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Die
Erfindung betrifft ein Dateisystem auf Basis von RFID-Tags und zugehörige Zugriffsverfahren, bei
dem/denen Daten auf einem oder mehreren Transpondern verteilt sind.
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Lieferungsrelevanten
Daten in der Logistik-Branche wurden bisher entweder auf optisch
lesbaren nicht wieder beschreibbaren 2D-Bar-Codes mit nur sehr kleiner
Speicherkapazität
oder auf einzelnen sogenannten RFID-Tags mit ebenfalls relativ beschränkter Kapazität gespeichert.
Ortsabhängige Informationen
werden derzeit meist zentral auf einem oder mehreren Rechnern gespeichert,
z.B. im Internet/Intranet. Persönliche
tragbare Datenspeicher, wie USB-Stick, Compact-Flash Karte, Tragbare
Festplatte u. s. w., sind relativ teuer und können nur über Konnektoren kommunizieren – eine spontane,
transparente Kommunikation ist also hiermit nicht möglich. Ferner
werden in diesem Zusammenhang auch Daten auf teureren Geräten gespeichert,
die über
eine aufwendigere Funkschnittstelle, z.B. Bluetooth oder WLAN, verfügen. Diese
aufwendigeren Funktechnologien benötigen jedoch eine externe Energie-Quelle, also
z.B. eine Batterie oder einen Stromanschluß.
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RFID
(radio frequency identification) ist eine Technologie, die es ermöglicht Daten
auf sogenannten RFID-Transpondern berührungslos und ohne Sichtkontakt
zu lesen und zu speichern. Das Auslesen bzw. Schreiben der Informationen
wird von einem RFID-Sende-Empfangs-Geräts über Funkwellen vorgenommen.
Bei niedrigen Frequenzen geschieht dies induktiv über ein
Nahfeld, bei höheren über ein
elektromagnetisches Fernfeld. Die Entfernung, über die ein RFID-Transponder
ausgelesen werden kann, reicht derzeit je nach Ausführung von wenigen
Millimetern bis zu mehreren Metern. RFID-Tags können entweder auf aktiven oder
auf passiven Transpondern basieren. Aktive Transponder verfügen über eine
externe Energie-Quelle, z.B. eine Batterie, die es ihnen ermöglicht jederzeit
Daten zu senden. Passive Transponder dagegen bekommen die benötigte Energie über die
Funkwellen des Lesegeräts.
Darum können
sie nur senden, wenn sie von einem Lesegerät angesprochen werden sind aber
dafür viel
billiger und wartungsfreundlicher als aktive RFID-Tags. Moderne
RFID-Tags implementieren deterministische oder probabilistische
Zeitmultiplexverfahren zur Anti-Kollision, um das parallele Auslesen
mehrerer RFID-Tags
zu ermöglichen.
Führende
RFID-Systeme erlauben derzeit ein quasi paralleles Auslesen von
200 RFID-Tags. Außerdem
sind komplexere RFID-Tags auch in der Lage, Daten verschüsselt zu übertragen.
Die Speicherkapazität
gängiger
passiver RFID-Tags liegt derzeit im Bereich von einem Bit bis etwa
72 KB. Im Hinblick auf multimediale Daten und verschlüsselte/signierte
Dokumente ist die Speicherkapazität einzelner Tags allerdings schnell
verbraucht.
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Aus
der internationalen Patentanmeldung WO 99/49335 ist beispielsweise
ein Kommunikationsverfahren zwischen einer Vielzahl solcher Einheiten
und einer Steuereinheit bekannt.
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Aus
der Veröffentlichung "The RFID Filesystem
Whitepaper", Athens
University of Economics and Business, Achilleas Anagnostopoulos,
2005, http://www.dmst.aueb.gr/dds/ismr/hof/05-aa-report.pdf ist
ferner ein Dateisystem für
ein einzelnes RFID-Tag bekannt.
