JP2006268380A

JP2006268380A - 非接触ｉｄシステム

Info

Publication number: JP2006268380A
Application number: JP2005084947A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ogawa; 剛小川; Koji Hoshi; 浩司星; Toshihiko Yagi; 俊彦八木; Tei Satake; 禎佐竹
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】非接触ＩＣカードとの通信時間を短縮する。
【解決手段】上位管理装置１０が、複数の質問器２０，３０それぞれに対して、互いに異なる複数の通信規格を非接触ＩＣカード５０に問い合わせる要求を含んだ質問要求を１度に送信する際、上記質問要求に、自身以外の質問器が質問信号を送信する際には、非接触ＩＣカード５０への質問信号の送信を停止するよう要求する停止要求を含ませることで実現する。
【選択図】図６

Description

本発明は、所定の周波数の搬送波を介して、互いに通信規格の異なる複数の非接触ＩＣ（Integrated Circuit）カードとの無線通信をする非接触ＩＤシステムに関する。

非接触ＩＣ（Integrated Circuit）カードといった非接触情報媒体を用いた非接触ＩＤシステムであるＲＦＩＤシステムが考案、実施されている。ＲＦＩＤシステムは、非接触情報媒体に内蔵されているＩＣチップと、カードリーダとの間で情報通信がなされるものであり、例えば、駅の自動改札や、図書館における書籍の貸し出しなどに利用されており、今後も様々な分野で個人情報のやり取りに用いられることが予想される。

なお、非接触ＩＣカードとは、いわゆるクレジットカードなどのようにカード形状をした非接触情報媒体の総称であると共に、カード形状以外の非接触情報媒体、例えば、クレジットカードよりも小さなラベルサイズ、切手サイズやそれ以下のサイズのもの、また、形状もカード形状だけではなく、丸型や、星形など様々な形状をした非接触情報媒体も含むものとする。

例えば、電磁誘導方式によるＲＦＩＤシステムにおいて、非接触情報媒体は、カードリーダから送信された電波を受信し、受信した電波から電磁誘導によって動作電力を得ると共に、この電波を利用してカードリーダとの間でデータ通信を行う。非接触情報媒体と、カードリーダとは、この電波を送受信するためのアンテナコイルをそれぞれ内蔵している。このような、電磁誘導方式のカードリーダと、非接触情報記録媒体との適切な通信距離は、概ね数ｃｍ〜数十ｃｍとなる。

このようなＲＦＩＤシステムにおいて、通信規格の異なる非接触ＩＣカードに１台で対応することができるマルチカードリーダシステムが用いられることがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１４３０２３号公報

例えば、図８に示すように、マルチカードリーダシステム２００は、互いにシリアルケーブル２０１で接続された上位管理装置２１０と、質問器（リーダモジュール）２２０とからなる。マルチカードリーダシステム２００の上位管理装置２１０は、質問器２２０に対して、質問要求として、カード捕捉要求をし、これに応じた質問器２２０が非接触ＩＣカード２５０に対して通信規格の問い合わせを行う。

非接触ＩＣカード２５０から応答があった場合、問い合わせた通信規格にて、非接触ＩＣカード２５０と、マルチカードリーダシステム２００との間で非接触の通信が実行されることになる。

具体的には、図９に示すフローチャートのように、質問器２２０が、非接触ＩＣカード２５０が取りうる１〜Ｎ（Ｎは、自然数）までの通信規格１〜Ｎを、順番に非接触ＩＣカード２５０に問い合わせていき、（ステップＳ１０１，１０３，１０５）、応答があった場合に、非接触ＩＣカード２５０の所定のメモリに格納されているカード固有識別番号を読み取り（ステップＳ１０２，１０４，１０６）、通信を実行する。

また、質問器２２０と、上位管理装置２１０とのシーケンスは、図１０に示すようになる。図１０に示すように、上位管理装置２１０から、質問器２２０を介した質問要求を、通信規格毎に行っているのが分かる。

このように、マルチカードリーダシステム２００は、様々な通信規格の非接触ＩＣカード２５０と通信を実行することができるが、上位管理装置２１０から、質問器２２０を介しての質問要求が通信規格毎になされているため、非接触ＩＣカード２５０の応答により通信規格を特定して実際の通信に至るまでに多大な時間を要してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、上述したような問題を解決するために案出されたものであり、マルチ対応としたカードリーダの非接触ＩＣカードとの通信時間を効率的に短縮させる非接触ＩＤシステムを提供することを目的とする。

