DE102009056642A1

DE102009056642A1 - RFID System, damit durchführbares Verfahren zur Bestimmung von Position und/oder Bewegung eines RFID-Etiketts und Zugangsüberwachungssystem

Info

Publication number: DE102009056642A1
Application number: DE102009056642A
Authority: DE
Inventors: Frank Neubauer; Winfried Kupke
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-09

Abstract

Ein RFID-System (10) hat eine RFID-Leseeinrichtung (20) und wenigstens zwei Antennen (24, 26, 28), mittels derer Funkstrecken (46, 47, 48) zu einem in einen Empfangsbereich (34, 36, 38) der Antennen (24, 26, 28) eingebrachten RFID-Etikett (42, 43, 44) aufbaubar sind. Weiter ist eine Auswerteeinrichtung (50) vorgesehen, die zur Ermittlung einer Bewegungsinformation und/oder einer Positionsinformation, welche wenigstens eine Bewegungsrichtung des RFID-Etiketts (42, 43, 44) beschreiben, aus Eigenschaften der Funkstrecken (46, 47, 48) ausgebildet ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Position und/oder einer Bewegung eines RFID-Etiketts (42, 43, 44) sowie ein Zugangsüberwachungssystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein RFID-System mit einer RFID-Leseeinrichtung. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Bewegungsrichtung und/oder einer Position eines RFID-Etiketts relativ zu einer Antenne. Die Erfindung betrifft außerdem ein Zugangsüberwachungssystem, das ein RFID-System aufweist.
RFID-Systeme sind aus dem Stand der Technik vielfach zur Kennzeichnung von Objekten bekannt. Eine RFID-Leseeinrichtung nimmt per Funk Kontakt zu einem an dem zu identifizierenden Objekt befestigten RFID-Etikett auf. Das RFID-Etikett liefert daraufhin entweder eine statische, in dem Etikett abgespeicherte, Identifikationsinformation oder dynamische Daten, beispielsweise Messergebnisse (Temperatur, Luftfeuchte), zurück.
Die RFID-Leseeinrichtung weist gewöhnlich eine Antenne auf, die einen Empfangsbereich aufweist, dessen Form und Größe von einer Vielzahl an Faktoren, beispielsweise der Antennenform, in der Umgebung befindlichen Gegenständen und der Güte des Empfangsteils, abhängt.
Eine Bewegungsrichtungsbestimmung und/oder Positionsbestimmung kann bei diesen herkömmlichen RFID-Systemen lediglich dahingehend stattfinden, dass die Anwesenheit eines RFID-Etiketts in dem Empfangsbereich bejaht oder verneint wird. Eine qualitative Positionsbestimmung ist bei herkömmlichen RFID-Systemen nur möglich, wenn neben der RFID-Leseeinrichtung (RFID Reader) und den entsprechenden Antennen (RFID Reader Antennen) noch weitere technische Hilfsmittel, wie zum Beispiel zusätzliche Sensoren, Lichtschranken oder auch mehrere hintereinandergeschaltete oder miteinander gekoppelte RFID-Systeme vorgesehen werden. Eine Erkennung der Position oder Orientierung von RFID-Etiketten (RFID Tags) im Raum ist mit RFID-Systemen bisher ohne weitere technische Hilfsmittel wie beispielsweise zusätzliche Sensoren, Lichtschranken oder auch mehrere miteinander gekoppelte RFID-Systeme nicht möglich.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, ein herkömmliches RFID-System so weiterzubilden, dass die Bewegungsrichtung und/oder Position eines RFID-Etiketts mit einem einfachen Aufbau zuverlässig ermittelbar ist.
Zur Lösung wird gemäß Patentanspruch 1 ein RFID-System der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das wenigstens zwei Antennen aufweist, mittels derer Funkstrecken zu einem in einen Empfangsbereich der Antennen eingebrachten RFID-Etikett aufbaubar sind, wobei eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die zur Ermittlung einer Bewegungsinformation und/oder einer Positionsinformation, welche wenigstens eine Bewegungsrichtung des RFID-Etiketts beschreiben, aus Eigenschaften der Funkstrecken ausgebildet ist.