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Schließlich ist
aus der Veröffentlichung "Cascading RFID Tags", Jeffrey D. Lindsay
and Walter Reade, Nov 2003, http://www.jefflindsay.com/rfid3.shtml#multitech
Beschreibt ein verschachteltes bzw. hierarchisches System von RFID-tags
entsprechend Verpackungsebenen von Produkten. Hierbei werden verschachtelte RFID-Transponder
dazu verwendet redundante Informationen verteilt auf mehreren RFID- Transpondern abzuspeichern,
was die Robustheit und die Zugänglichkeit
der gespeicherten Daten erhöht.
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Mit
der 1980 erschienenen ersten Version von QDOS wurde die FAT (file
allocation table) als Dateisystem eingeführt. Anfangs wurden keine Unterverzeichnisse
verwaltet. Dies änderte
sich mit MS-DOS® Version
2.0. Die FAT ist eine verkettete Liste in einem Speicherbereich
einer Partition, in dem Informationen zu jedem Cluster, also jeder
Zuordnungseinheit, einer Partition stehen. Diese Information kann
bspw. bedeuten, dass der Cluster frei ist, dass das Medium an der
Position dieses Clusters beschädigt
ist, dass der Cluster von einer Datei belegt ist und dass der nächste Cluster
der Datei der Cluster mit der Nummer X ist oder dass dies der letzte
Cluster der Datei ist.
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Die
der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein
Dateisystem auf Basis von RFID-Tags und zugehörige Zugriffsverfahren anzugeben,
bei dem die oben genannten Nachteile vermieden werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen
bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Dateisystems und entsprechende
Zugriffsverfahren.
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Die
Erfindung besteht im Wesentlichen aus einem verteilten RFID-Dateisystem
und aus Verfahren zum transparenten Zugriff auf Daten, die auf einem
oder mehreren Transpondern verteilt sind, wobei mehrere RFID-Transponder
zu einem Cluster mit einer entsprechend größeren Speicherkapazität zusammenfassbar
sind und ein Cluster jeweils zwei Arten von RFID-Tags, nämlich Cluster-Management-Transponder
zur Organisation und Cluster-Daten-Transponder zum speichern der
eigentlichen Datensätze,
aufweist. Hiermit wird ein schneller transparenter Zugriff auf Daten,
eine schnelle und kostengünstige
Anpaßung
der Transponder-Speicherkapazität
durch Hinzufügen
oder Entfernen beschreibbarer RFID-Tags und eine erhöhte Datenrobustheit
u. a. durch die verteilte Speicherung erreicht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe der Zeichnung anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen
erläutert.
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Da
passive RFID-Tags viel billiger und wartungsfreundlicher als aktive
RFID-Tags sind, konzentrieren sich die Anwendungsbeispiele auf passive RFID-Tags,
obwohl die Erfindung auch auf Basis von aktiven RFID-Tags in entsprechender
Weise unschwer realisierbar ist.
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Beim
erfindungsgemäßen Dateisystem
auf Basis von RFID-Tags werden, bevorzugt durch Aufkleben, von mehreren
RFID-Tags Cluster von RFID-Tags gebildet, wobei die RFID-Tags mindestens
so nahe beieinander sind, dass Sie noch von einem RFID-Lese-Schreib-Gerät gemeinsam
erfassbar sind, und wobei diese Cluster zwei Arten von RFID-Tags
bzw. Transponder aufweisen, nämlich Cluster-Management-Transponder
und Cluster-Daten-Transponder.
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Cluster-Management-Transponder
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Ein
solcher Management-Transponder 2 speichert das Datei-Verzeichnis inkl.
Verweis auf den physikalischen Ort, wo die Daten tatsächlich abgespeichert
sind.
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Je
nach Cluster-Größe, können das
Datei-Verzeichnis und die FAT auf einem oder mehreren Management-Transpondern 2, 2' abgespeichert
werden.
