JP2008199312A - 無線通信装置及びその無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部から実行要求がなされたコマンドに従い送受信を即時実行しても他の無線通信装置から発せられる電波と干渉することがないようにする。
【解決手段】外部からの実行要求がないアイドル状態のときに、周波数帯域の中の空きチャネルを検索して空チャネルを捕捉しておき、外部から実行要求があると、捕捉されている空チャネルを使用して要求に応じた無線通信を即時実行する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えばＵＨＦ（Ultra-High Frequency）帯の電波を用いてＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）のデータを非接触で読み取ったりデータを書込んだりできるリーダ・ライタ等の無線通信装置及びその無線通信方法に関する。

近年、ＲＦＩＤシステムと称される無線通信システムが注目されている。このシステムは、ＩＣチップとアンテナとを備えた小型のデータキャリアと、電波または電磁波を利用して上記データキャリアとの間で無線通信を行うことによりデータの書込み及び読取りを非接触で行うリーダ・ライタとから構成されている。

データキャリアのＩＣチップには、製造時に設定されるシリアルナンバー等の固有のＩＤが記憶されている。また、データキャリアは薄型化が可能であり、物品に容易に付与することができる。このため、データキャリアは、ＲＦＩＤ，ＲＦタグ，無線タグ等と称され、通常は管理対象の物品１つ１つに付与されて使用される。

一方、リーダ・ライタは、データキャリアとの間で電波または電磁波の受け渡しを行うアンテナ部と、このアンテナ部を介してデータキャリアと非接触でデータ通信を行う無線通信装置としてのリーダ・ライタ本体とからなる。そして、アンテナ部の形状等によってゲート型、据置型，携帯型等に分類される。ゲート型のリーダ・ライタは、例えば盗難防止システムや通門管理システム等に利用される。据置型のリーダ・ライタは、例えば図書館の貸出管理システムや店舗の買上商品精算システム等に利用される。ハンディ型のリーダ・ライタは、倉庫の物品検索システムや店舗の棚卸システム等に利用される。

ところで現在、ＲＦＩＤシステムにおいても８６０〜９６０ＭＨｚのＵＨＦ帯が使用可能なっている。ただし、ＵＨＦ帯は主に携帯電話の周波数帯として用いられているため、携帯電話とＲＦＩＤシステムとの周波数帯が重複して電波状況を乱すことがないように、８６０〜９６０ＭＨｚの中でも９５２〜９５４ＭＨｚのＵＨＦ帯域（１〜９チャネル）若しくは９５２〜９５５ＭＨｚのＵＨＦ帯域（１〜１４チャネル）がＲＦＩＤシステムに割り当てられている。

一方、ＲＦＩＤシステムを構築する場合、使用されるリーダ・ライタは１台のみでなく、複数台を併用する場合が殆どである。このため、複数のリーダ・ライタから発せられる電波が干渉しないように、ＬＢＴ（Listen Before Talk）方式によるキャリアセンスを行っている。すなわち、リーダ・ライタが電波を出す前に空きチャネルを検索し、空きチャネルを検出できたならばそのチャネルを使用して電波を出力するようにしている。ＬＢＴ方式においては、リーダ・ライタの１回の動作可能時間が最大４秒に制限されている。そして、１回の動作を終了すると５０ｍｓの時間休止し、その後、空きチャネルを５ｍｓの時間監視して初めて再動作可能となる。

キャリアセンス方式を採用してなる従来のリーダ・ライタとしては、ホストなどの外部装置から書込み又は読み取りの実行を要求するコマンドを受信すると、そのコマンドを実行するのに先立ってキャリアセンスを実施し、空きチャネルを検出できたならばそのチャネルを使用してコマンドを実行するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１９７２３１号公報

しかしながら、キャリアセンス方式を採用してなる従来のリーダ・ライタ等の無線通信装置においては、ホストなどの外部装置から書込み又は読み取りの実行を要求するコマンドを受信したことに応じてキャリアセンスを行って空チャネルを検索していたので、コマンドの受信から実行までに少なくとも空きチャネルの監視に必要な５ｍｓ以上のタイムラグが発生していた。

本発明はこのような事情に基づいてなされたもので、外部から実行要求がなされたコマンドに従い送受信を即時実行しても他の無線通信装置から発せられる電波と干渉することがなく、コマンド実行処理の高速化を図り得る無線通信装置及びその無線通信方法を提供しようとするものである。