Anders als bei bisher bekannten Systemen ist es bei dem erfindungsgemäßen RFID-System nicht notwendig, aufwändige Zusatzaufbauten vorzusehen. Zusätzliche Antennen vorzusehen bedeutet einen vergleichsweise geringen Aufwand. Des weiteren benötigen zusätzliche Antennen im Vergleich mit Sensoren, beispielsweise Lichtschranken, wenig Platz und geringen Installationsaufwand und können auch hinter Schutzblenden eingesetzt werden. Eine Auswerteeinrichtung ist ebenfalls mit geringem Platzbedarf und geringem Installationsaufwand integrierbar.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des RFID-Systems sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.
Die Auswerteeinrichtung kann zur Ermittlung der Bewegungsinformation und/oder der Positionsinformation aus einer Empfangsfeldstärke der Funkstrecken, vorzugsweise in Form einer RSSI (Received Signal Strength Indication), ausgebildet sein. Die Empfangsfeldstärke der Funkstrecken ist einfach zu messen und wird in Form der RSSI auf anderen Gebieten bereits zur Abschätzung der Signalqualität verwendet. Ihre Ermittlung und Bereitstellung ist auf einfache Art und Weise und kostengünstig durchführbar.
Vorzugsweise weist die Auswerteeinrichtung einen Korrelationsdatenspeicher auf, der Informationen über eine Zuordnung zwischen Bewegungsinformation und/oder Positionsinformation und einer Veränderung der Empfangsfeldstärke enthält. Die in dem Korrelationsdatenspeicher enthaltenen Daten können unmittelbar mit den aus den Eigenschaften der Funkstrecken gewonnenen Daten korreliert werden, so dass keine weiteren Verarbeitungsschritte notwendig sind, um die gewünschten Bewegungsinformationen und/oder Positionsinformationen über das RFID-Etikett zu erhalten.
Vorteilhaft ist wenigstens eine weitere Antenne zur Erhöhung der Genauigkeit und/oder der Zuverlässigkeit der Bestimmung von Bewegung und/oder Position vorgesehen. Dadurch kann die Genauigkeit und/oder die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems durch einfache und kostengünstige Maßnahmen gesteigert werden.
Des Weiteren kann die Auswerteeinrichtung eine Orientierungsermittlungseinheit aufweisen, die zur Ermittlung einer Orientierung des RFID-Etiketts im Raum ausgebildet ist. Dadurch werden die aus den Eigenschaften der Funkstrecken gewonnenen Informationen umfassender genutzt. Da diese Informationen bereits vorhanden sind, ist die Aufnahme einer Orientierungsermittlungseinheit kostengünstig und aufwandsarm möglich.
Vorteilhaft weisen die Antennen Empfangsbereiche auf, die sich wenigstens teilweise überlappen. Wird das RFID-Etikett von einer höheren Zahl von Antennen erfasst, so kann seine Bewegungsrichtung und/oder Position und/oder Geschwindigkeit genauer und in mehr Freiheitsgraden bestimmt werden. Somit ist es von Vorteil, wenn sich die Empfangsbereiche der Antennen überlappen, da dadurch die Genauigkeit des RFID-Systems insgesamt verbessert werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe wird des weiteren ein Verfahren gemäß Patentanspruch 8 vorgeschlagen, bei dem zunächst Empfangsfeldstärkeinformationen, die Eigenschaften einer Funkstrecke zwischen RFID-Etikett und Antenne beschreiben, erfasst und anschließend miteinander korreliert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 9 bis 11.
Vorteilhaft werden die Empfangsfeldstärkeinformationen aus einer Empfangsfeldstärke, vorzugsweise aus einem RSSI gewonnen. Derartige Informationen werden von modernen RFID-Leseeinrichtungen oftmals bereits bereitgestellt und sind daher mit geringem Aufwand erhältlich.
Vorteilhaft werden die Empfangsfeldstärkeinformationen anhand von Korrelationsdaten korreliert, welche einer Veränderung der Empfangsfeldstärkeinformation eine Bewegungsrichtung zuordnen.