なお、上述した課題以外にもさらに課題がある場合は、発明を実施するための最良の形態に示し、その解決手法を適宜示すことにする。

本発明の非接触ＩＤシステムは、通信規格の異なる非接触ＩＣ（Integrated Circuit）カードとの無線通信をする非接触ＩＤシステムにおいて、外部から送信される質問要求に応じて、上記非接触ＩＣカードの通信規格を問い合わせる質問信号を送信し、上記非接触ＩＣカードからの応答信号を、それぞれ受信する複数の質問器と、上記複数の質問器に対して、上記非接触ＩＣカードの通信規格を問い合わせる要求を含んだ質問要求を送信し、上記複数の質問器で、それぞれ受信された上記応答信号から上記非接触ＩＣカードを通信対象として認証する上位管理装置とを備え、上記上位管理装置は、上記複数の質問器それぞれに対して、互いに異なる複数の通信規格を上記非接触ＩＣカードに問い合わせる要求を含んだ質問要求を１度に送信する際、上記質問要求に、自身以外の質問器が質問信号を送信する際には、上記非接触ＩＣカードへの上記質問信号の送信を停止するよう要求する停止要求を含ませることにより、上述の課題を解決する。

本発明の非接触ＩＤシステムは、上位管理装置から質問器に送信する質問要求に、複数の質問器それぞれに対して、互いに異なる複数の通信規格を非接触ＩＣカードに問い合わせる要求を含ませる際、質問器が同時に非接触ＩＣカードに対して質問信号を送信することがないような停止処理要求を含ませることで、上位管理装置から質問器に対する質問信号を、１度に一括して送信することができる。

したがって、質問器から非接触ＩＣカードに対して同時に質問信号を送信することが回避されるため、通信エラーの発生確率を大幅に下げると共に、質問器にそれぞれ交互に質問信号を複数回送信する場合と比較して、非接触ＩＣカードとの通信時間を大幅に短縮することができる。

これは、互いに非接触ＩＣカードに送信する質問信号が干渉してしまう範囲内に複数の質問器が設置されている場合において、特に有効になる。

まず、図１を用いて、本発明の実施の形態として示す非接触ＩＤシステムについて説明をする。図１に示すように、本発明の実施の形態として示す非接触ＩＤシステムは、例えば、ＰＣ（Personal Computer）などの上位管理装置１０と、リーダモジュールである質問器２０、質問器３０とを有するマルチカードリーダシステム４０と、非接触ＩＣカード５０とを備えてなる。

この非接触ＩＤシステムは、例えば、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数帯域を利用する電磁誘導方式（電磁結合方式）によるＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）システムであり、非接触情報媒体である非接触ＩＣカード５０が、マルチカードリーダシステム４０から送信された電波を受信して、電磁誘導によって動作電力を得ると共に、この電波を利用してマルチカードリーダシステム４０との間でデータ通信を行う。

また、非接触ＩＤシステムは、上述した電磁誘導方式に限定されるものではなく、ＵＨＦ帯以上の周波数帯域を利用して電力を確保する電波方式（マイクロ波方式）によるＲＦＩＤシステムであってもよい。なお、説明のため、以下においては、１３．５６ＭＨｚの周波数を利用して電力を確保する電磁誘導方式を適用して説明をする。

マルチカードリーダシステム４０は、インダクタである図示しないアンテナコイルを備えており、周波数ｆｃ（例えば、１３．５６ＭＨｚ付近）をキャリア周波数とする搬送波を変調した電波を利用して非接触ＩＣカード５０と無線通信をする。なお、以下の説明において、キャリア周波数をキャリア周波数ｆｃとするが、キャリア周波数ｆｃは、１３．５６ＭＨｚに限定されるものではない。

データ送信時において、マルチカードリーダシステム４０は、キャリア周波数ｆｃの搬送波を、送信するデータによって変調して伝送信号を生成する。データの変調方式としては、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）などが使用可能である。

変調され、生成された伝送信号は、図示しないアンテナコイルに供給され、磁界を発生させる。アンテナコイルで発生する磁界は、伝送信号に基づいて変化することになり、キャリア周波数ｆｃの搬送波に乗ったデータが、磁束の変化として伝達される。

また、データ受信時において、マルチカードリーダシステム４０は、非接触ＩＣカード５０から送信され、アンテナコイルで磁束の変化として受信されるデータを復調する。非接触ＩＣカード５０からデータが送信されると、アンテナコイルには、磁束の変化によって誘導電流が発生する。