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Die
ersten Bytes eines für
das erfindungsgemäße Dateisystem
formatierten Management-Transponder enthalten Informationen 21 zur
Dateisystem-ID und Version, Informationen 22 zum Transponder-Speicher,
wie z. B. Blockenanzahl und Bytes pro Block, einen eindeutigen Transponder-Bezeichner 23,
eine Cluster-Tag-Ids-Liste 24 mit den IDs der Transponder,
die zum Cluster gehören
und eine FAT (File Allocation Table) bzw. Dateizuordnungstabelle 25.
Die FAT enthält
für jede
Datei einen Eintrag mit folgendem Inhalt: Dateinamen, Dateigröße und einen Verweis
auf einen Beginn einer verketteten Liste von Transponder-Blöcken, wobei
die FAT Für
jeden Daten-Block auf dem RFID-Transponder-Cluster einen Eintrag
enthält,
wobei falls die FAT auf mehreren Transpondern abgespeichert wird,
die IDs des nachfolgenden Management-Transponder abgespeichert werden
und wobei der Rest des beschreibbaren Teils des Transponder-Speichers
durch die sogenannten Datenblöcken
belegt wird, die die eigentlichen Dateiinhalte enthalten.
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Cluster-Daten-Transponder
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Ein
solcher Daten-Transponder 1 stellt den Speicherort der
tatsächlichen
Datensätze
dar.
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Die
ersten Bytes für
das erfindungsgemäße Dateisystem
formatierten Daten-Transponder enthalten Informationen 11 zur
Dateisystem-ID und zur Version, Informationen 12 zum Transponder-Speicher, wie
bspw. die Anzahl von Blöcken
und die Anzahl der Bytes pro Block, einen eindeutigen Transponder-Bezeichner 13,
optional folgt ein Bezeichner 14 des verantwortlichen Management-Transponders.
Dieser Bezeichner 14 ist deshalb optional, da ein Datentransponder
auch ein kostengünstiger
reiner Read-only-Speicher (ROM), z. B. für Herkunftsdaten, sein kann,
der keine dynamischen Daten enthält
und während
des Herstellungsprozesses fest beschrieben wird. In diesem Falle
bleibt dieses Datenfeld frei und der Daten-Transponder ist ausschliesslich
durch seine Referenz aus dem Management-Transponder adressierbar.
Der Rest des beschreibbaren Teil des Transponder-Speichers wird
durch Datenblöcke 15 belegt,
die die eigentlichen Dateiinhalte enthalten.
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Konzepte,
z.B. RAID5, zur Erhöhung
der Robustheit, insbesondere der Metadaten, können aus dem Bereich der redundanten
Datenspeicherung entnommen und auch optional im Falle des erfindungsgemäßen Dateisystems
Anwendung finden. Im idealen Fall sind die Daten der FAT hierbei
dergestalt verteilt, dass sie vollständig rekonstruiert werden können, auch
wenn bestimmte Transponder oder Datenblöcke unlesbar sind.
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Die
Management-Tags stellen sicher, dass vollständige Datensätze gelesen
werden. Alle Transponder und Datenblöcke, auf denen eine bestimmte Datei
abgespeichert ist, werden in den Management-Tags abgespeichert.
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Wenn
die Transponder zusätzlich
optional ein kryptographisches Verfahren unterstützen, das das Beschreiben von
Tags nur durch authentifizierte Systeme erlaubt, können die
auf den Management-Tags vorgehaltenen Daten dazu dienen, Manipulation
von Datensätzen,
z.B. durch Entfernen oder Austauschen eines Tags, zu erkennen. Dies
kann interessant sein, wenn die Vollständigkeit der Dokumentation
aus rechtlichen oder wirtschaftlichen Gründen von Bedeutung ist. Hier
ist z.B. auch der Einsatz im Bereich der Gefahrengüter zu nennen.
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Die
Management- und Daten-Transponder werden bei der Einrichtung eines
solchen Clusters festgelegt. Dieser Vorgang wird Cluster-Initialisierung genannt
und erfordert den Einsatz eines RFID-Lese-Schreib-Geräts.