Weiter vorteilhaft werden die Korrelationsdaten in einem vorbereitenden Schritt durch Messung gewonnen. Im Vergleich von durch Simulation erhaltenen Daten sind die gemessenen Daten genauer. Somit wird die Genauigkeit des Verfahrens erhöht.
Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein Zugangsüberwachungssystem gemäß Anspruch 12 gelöst, bei dem ein RFID-System zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Mit einem solchen Zugangsüberwachungssystem ist es mit geringem Aufwand möglich, an einem Zugang zu überwachen, ob RFID-Etiketten hinein- oder herausbewegt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des RFID-Systems;
2 eine schematische Ansicht wie in 1 einer zweiten Ausführungsform und
3 eine schematische Ansicht wie in 1 einer dritten Ausführungsform.
Das in 1 gezeigte RFID-System 10 weist eine RFID-Leseeinrichtung 20 mit einer Transceivereinrichtung 22 auf. Von der Transceivereinrichtung 22 sind Zuleitungen 25, 27 zu Antennen 24, 26 geführt. Jede der Antennen 24, 26 hat einen Empfangsbereich 34, 36. Wenn sich ein RFID-Etikett 42, 43, 44 in einem Empfangsbereich 34, 36 aufhält, so kann es von der dem jeweiligen Empfangsbereich 34, 36 zugeordneten Antenne 24, 26 erfasst werden. Die Empfangsbereiche 34, 36 sind so geformt und angeordnet, dass sie den Bereich, in dem die Bewegung und/oder Position der RFID-Etiketten 42, 43, 44 ermittelt werden soll, so weit wie möglich abdecken. Die Antennen 24, 26 sind darüber hinaus so angeordnet, dass sich ihre Empfangsbereiche 34, 36 zumindest teilweise überlappen und so einen Überlappungsbereich 35 bilden.
Eine Kontaktaufnahme der Antennen 24, 26 mit einem RFID-Etikett 42, 43 ist in 1 beispielhaft für das RFID-Etikett 42 gezeigt. Die Antennen 24, 26 versuchen, Funkstrecken 46, 47 zu dem RFID-Etikett 42 aufzubauen. Sofern sich das RFID-Etikett 42 in dem entsprechenden Empfangsbereich 34, 36 befindet, können die Antennen 24, 26 dann mittels der Funkstrecken 46, 47 Signale zu dem RFID-Etikett 42 senden und von diesem empfangen.
Das RFID-Etikett 42 befindet sich sowohl in dem Empfangsbereich 34 der Antenne 24 als auch in dem Empfangsbereich 36 der Antenne 26. Daher kann eine Signalübertragung hier sowohl über die Funkstrecke 46 zu der Antenne 24 als auch über die Funkstrecke 47 zu der Antenne 26 erfolgen. Durch diese Verfügbarkeit mehrerer Funkstrecken 46, 47 wird eine Redundanz in der Datenübertragung erreicht.
Das RFID-Etikett 43 befindet sich hingegen nur in dem Empfangsbereich 36 der Antenne 26. Somit wäre es an dieser Stelle nur möglich, eine einzelne Funkstrecke zu der Antenne 26 aufzubauen.
Die Transceivereinrichtung 22 steuert die Antennen 24, 26 an und liefert und demoduliert und/oder decodiert die über die Funkstrecken 46, 47 ausgetauschten Signale. Die Transceivereinrichtung 22 ist in der Lage, eine Empfangsfeldstärke, beispielsweise durch Messung einer Rückstreuintensität (backscatter), zu bestimmen. Die Empfangsfeldstärke enthält eine Information über verschiedene Eigenschaften der Funkstrecken 46, 47, unter anderem über ihren Signal-Rausch-Abstand (SNR) und/oder die Güte der Datenübertragung über diese Funkstrecke 46, 47.