アンテナコイルで発生する誘導電流は、磁束に基づいて変化することになり、キャリア周波数ｆｃの搬送波に乗ったデータが、誘導電流の変化として伝達される。

マルチカードリーダシステム４０は、この誘導電流を復調することで、非接触ＩＣカード５０から送信されたデータを取得する。

このようなマルチカードリーダシステム４０において、上位管理装置１０は、当該マルチカードリーダシステム４０を統括的に制御し、質問器２０、３０に対して質問要求を行う。質問器２０、３０は、上位管理装置１０からの質問要求に応じて、非接触ＩＣカード５０とネゴシエーションを行い、当該非接触ＩＣカード５０に応じた通信規格にてデータ通信を実行する。図１に示すマルチカードリーダシステム４０の構成は、実際に非接触ＩＣカード５０との通信を担う質問器の数を複数設けることで、マルチ対応させている。質問器の数は、図１に示すように、２つに限定されるものではなく、２つ以上の質問器を備えるようにしてもよい。

このように、複数の質問器を備えることでマルチ対応とさせると、１つの質問器に係る消費電力や、回路的な付加を軽減させることができるため、部品点数は多くなるが通信効率を向上させることができる。

図１に示す質問器２０、３０は、それぞれ同じ周波数で非接触ＩＣカード５０と無線通信を実行する。また、質問器２０は、互いに異なる通信規格である通信規格１，３の非接触ＩＣカード５０と通信をすることができる。一方、質問器３０は、通信規格１，３と異なり、さらに互いに異なる通信規格である通信規格２，４の非接触ＩＣカード５０と通信をすることができる。なお、通信規格１〜４は、特に指定された通信規格ではなく、一般的な非接触ＩＣカードに適用されている、例えば、国際標準化機構（ＩＳＯ：International Organization for Standardization）で策定されたＩＳＯ１４４４３に準拠した近接型（通信距離、約１０ｃｍ以下）の通信規格であるＴｙｐｅＡ、ＴｙｐｅＢといった通信規格である。

非接触ＩＣカード５０は、インダクタである図示しないアンテナコイルによって受信された電波の磁束の変化を妨げる向きに誘導起電力を発生することになり、この誘導起電力によって周波数ｆｃ＝１３．５６ＭＨｚ付近で同調するようになる。

動作電力が供給された非接触ＩＣカード５０は、マルチカードリーダシステム４０から送信されたデータの受信及びマルチカードリーダシステム４０へデータを送信する。

データ受信時において、非接触ＩＣカード５０は、マルチカードリーダシステム４０から送信され、アンテナコイルで磁束の変化として受信される電波を復調し、データを取得する。

データ送信時において、非接触ＩＣカード５０は、キャリア周波数ｆｃの搬送波を送信するデータによって変調して伝送信号を生成する。非接触ＩＣカード５０は、送信するデータに応じて、アンテナコイルの負荷を変えて搬送波を変調する負荷変調を行う。

変調され、生成された伝送信号は、アンテナコイルに供給され、磁界を発生させる。アンテナコイルで発生する磁界は、伝送信号に基づいて変化することになり、キャリア周波数ｆｃの搬送波に乗ったデータが、磁束の変化として伝達される。

ところで、マルチカードリーダシステム４０が、非接触ＩＣカード５０とデータ通信を実行するには、質問器２０、３０によって、上位管理装置１０からの質問要求に応じて、非接触ＩＣカード５０に問い合わせることで、通信規格を特定する必要がある。このとき、従来の技術として示した図９に示すような手法を用いると通信を開始するまでに多大な時間を要してしまうことになる。

そこで、図２に示すように、上位管理装置から質問器に対して、１回の送信で複数の質問要求、例えば、通信規格１〜Ｎまでの質問要求を実行し、非接触ＩＣカードからの応答回数を削減させるという手法が考えられる。

これを、図１のマルチカードリーダシステム４０に適用すると、図３に示すように、上位管理装置１０は、質問器２０に対して、通信規格１，３であるかどうかを問う複数の質問要求を一度に送信し、これに応じて質問器２０は、通信規格１，３であるかどうかを問い合わせる質問信号を生成して、非接触ＩＣカード５０に送信する。

一方、マルチカードリーダシステム４０は、質問器３０に対して、通信規格２，４であるかどうかを問う複数の質問要求を一度に送信し、これに応じて質問器３０は、通信規格２，４であるかどうかを問い合わせる質問信号を生成して、非接触ＩＣカード５０に送信する。

質問器２０と、質問器３０は、上述したように同一の周波数で無線通信をするため、同時に質問信号を非接触ＩＣカード５０に送信した場合、互いに干渉してしまうことになる。

つまり、図２で示した手法を、図１に示すような構成の非接触ＩＤシステムに適用した場合、質問器２０，３０からそれぞれ送信される質問信号は、互いに干渉しあって、非接触ＩＣカード５０に送信することができないとった問題が発生してしまうことになる。