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Werden
Transponder zu/von einem Cluster im Nachhinein hinzugefügt oder
entnommen, so muss die FAT auf den betroffenen Management-Transponder
aktualisiert werden.
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Die
entsprechenden Zugriffsverfahren werden im Folgenden beispielhaft
an einem einfachen Ausführungsbeispiel
mit einem Cluster-Management-Transponder und zwei Cluster-Daten-Transpondern erläutert:
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Cluster-Initialisierung
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Der
Management- und die Daten-Transponder werden in einem logischen
Cluster zusammengefasst. Bei der Herstellung werden die Tags mit
einer Dateisystem-ID, Informationen zum Transponder-Speicher und
einem eindeutiger Transponder-Bezeichner
versehen. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät scannt die Umgebung und findet die
dort verfügbaren
Transponder 1, 2 und 2'. Der Benutzer wählt anhand
der Transponder-Bezeichner die Transponder aus, die zu einem Cluster
zusammengefasst werden – alternativ
hierzu werden alle in der Umgebung gefundenen Transponder automatisch
zu einem Cluster zusammengefasst, wenn der Benutzer die Initialisierung
anstößt. Das
RFID-Lese-Schreib-Gerät trägt den Bezeichner
des ausgewählten
Management-Transponders ins Management-Tag-ID-Feld 14 der
Daten-Transponder ein. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät trägt die Liste der Bezeichner
der Daten-Transponders in Cluster-Tag-ID-Liste 24 des Management-Transponders 2 ein.
Die FAT 25 des Management-Transpondern wird leer initialisiert.
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Hinzufügen von RFID-Daten-Transpondern
zu einem Cluster
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Das
RFID-Lese-Schreib-Gerät
scannt die Umgebung und findet die dort verfügbaren Management- und Daten-Transponder 1, 2.
Die Cluster-Tag-ID-Listen 24 auf den Management-Transpondern
werden ausgelesen. Die Daten-Transponder, die in der Umgebung gefunden
wurden und in keinem Management-Transponder eingetragen sind, können zu
den existierenden Cluster hinzugefügt werden. Der Benutzer wählt anhand
des Cluster-Bezeichners und
der Liste der verfügbaren
Daten-Transponder, welche Transpondern zu welchem Cluster hinzugefügt werden – alternativ
werden alle „freien" Daten-Transponder
automatisch zum existierenden Cluster hinzugefügt. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät trägt den Bezeichner
des ausgewählten
Management-Transponders
ins Management-Tag-ID-Feld 14 der Daten-Transponder 1 ein. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät trägt die Liste
der Bezeichner der Daten-Transponders in Cluster-Tag-ID-Liste 24 des Management-Transponders 2 ein.
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Entfernen von RFID-Daten-Transpondern
von einem Cluster
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Das
RFID-Lese-Schreib-Gerät
scannt die Umgebung und findet einen Management-Transponder 2 einen
Cluster des erfindungsgemäßen Dateisystems.
Die Cluster-Tag-ID-Liste 24 des Management-Transponders
und die FAT des erfindungsgemäßen Dateisystems
werden ausgelesen. Die Bezeichner der nicht verwendeten Daten-Transponder werden
von dem RFID-Lese-Schreib-Gerät ermittelt und
angezeigt. Der Benutzer wählt
von dieser Liste die Daten-Transponder aus, die entfernt werden
sollten.
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Lesen von Daten
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Das
RFID-Lese-Schreib-Gerät
scannt die Umgebung und findet einen Management-Transponder 2 bzw.
Cluster des erfindungsgemäßen Dateisystems.
Die Cluster-FAT, also der Management-Transponder, wird ausgelesen.
Das Software-Management-Modul
erkennt eine Datei, für
die es sich interessiert, z.B. Datei Karte.jpg, und veranlasst,
dass diese ausgelesen wird. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät liest
die Transponder-Datenblöcke,
die in der FAT referenziert sind, fasst sie zusammen und gibt sie weiter
an das Software-Management-Modul.