Die Messung der Empfangsfeldstärke erfolgt bei den verschiedenen Antennen 24, 26 möglichst gleichzeitig, damit eine Verfälschung des Gesamtergebnisses durch eine Bewegung des RFID-Etiketts 42, 43, 44 zwischen den Messungen möglichst vermieden wird. Sofern eine gleichzeitige Messung nicht möglich ist, erfolgen die einzelnen Messungen möglichst zeitnah.
Zur Auswertung der Empfangsfeldstärke ist eine Auswerteeinrichtung 50 vorgesehen, der die Empfangsfeldstärkeinformation von der RFID-Leseeinrichtung 20 übermittelt wird.
Eine Veränderung der Empfangsfeldstärke deutet gewöhnlich auf eine Bewegung des zugehörigen RFID-Etiketts 42, 43, 44 hin. Durch Korrelation der zeitlichen Veränderung der Empfangsfeldstärke der beiden Funkstrecken 46, 47 erhält die Auswerteeinrichtung 50 eine Bewegungsinformation über das RFID-Etikett 42, 43, 44. Wenn die Empfangsfeldstärke der Funkstrecke 46 abnimmt, die Empfangsfeldstärke der Funkstrecke 47 hingegen zunimmt, so kann davon ausgegangen werden, das sich das RFID-Etikett 42 von der Antenne 24 weg und auf die Antenne 26 zu bewegt. Unter Korrelation ist also zu verstehen, dass die gemessenen Empfangsfeldstärken beziehungsweise ihre Veränderung zueinander in Beziehung gesetzt werden. Dies kann beispielsweise mathematisch und/oder statistisch geschehen.
Die Auswerteeinrichtung 50 weist einen Korrelationsdatenspeicher 52 auf. In dem Korrelationsdatenspeicher 52 sind Daten darüber abgelegt, wie sich die Empfangsfeldstärke der Funkstrecken 46, 47 bei einer Bewegung des RFID-Etiketts 42, 43, 44 verändert. Die Daten aus dem Korrelationsdatenspeicher 52 geben der Auswerteeinrichtung 50 also Informationen darüber, wie die Korrelation durchgeführt werden muss.
Sofern die Veränderung der Empfangsfeldstärke auf mathematisch einfache Art mit der Bewegung des RFID Etiketts 42, 43, 44 zusammenhängt, wird die Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit aus der Empfangsfeldstärke mittels einer mathematischen Formel errechnet. Ist dies nicht möglich, so wird der Korrelationsdatenspeicher 52 in die Berechnung mit einbezogen. Eine in dem Korrelationsdatenspeicher 52 gespeicherte Tabelle wird zu diesem Zweck unter anderem durch Messung der Empfangsfeldstärke zwischen RFID-Etikett 42, 43 und den Antennen 24, 26 unter bekannten Bedingungen im Voraus mit Daten gefüllt.
Der Auswerteeinrichtung 50 ist die räumliche Anordnung der Antennen 24, 26, also auch der Abstand zwischen ihnen, bekannt. Des weiteren verwendet die Auswerteeinrichtung 50 Informationen darüber, ob sich die RFID-Etiketten 42, 43, 44 frei im Raum bewegen können oder ob sie bestimmten Einschränkungen, wie beispielsweise Bewegung nur in einer Ebene, unterworfen sind, um die Anzahl der benötigten Antennen zu reduzieren.
Das in 1 gezeigte RFID-System 10 ist besonders dafür ausgelegt, eine Bewegung der RFID-Etiketten 42, 43, 44 in einer Bewegungsrichtung 40 zu bestimmen. Dementsprechend sind die Empfangsbereiche 34, 36 so angeordnet, dass die von ihnen überwachbare Strecke in Bewegungsrichtung 40 am größten ist.
Wenn sich ein RFID-Etikett 42, 43, 44 entlang der Bewegungsrichtung 40 in 1 von links nach rechts bewegt, so durchläuft es zunächst den Empfangsbereich 34 der Antenne 24 und tritt dann in den Überlappungsbereich 35 ein. In dem Überlappungsbereich 35 ermittelt die Auswerteeinrichtung 50 die Richtung, in die sich das RFID-Etikett 42, 43, 44 bewegt, wie oben beschrieben. Die Auswerteeinrichtung 50 ermittelt auch, in welche Richtung sich das RFID-Etikett 42, 43, 44 aus dem Überlappungsbereich 35 heraus bewegt. Die Information, aus welcher Richtung das RFID-Etikett 42, 43, 44 in den Überlappungsbereich 35 eingetreten ist und in welche Richtung das RFID-Etikett 42, 43, 44 den Überlappungsbereich 35 verlassen hat, wird an eine Kommunikationseinrichtung 51 übergeben und von dieser zur Übertragung und weiteren Verarbeitung bereitgestellt.