本発明は、外部例えばホストからの実行要求に応じて、所定の周波数帯域の中の周波数チャネルを選択的に使用して無線通信を行うＲＦＩＤ用リーダ・ライタ等の無線通信装置であって、外部からの実行要求がないアイドル状態のときに、周波数帯域の中の空きチャネルを検索して空チャネルを捕捉しておき、外部から実行要求があると、捕捉されている空チャネルを使用して要求に応じた無線通信を即時実行するようにしたものである。

かかる手段を講じた本発明によれば、外部から実行要求がなされたコマンドに従い送受信を即時実行しても他の無線通信装置から発せられる電波と干渉することがなく、コマンド実行処理の高速化を図り得る無線通信装置及びその無線通信方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。
なお、この実施の形態は、９５２〜９５４ＭＨｚのＵＨＦ帯域（１〜９チャネル）の電波を用いてＲＦＩＤと無線通信を行うことにより前記ＲＦＩＤのメモリに記憶されたデータを読み取ったり、同メモリにデータを書込んだりすることができるＲＦＩＤリーダ・ライタに本発明を適用した場合である。

図１は、本実施の形態のＲＦＩＤリーダ・ライタを用いたＲＦＩＤシステムの概略図である。このシステムは、複数台のＲＦＩＤリーダ・ライタ１（図では３台のリーダ・ライタ１-1，１-2及び１-3のみ示す）と、各ＲＦＩＤリーダ・ライタ１を制御する上位機としてのホストコンピュータ２と、各ＲＦＩＤリーダ・ライタ１によってデータの読取り及び書込みが行われる複数個のＲＦＩＤ３（図では６個のＲＦＩＤ３-1，３-2，３-3，３-4，３-5及び３-6のみ示す）とから構成されている。

各ＲＦＩＤ３は、アンテナとＩＣチップとから構成されている。ＩＣチップには、電源作成部，復調部，変調部，メモリ部及びこれらを制御する制御部等が設けられている。各ＲＦＩＤ３は、アンテナでＵＨＦ帯の電波を受信すると、電源作成部の作用により電源が生成されて活性化する。活性化したＲＦＩＤ３からは、メモリ部に記憶されている固有のＩＤを含む応答波がそのアンテナから放射される。そして、この応答波を受信したＲＦＩＤリーダ・ライタ１と無線による回線が接続されたならば、それ以後、ＲＦＩＤリーダ・ライタ１からのコマンドに応じて、受信したデータを復調してメモリ部に書込んだり、メモリ部のデータを読出し変調して、ＲＦＩＤリーダ・ライタに送出したりする。このようなＲＦＩＤは、通常、管理対象の物品１つ１つに付与されて使用される。

図２はＲＦＩＤリーダ・ライタ１の要部構成を示すブロック図である。ＲＦＩＤリーダ・ライタ１は、本体部１０と、この本体部１０に接続されたアンテナ２０とから構成されている。

本体部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を主体とした制御部１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）領域及びＲＡＭ（Random Access Memory）領域を有する記憶部１２、ホストコンピュータ２等の外部機器とデータ通信を行うための通信部１３、後述する監視時間、休止時間及び動作制御時間をそれぞれカウントするタイマが形成されたタイマ部１４、無線によるデータの送受信を制御する無線回路部１５及びキャリアセンス部１６を備えている。

無線回路部１５は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路１５１、送信部１５２、サーキュレータ１５３及び受信部１５４等で構成されている。ＰＬＬ回路１５１は、高周波の正弦波信号を発生する。送信部１５２は、制御部１１から送られてきた送信データを変調し、この変調信号とＰＬＬ回路１５１で作られた高周波信号とを足し合わせた信号を増幅してサーキュレータ１５３に出力する。サーキュレータ１５３は、送信部１５２から入力された信号はアンテナ２０に出力し、アンテナ２０から入力された信号は受信部１５４に出力する特性を有する。受信部１５４は、サーキュレータ１５３を介して入力された高周波信号を増幅した後、この増幅された高周波信号とＰＬＬ回路１５１の高周波信号とを組み合わせてベースバンド信号に変換し、このベースバンド信号を復調して制御部１１に出力する。