このように、質問器２０，３０からの質問信号が互いに干渉してしまうことを考慮すると、上位管理装置１０は、例えば、質問器２０に対して一度に複数の質問要求をした場合、質問要求に応じた質問器２０によって該当する通信規格の質問信号が順次、非接触ＩＣカード５０に送信されている期間、質問器３０の動作を一時的に完全に停止させておく必要がある。

さらに、通信規格１〜Ｎの質問信号を、通信規格１，２，３，４・・・Ｎ−１，Ｎというように、非接触ＩＣカード５０に順番に送信する場合には、以下に示すように、１回の送信で、複数の質問信号を送信することができなくなる。

例えば、図４に示すよう、通信規格１，２，３，４の順番で、非接触ＩＣカード５０に質問信号を送信するためには、上位管理装置１０は、図５に示すようなタイミングチャートで、質問器２０，３０に質問要求をする必要がある。

図５に示すように、上位管理装置１０は、質問器２０に対して、通信規格１の質問要求をし、非接触ＩＣカード５０に質問信号を送信し、その応答を受け取る（ステップＳ１〜Ｓ４）。次に、上位管理装置１０は、質問器３０に対して、通信規格２の質問要求をし、非接触ＩＣカード５０に質問信号を送信し、その応答を受け取る（ステップＳ５〜Ｓ８）。さらに、上位管理装置１０は、質問器２０に対して、通信規格３の質問要求をし、非接触ＩＣカード５０に質問信号を送信し、その応答を受け取る（ステップＳ９〜Ｓ１２）。最後に、上位管理装置１０は、質問器３０に対して、通信規格４の質問要求をし、非接触ＩＣカード５０に質問信号を送信し、その応答を受け取る（ステップＳ１３〜Ｓ１６）。

したがって、１回に複数の質問要求を質問器２０，３０に送信することができないため、送信回数が増えてしまうことになる。さらに、別な通信規格への質問要求をする場合には、前回の質問要求に対する非接触ＩＣカード５０からの応答を待ってから実行しないと、上述した通信時の干渉を確実に回避する保証がとれない。したがって、送信時間を多大に要してしまうことになる。

そこで、このような問題を解決するために、図６に示すように、上位管理装置１０は、質問器２０，３０それぞれに対して、他方の質問器において質問信号を出力し、非接触ＩＣカード５０から応答があるまでの期間において、自身の質問信号の出力を停止させる停止処理要求を含んだ質問要求を送信する。

具体的には、上位管理装置１０は、質問器２０に対する質問要求として、通信規格１の問い合わせ要求と、質問器３０において通信規格２の問い合わせ処理に要する時間だけ質問器２０から質問信号を送信することを停止させる停止処理要求と、通信規格３の問い合わせ要求と、質問器３０において通信規格４の問い合わせ処理に要する時間だけ質問器２０から質問信号を送信することを停止させる停止処理要求とを１回の送信で送信する。

また、上位管理装置１０は、質問器３０に対する質問要求として、質問器２０において通信規格１の問い合わせ処理に要する時間だけ質問器３０から質問信号を送信することを停止させる停止処理要求と、通信規格２の問い合わせ要求と、質問器２０において通信規格３の問い合わせ処理に要する時間だけ質問器３０から質問信号を送信することを停止させる停止処理要求と、通信規格４の問い合わせ要求とを１回の送信で送信する。

なお、質問器２０，３０を停止させる停止時間は、あらかじめ停止処理に要する時間を計測しておき上位管理装置１０が保持しているものとする。

図７に、上述したような停止処理要求を含む質問要求を質問器２０，３０にそれぞれ一括して送信する際のタイミングチャートを示す。

図７に示すように、上位管理装置１０は、質問器２０，３０それぞれに同時に質問要求を送信する（ステップＳ１１，Ｓ２１）。質問器２０，３０は、質問要求を受け取ったことに応じて、非接触ＩＣカード５０に送信する質問信号を生成することになるが、受け取った質問要求には、上述したような停止時間を指定した停止処理要求が含まれていることから質問器３０から始まり、通信規格１〜４までの問い合わせが終了するまで交互に、非接触ＩＣカード５０へ質問信号を送信する動作が停止されることになる。

まず、質問器３０の非接触ＩＣカード５０に対する質問信号送信動作が停止時間Ｔ１だけ停止される。このとき、質問器２０は、非接触ＩＣカード５０に通信規格１の問い合わせをし（ステップＳ１２）、非接触ＩＣカード５０からの応答を受ける（ステップＳ１３）。