Soll ein größerer Bereich durch das RFID-System 10 überwacht werden, so kann, wie in 2 gezeigt, eine zusätzliche Antenne 28 vorgesehen werden, die mittels einer Zuleitung 29 an die Transceivereinrichtung 22 angeschlossen ist. Die Antenne 28 hat einen zusätzlichen Empfangsbereich 38, wodurch sich auch ein zusätzlicher Überlappungsbereich 37 ausbildet. Insgesamt sind zwischen den Antennen 24, 26, 28 und den RFID-Etiketten 42, 43, 44 theoretisch neun Funkstrecken 71–79 möglich.
Welche dieser Funkstrecken 71–79 tatsächlich für eine Datenübertragung und/oder eine Messung der Empfangsfeldstärke nutzbar sind, hängt von dem Aufenthaltsort des RFID-Etiketts 42, 43, 44 ab. Um den überwachten Bereich weiter zu vergrößern werden zusätzliche Antennen 24, 26, 28 vorgesehen, so dass der gesamte Bereich abgedeckt wird.
Sind mehr Antennen 24, 26, 28 als unbedingt notwendig vorhanden, so können die zusätzlichen Messungen der Empfangsfeldstärke zur Erhöhung der Genauigkeit und/oder der Zuverlässigkeit der Bewegungsbestimmung, und, bei Messungen in ausreichender Anzahl und Genauigkeit, zur Positionsbestimmung herangezogen werden. Die Empfangsfeldstärken werden je nach ihrer Signifikanz oder Genauigkeit in unterschiedlichem Maß in die Positions- und Bewegungsbestimmung einbezogen. Um eine sinnvolle Gewichtung der Messwerte zu ermitteln, wird beispielsweise ein Kalmanfilter von der Auswerteeinrichtung 50 angewandt. Ein solches Filter kann unter anderem Hinweise darauf geben, welche Messungen der Empfangsfeldstärke fehlerhaft sein könnten.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform des RFID-Systems 10 gezeigt, bei der Transceivereinrichtungen 64, 66, 68 nicht an der RFID-Leseeinrichtung 20, sondern bei den Antennen 24, 26, 28 angeordnet sind. Durch die Zuleitungen 25, 27, 29 werden hierbei neben der Speisung für die Transceivereinrichtungen 64, 66, 68 die Empfangssignale transportiert. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Transceivereinrichtungen 64, 66, 68 übertragene Signale und die Empfangsfeldstärke der RFID-Signale genauer messen können, da Störeinflüsse, die bei der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform in den Zuleitungen 25, 27, 29 auftreten können, verringert sind.
Die Auswerteeinrichtung 50 weist zusätzlich eine Orientierungsermittlungseinheit 54 auf, die aus den gemessenen Empfangsfeldstärken eine Orientierung des RFID-Etiketts 42, 43, 44 ermittelt. Dazu wird ausgenutzt, dass die Empfangscharakteristik eines RFID-Etiketts 42, 43, 44 je nach Raumrichtung unterschiedlich ist. Sofern sich das RFID-Etikett 42, 43, 44 in einem Überlappungsbereich 35, 37 einer ausreichenden Anzahl von Antennen 24, 26, 28 befindet, kann aus den unterschiedlichen gemessenen Empfangsfeldstärken diese Empfangscharakteristik herausgefiltert und somit die Orientierung des RFID-Etiketts 42, 43, 44 im Raum ermittelt werden. Hierfür ist es besonders hilfreich, wenn ein Überlappungsbereich 35, 37 zur Verfügung steht, in dem sich mehr als zwei Empfangsbereiche 34, 36, 38 überlappen. Je mehr Empfangsbereiche 34, 36, 38 sich überlappen, desto einfacher und genauer wird die Bestimmung der Orientierung des RFID-Etiketts 42, 43, 44.
