
wird im Falle der akzeptierten CRC-Daten der betreffende Transponder
für die weitere
Kommunikation stumm geschaltet.
-
Im
Anschluss an das Quittungssymbol QS folgt während einer gewissen Zeit eine
unmodulierte Trägerwelle
CW der Basisstation, die auch als continuous wave bezeichnet wird.
Erreicht diese Zeit einen Schwellenwert FEOF*, so entspricht dies
einem Endsymbol FEOF, ohne dass jedoch ein Notch-Signal gesendet
werden müsste,
was – wie
gesagt – den Rauschpegel
günstig
beeinflusst. Nach einem solchen EOF-Symbol beginnt umgehend der
nächste Slot
SL3, SLn + 1, in dem wiederum zuerst die Zufallszahl übertragen
wird.
-
Wenn
die Basisstation den CRC-Teil und ggf. den Quittungsteil mit einem
Endsymbol FEOF (nicht dargestellt) abschließt, wird ebenfalls IDF = 1
gesetzt, und der Transponder wartet auf ein neues Kommando. Wird
dieses analog zu der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise mit
einem FEOF-Symbol und einer Continuous Wave CW abgeschlossen, so
beginnt wiederum der nächste
Slot nach einer Zeit FEOF*; weiterhin wird auch in diesem Fall der
betreffende Transponder für
die weitere Kommunikation stumm geschaltet. Auf diese Weise kann
die Basisstation in der Zeit zwischen der Selektion des Transponders
(Setzen des Flag IDF) und dessen Stummschaltung noch mit dem Transponder kommunizieren.
-
Das
vorstehend beschriebene "Umschalten" von Slot SLn auf
einen neuen Slot SLn + 1 wird abschließend nochmals anhand der 5 dargestellt: Nachdem
die Basisstation die Übertragung
der CRC-Daten CRC' mit
einem Steuersymbol in Form einer "0" (F0:
forward "0") oder einer "1" (F1: forward "1")
abgeschlossen hat, kann sie eine Continuous Wave CW aussenden; Letzteres,
wie gesagt, auch nach einem FEOF-Symbol gefolgt von einem neuen Kommando
und einem abschließenden
weiteren FEOF-Symbol (nicht gezeigt). Nach Verstreichen der Zeit
FEOF* beginnt der nachfolgende Slot SLn + 1, was von allen potentiell
aktiven Transponder als ein "next_aloha"-Befehl interpretiert
wird, mit dem erfindungsgemäß eine Übertragung
einer neuen Datenfolge DF' (vgl. 2a,
b) mit vorangestellter Zufallszahl durch den oder die entsprechenden,
dem neuen Slot zugewiesenen Transponder erfolgt.
-
- 1
- RFID-System
- 2
- Basisstation
- 2'
- Sende-
und Empfangsmittel
- 3.1–3.4
- Transponder/Sensor
- A
- Ansprechbereich,
Feld
- BS
- Bestätigungssymbol
- CO,
CO'
- Kommando
- COA
- Kommando/Argument-Zone
- CRC,
CRC'
- CRC-Daten
- CRCZ
- Sicherheits-Zone
- CW
- Continuous
Wave
- D
- Datenstrom
- DF,
DF'
- Datenfolge
- DS
- Dateninhalt
- FEOF*
- Zeitschwellenwert
- IDF
- Identifizierungs-Flag
- N
- Notch-Signal
- n
- natürliche Zahl
(> 0)
- OID
- Identifizierungsnummer
- QS
- Quittungssymbol
- R
- Rückverbindung
- S
- Slotanzahl
- SA
- Befehl
- SL1–SLn + 1
- Slot
- SS1–SSn
- Steuersymbol
- ZZ,
ZZ'
- Zufallszahl