Prüfsummen
werden vom Software-Management-Modul berechnet
und die Integrität
der Daten damit überprüft. Optional
wird die vom Software-Management-Modul hinzugefügte Redundanz dazu verwendet,
um verlorene Daten zu rekonstruieren. Die Datei liegt beim Software-Management-Modul zur Verarbeitung
zur Verfügung.
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Schreiben von Daten
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Das
RFID-Lese-Schreib-Gerät
scannt die Umgebung und findet einen Management-Transponder 2 bzw.
Cluster des erfindungsgemäßen Dateisystems.
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Die
Cluster-FAT 25, also der Management-Transponder, wird ausgelesen.
Die Größe des verfügbaren Speicher
im Cluster wird vom Software-Management-Modul überprüft. Das Software-Management-Modul
veranlasst, dass eine Datei auf dem Cluster abgespeichert wird.
Optional wird den Daten Redundanz hinzugefügt, um die Daten-Robustheit
zu erhöhen,
z.B. Checksum oder Parität
etc. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät
trägt in
die FAT die Liste der Datenblöcke
ein, auf denen die Datei abgespeichert werden wird. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät schreibt
den Name der Datei in die FAT der Management-Transponder und referenziert dort die
Datenblöcke,
wo die Datei abgespeichert wurde. Das RFID-Lese-Schreib-Gerät schreibt
die einzelnen Datenblöcke
auf den Daten-Transponder.
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Vorteile
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Das
hier beschriebene Verfahren ermöglicht transparentes
Lesen und Schreiben von Datensätzen „beliebiger" Größe auf RFID-Transpondern.
Die benötigte
Speicherkapazität
eines RFID-Transponder-Clusters kann ad-hoc durch Hinzufügen/Entfernen
von Transpondern angepasst werden.
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Im
Gegensatz zu bekannten und eingangs erwähnten „Nested RFIDs" wird bei der Erfindung
ein transparentes Schreiben und Lesen grösserer Datensätze auf
verteilten RFID-Transpondern ermöglicht,
da die RFID-Transponder bei der Erfindung zu einem logischen Datenspeicher
zusammengefasst sind.
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Insbesondere
passive RFID-Tags sind billig, da sie keine Batterie benötigen. RFID-Tags
benötigen
ferner keinen Kontakt-basierten Anschluß an einem Lese-/Schreib-Gerät und sind
daher potenziell für
unendlich viele Lesevorgänge
geeignet, da keine Abnützung
der Kontakte auftritt. RFID-Tags sind sehr robust, sie können schwierige
Umweltbedingungen aushalten. Das kontaktlose Lesen und Schreiben
von RFID-Transpondern ermöglicht
zusätzliche
Sicherheit für
die Daten durch physikalischen Schutz von RFID-Transpondern, z.B.
durch Einschliessen von RFID-Transpondern
in einem Sicherheitskasten. Die Daten-Robustheit kann durch das
Abspeichern redundanter Daten auf verteilten RFID-Tags erhöht werden.
Dies kann völlig
transparent für
den Benutzer erfolgen. Eine Übersicht
der IDs von lokal verfügbaren RFID-Transpondern
kann durch das Auslesen von wenigen Cluster-Management-RFID-Transpondern realisiert
werden, wodurch die Scan-Zeit stark reduziert werden kann. Eine Übersicht
der Daten, die sich auf mehreren RFID-Tags befinden kann durch das Auslesen
von Cluster-Management-RFID-Transpondern
schnell erstellt werden. Gegenseitiges Überschreiben von wichtigen
Daten innerhalb eines Transponder-Clusters wird durch die Cluster-zentral verwaltete
FAT verhindert. Durch die kontrollierte Reichweite des Lese-Terminals,
eignen sich Transponder-Cluster besonders gut, um komplexe ortsrelevante
Informationen abzuspeichern. Eine Einbindung von kostengünstigen
Read-only-Tags in das erfindungsgemäße Dateisystem ist möglich.