Ein Zugangsüberwachungssystem wird mit dem RFID-System 10 dadurch aufgebaut, dass die Empfangsbereiche 34, 36, 38 in einem zu überwachenden Bereich, beispielsweise einem Durchgang, angeordnet werden. Die zu überwachenden Gegenstände oder Personen werden dann mit RFID Etiketten 42, 43, 44 versehen. Bewegt sich ein RFID-Etikett 42, 43, 44 durch den Durchgang, so wird nicht nur festgehalten, dass dieses RFID-Etikett 42, 43, 44 an dieser Stelle aufgetaucht ist, sondern auch, in welche Richtung es sich bewegt hat.
Werden beispielsweise Zugangstüren eines Luftfahrzeugs mit einem solchen Zugangsüberwachungssystem ausgerüstet, so ist es möglich, Gegenstände aus dem Umfeld des Luftfahrzeugs mit RFID-Etiketten 42, 43, 44 zu kennzeichnen. Wenn Werkzeuge von Wartungsmannschaften mit RFID-Etiketten 42, 43, 44 gekennzeichnet sind, so kann dadurch sichergestellt werden, dass sämtliche Werkzeuge nach Beendigung von Wartungsarbeiten wieder von Bord entfernt werden. Dies ist nur möglich, da die Bewegungsrichtung 40 der so gekennzeichneten Werkzeuge in den Durchgängen feststellbar ist.
Das Zugangsüberwachungssystem weist neben dem RFID-System 10 selbstverständlich weitere Komponenten wie Rechneranlagen und Datenbanken auf. Die RFID-Systeme 10, die an unterschiedlichen Durchgängen angeordnet sind, können in diesem Fall vernetzt sein.
Die Funktionalität des RFID-Systems 10, neben der RFID basierten Identifikation und der Erkennung des Verbleibs im beziehungsweise des anschließenden Verlassens des Lesebereichs des RFID-Systems 10 durch RFID-Etiketten 24, 26, 28 (RFID-Tags), ist, dass mit einer minimalen RFID-System-Konfiguration von einer RFID-Leseeinrichtung 20 (RFID Reader) mit mindestens zwei Antennen (RFID Reader Antennen 24, 26, 28, die RF Keulen der RFID Reader Antennen 24, 26, 28 können sich dabei überlappen) die Bewegungsrichtung von RFID-Etiketten 42, 43, 44 im Raum (d. h. im Erfassungsbereich des RFID-Systems 10) detektiert werden kann. Mit weiteren Antennen 24, 26, 28 kann die Position oder Orientierung der RFID Etiketten 42, 43, 44 im Raum erfasst werden (erfasste Freiheitsgrade – Anzahl RFID Reader Antennen 24, 26, 28).
Aktuell in der Industrie eingesetzte RFID-Systeme benötigen zur Bewegungsrichtungserkennung neben der RFID-Leseeinrichtung 20 und den entsprechenden Antennen 24, 26, 28 noch weitere technische Hilfsmittel wie beispielsweise zusätzliche Sensoren, Lichtschranken oder auch mehrere RFID-Systeme hintereinander geschaltet oder gekoppelt. Eine Erkennung der Position oder Orientierung von RFID-Etiketten 42, 43, 44 im Raum ist mit herkömmlichen RFID-Systemen ohne weitere technische Hilfsmittel wie zum Beispiel zusätzliche Sensoren, Lichtschranken oder auch mehrere miteinander gekoppelte herkömmliche RFID-Systeme, nicht möglich.