次に、質問器２０の非接触ＩＣカード５０に対する質問信号送信動作が停止時間Ｔ２だけ停止される。このとき、質問器３０は、非接触ＩＣカード５０に通信規格２の問い合わせをし（ステップＳ２２）、非接触ＩＣカード５０からの応答を受ける（ステップＳ２３）。

このとき質問器２０は、通信規格１の問い合わせに対する非接触ＩＣカード５０からの応答を上位管理装置１０に伝える（ステップＳ１４）。

続いて、質問器３０の非接触ＩＣカード５０に対する質問信号送信動作が停止時間Ｔ３だけ停止される。このとき、質問器２０は、非接触ＩＣカード５０に通信規格３の問い合わせをし（ステップＳ１５）、非接触ＩＣカード５０からの応答を受ける（ステップＳ１６）。

このとき質問器３０は、通信規格２の問い合わせに対する非接触ＩＣカード５０からの応答を上位管理装置１０に伝える（ステップＳ２４）。

最後に、質問器２０の非接触ＩＣカード５０に対する質問信号送信動作が停止時間Ｔ４だけ停止される。このとき、質問器３０は、非接触ＩＣカード５０に通信規格４の問い合わせをし（ステップＳ２５）、非接触ＩＣカード５０からの応答を受ける（ステップＳ２６）。

このとき質問器２０は、通信規格３の問い合わせに対する非接触ＩＣカード５０からの応答を上位管理装置１０に伝える（ステップＳ１７）。

停止時間Ｔ４が経過後、質問器３０は、通信規格４の問い合わせに対する非接触ＩＣカード５０からの応答を上位管理装置１０に伝える（ステップＳ２７）。

このように、互いに非接触ＩＣカードに送信する質問信号が干渉してしまう範囲内に質問器２０，３０が設置されている場合において、上位管理装置１０から質問器２０，３０に送信する質問要求内に、質問器２０，３０が同時に非接触ＩＣカード５０に対して質問信号を送信することがないような停止処理要求を含ませることで、上位管理装置１０から質問器２０，３０に対する質問信号を、１回に一括して送信することができる。

したがって、質問器２０，３０から非接触ＩＣカード５０に対して同時に質問信号を送信することが回避されるため、通信エラーの発生確率を大幅に下げると共に、質問器２０，３０にそれぞれ交互に質問信号を複数回送信する場合と比較して、非接触ＩＣカード５０との通信時間を大幅に短縮することができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明の実施の形態として示す非接触ＩＤシステムについて説明するための図である。１回の質問要求で複数の通信規格の問い合わせをする際の処理動作について説明するためのタイミングチャートである。複数の質問器を備えた構成とした場合に、同時に出力された質問信号の干渉について説明するための図である。質問信号の干渉を避ける手法について説明するための図である。２つの質問器に対して、質問要求を交互に送信する様子を示したタイミングチャートである。本発明の実施の形態として示す非接触ＩＤシステムにおいて、２つの質問器に対して送信する停止処理要求を含んだ質問要求について説明するための図である。２つの質問器に対して停止要求を含んだ質問要求を送信する様子を示したタイミングチャートである。従来の技術として示す非接触ＩＤシステムについて説明するための図である。同非接触ＩＤシステムの処理動作について説明するためのフローチャートである。同非接触ＩＤシステムの処理動作について説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１０上位管理装置
２０質問器
３０質問器
４０マルチカードリーダシステム
５０非接触ＩＣカード

Claims

通信規格の異なる非接触ＩＣ（Integrated Circuit）カードとの無線通信をする非接触ＩＤシステムにおいて、
外部から送信される質問要求に応じて、上記非接触ＩＣカードの通信規格を問い合わせる質問信号を送信し、上記非接触ＩＣカードからの応答信号を、それぞれ受信する複数の質問器と、
上記複数の質問器に対して、上記非接触ＩＣカードの通信規格を問い合わせる要求を含んだ質問要求を送信し、上記複数の質問器で、それぞれ受信された上記応答信号から上記非接触ＩＣカードを通信対象として認証する上位管理装置とを備え、
上記上位管理装置は、上記複数の質問器それぞれに対して、互いに異なる複数の通信規格を上記非接触ＩＣカードに問い合わせる要求を含んだ質問要求を１度に送信する際、上記質問要求に、自身以外の質問器が質問信号を送信する際には、上記非接触ＩＣカードへの上記質問信号の送信を停止するよう要求する停止要求を含ませること
を特徴とする非接触ＩＤシステム。
上記複数の質問器は、上記質問要求に応じた上記質問信号を同時に送信した場合に、上記質問信号が互いに干渉する範囲内に配置されていること
を特徴とする請求項１記載の非接触ＩＤシステム。