Die Information zur Erkennung der Bewegungsrichtung, Position oder Orientierung basiert auf dem RSSI-Signal (Received Signal Strength Indication) der RFID-Leseeinrichtung 20. Das RSSI Signal stellt im allgemeinen einen Indikator für die Empfangsfeldstärke kabelloser Kommunikationsanwendungen dar. Durch die Gewichtung der verschieden starken RSSI-Signale mehrerer RFID Reader Antennen 24, 26, 28 zu einem RFID-Etikett 42, 43, 44, erfasst zum gleichen Zeitpunkt beziehungsweise mit geringem zeitlichem Abstand, kann eine eindeutige Kennzahl für die Position im Raum erzeugt werden. Hieraus kann weiter die Ermittlung der Bewegungsrichtung oder Orientierung des RFID-Etiketts 42, 43, 44 im Raum erfolgen.
Es kann auf weitere technische Hilfsmittel an einem RFID-System 10 (RFID Gate) verzichtet werden, welche bisher zur Bewegungsrichtungserkennung notwendig waren, d. h. z. B. zusätzliche Sensoren, Lichtschranken oder auch mehrere RFID-Systeme 10 hintereinander geschaltet. Somit vereinfacht und reduziert sich die Installation eines RFID-Systems 10 auf die wesentlichen Komponenten der RFID-Leseeinrichtung 20 und der (mindestens) zwei RFID Reader Antennen 24, 26, 28 und die Installation eines RFID-Systems 10 wird wesentlich kompakter. Hiermit können in beliebigen Anwendungsbereichen technisch sehr einfache RFID-Systeme 10 mit Erkennung dargestellt werden.
Das RFID-System 10 benötigt zur Darstellung der Funktionalität nur eine minimalistische Systemkonfiguration, wie sie auch zum Beispiel für ein RFID-Gate zur reinen Identifikation der durch das RFID-Gate hindurchgehenden RFID-Etiketten 42, 43, 44 üblich ist (eine typische RFID Standardapplikation). Zur reinen Identifikation ist mindestens eine RFID-Leseeinrichtung 20 mit einer RFID Reader Antenne 24, 26, 28 notwendig.
Zur Optimierung der Ergebnisse sollten die RF Charakteristiken aller verwendeten Antennen (RFID Reader Antennen 24, 26, 28 und RFID-Etiketten 42, 43, 44) sowie der Betriebsumgebung des RFID-Systems 10 bekannt sein und berücksichtigt werden. Dazu ist für die einzelnen RFID Reader Antennen 24, 26, 28 eine geeignete Wahl der RF-Keulenform oder eine entsprechende Formung der RF-Keulen zweckmäßig. Weiter ist es zweckmäßig, wenn sich die RF-Keulen der einzelnen RFID Reader Antennen 24, 26, 28 teilweise überlappen.
Bewegt sich ein RFID-Etikett 42, 43, 44 durch den Erfassungsbereich (Empfangsbereich 34, 36, 38) des RFID-Systems 10, so die detektieren die verschiedenen RFID Reader Antennen 24, 26, 28 das RFID-Etikett 42, 43, 44 an verschiedenen Positionen im Erfassungsbereich mit jeweils verschieden starken RSSI-Signalstärken. Die Detektion an einer Position erfolgt durch die verschiedenen RFID Reader Antennen nahezu zeitgleich, das heißt nacheinander in sehr geringem zeitlichem Abstand.
Durch Berechnung können aus den zu einem RFID-Etikett 42, 44, 46 erfassten Daten (verschiedene RSSI Signalstärken an verschiedenen RFID Readerantennen an verschiedenen Scan-Positionen) Bewegungsrichtung, Position und Orientierung abgeleitet werden.
Beim RFID-System 10 steigt die Anzahl der notwendigen RFID Reader Antennen 24, 26, 28 mit der Zahl der Freiheitsgrade des RFID-Etiketts 42, 43, 44, welche berechnet werden sollen, d. h. z. B. für einen eindimensionalen Raum (eine Linie) sind zur Erkennung der Bewegungsrichtung zwei RFID Reader Antennen 24, 26, 28 minimal erforderlich. Für einen zweidimensionalen Raum (eine Fläche) sind zur Erkennung der Bewegungsrichtung drei RFID Reader Antennen 24, 26, 28 minimal erforderlich.
Eine über die Anzahl der Freiheitsgrade hinausgehende Antennenzahl kann die Zuverlässigkeit und Genauigkeit des Systems erhöhen beziehungsweise den Erfassungsbereich vergrößern.
Das erfindungsgemäße RFID-System 10 bietet eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, die Position eines RFID-Etiketts 42, 43, 44 im Raum zu ermitteln.
Bezugszeichenliste

10: RFID-System
20: RFID-Leseeinrichtung
22: Transceivereinrichtung
24: Antenne
25: Zuleitung
26: Antenne
27: Zuleitung
28: Antennen
29: Zuleitung
34: Empfangsbereich
35: Überlappungsbereich
36: Empfangsbereich
37: Überlappungsbereich
38: Empfangsbereich
40: Bewegungsrichtung
42: RFID-Etikett
43: RFID-Etikett
44: RFID-Etikett
46: Funkstrecke
47: Funkstrecke
48: Funkstrecke
50: Auswerteeinrichtung
51: Kommunikationseinrichtung
52: Korrelationsdatenspeicher
54: Orientierungsermittlungseinheit
64: Transceivereinrichtung
66: Transceivereinrichtung
68: Transceivereinrichtung
71–79: Funkstrecke

Claims

RFID-System (10) mit einer RFID-Leseeinrichtung (20), wenigstens zwei Antennen (24, 26, 28), mittels derer Funkstrecken (46, 47, 48) zu einem in einen Empfangsbereich (34, 36, 38) der Antennen (24, 26, 28) eingebrachten RFID-Etikett (42, 43, 44) aufbaubar sind, und mit einer Auswerteeinrichtung (50), die zur Ermittlung einer Bewegungsinformation und/oder einer Positionsinformation, welche wenigstens eine Bewegungsrichtung des RFID-Etiketts (42, 43, 44) beschreiben, aus Eigenschaften der Funkstrecken (46, 47, 48) ausgebildet ist.
RFID-System (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (50) zur Ermittlung der Bewegungsinformation und/oder der Positionsinformation aus einer Empfangsfeldstärke der Funkstrecken (46, 47, 48) ausgebildet ist.
RFID-System (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (50) zur Ermittlung der Bewegungsinformation und/oder der Positionsinformation aus einer RSSI ausgebildet ist.
RFID-System (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (50) einen Korrelationsdatenspeicher (52) aufweist, der Informationen über eine Zuordnung zwischen Bewegungsinformation und/oder Positionsinformation und einer Veränderung der Empfangsfeldstärke enthält.
RFID-System (10) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch wenigstens eine weitere Antenne (24, 26, 28), die zur Erhöhung der Genauigkeit und/oder der Zuverlässigkeit der Bestimmung von Bewegung und/oder Position des RFID-Etiketts (42, 43, 44) vorgesehen ist.
RFID-System (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (50) zur Ermittlung einer räumlichen Orientierung des RFID-Etiketts (42, 43, 44) eine Orientierungsermittlungseinheit (54) aufweist.
RFID-System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen (24, 26, 28) Empfangsbereiche (34, 36, 38) aufweisen, die sich wenigstens teilweise überlappen.
Verfahren zur Bestimmung einer Bewegungsrichtung und/oder einer Position eines RFID-Etiketts (42, 43, 44) relativ zu einer Antenne (24, 26, 28), gekennzeichnet durch die Schritte: a) Erfassen von Empfangsfeldstärkeinformationen, die Eigenschaften einer Funkstrecke (46, 47, 48) zwischen RFID-Etikett (42, 43, 44) und Antenne (24, 26, 28) beschreiben und b) Korrelieren der Empfangsfeldstärkeinformationen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsfeldstärkeinformationen aus einer Empfangsfeldstärke, vorzugsweise aus einem RSSI, gewonnen werden
Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelation anhand von Korrelationsdaten erfolgt, welche einer Veränderung der Empfangsfeldstärkeinformation eine Bewegungsrichtung zuordnen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelationsdaten in einem vorbereitenden Schritt durch Messung gewonnen werden.
Zugangsüberwachungssystem mit einem RFID-System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das RFID-System (10) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 11 ausgebildet ist.