キャリアセンス部１６は、当該リーダ・ライタ１が使用するＵＨＦ帯域の無線チャネル（９５２〜９５４ＭＨｚの１〜９チャネル）の使用状況を、ＬＢＴ（Listen Before Talk）方式によるキャリアセンスによって判定する。因みに、ＬＢＴ方式では、リーダ・ライタの１回の動作可能時間が最大４秒に制限されている。そして、１回の動作を終了すると５０ｍｓの時間休止し、その後、空きチャネルを５ｍｓの時間監視して初めて再動作可能となる。

記憶部１２のＲＡＭ領域には、図３に示すように、周波数設定テーブル４１、チャネルカウンタメモリ４２、アイドル中フラグメモリ４３、キャリアセンスフラグメモリ４４等を形成している。周波数設定テーブル４１には、当該ＲＦＩＤシステムで使用される無線チャネル１〜９のチャネル番号ｎにそれぞれ対応して、９５２〜９５４ＭＨｚのＵＨＦ帯域の中のいずれかの周波数ｆ１〜ｆ９が予め設定されている。チャネルカウンタメモリ４２には、上記チャネル番号ｎの範囲内で“１”ずつカウントアップされる数値ｎが格納されている。アイドル中フラグメモリ４３には、アイドル状態のとき“１”にセットされ、アイドル状態が解除されると“０”にリセットされるアイドル中フラグＡＦが格納されている。キャリアセンスフラグメモリ４４には、キャリアセンスによって空チャネルを検出しているとき“１”にセットされ、空チャネルを検出できなくなると“０”にリセットされるキャリアセンスフラグＣＳＦが格納されている。

しかして、このＲＦＩＤリーダ・ライタ１は、制御部１１が記憶部１２に記憶されたプログラムに従い図４の流れ図に示す手順で各部を制御するように構成されている。すなわち、電源オン若しくはホストコンピュータ２からの立上げコマンドによりＲＦＩＤリーダ・ライタ１が立ち上がると、制御部１１は、この処理を開始する。

先ず、制御部１１は、ＳＴ（ステップ）１としてアイドル中フラグＡＦ及びキャリアセンスフラグＣＳＦをいずれも“０”にリセットする。また、ＳＴ２としてチャネルカウンタメモリ４２のカウント値ｎを、使用可能な無線チャネル番号１〜９の範囲内の任意の初期値ｋ（１≦ｋ≦９）とする。なお、初期値ｋは、図１に示すように複数台のＲＦＩＤリーダ・ライタ１を備えたＲＦＩＤシステムにおいては、少なくとも隣接するリーダ・ライタとの間で異なるように予め設定されている。こうすることにより、例えばホストコンピュータ２から各リーダ・ライタ１に立上げコマンドが送信された場合でも、隣接するリーダ・ライタ１が共通の周波数で動作を開始するのを防ぐことができる。

次に、制御部１１は、ＳＴ３としてアイドル中フラグＡＦを“１”にセットして、アイドル状態に入る。そして、ＳＴ４としてタイマ部１４の休止タイマをスタートさせる。また、ＳＴ５として監視タイマもスタートさせる。この状態で、ＳＴ６としてホストコンピュータ２からコマンドを受信するのを待機する。なお、監視タイマは、ＬＢＴ方式において、空チャネルを監視する時間５ｍｓに達するとタイムアウトする。また、休止タイマは、１回の動作終了後の休止時間５０ｍｓに上記監視時間５ｍｓを加算した時間に達するとタイムアウトする。

このコマンド待機中、制御部１１は、常にキャリアセンスを実施する（キャリアセンス手段）。すなわち、ＳＴ７としてチャネルカウンタメモリ４２のカウント値ｎに対応して周波数設定テーブル４１に記憶されている周波数ｆｎ（ｆ１≦ｆｎ≦ｆ９）の信号を受信部１５４が受信しているか否かを、キャリアセンス部１６から読み込んだＣＳ信号により判定する。ＣＳ信号は、周波数ｆｎの信号を受信部１５４が受信していない状態では“０”レベルであり、受信すると“１”レベルとなるので、制御部１１は、ＳＴ８として上記ＣＳ信号が“０”レベルであるか否かを判断する。

ＣＳ信号が“０”レベルの場合には、周波数ｆｎは空きチャネルであるので、制御部１１は、ＳＴ９としてキャリアセンスフラグＣＳＦをチェックする。当初、キャリアセンスフラグＣＳＦは“０”にリセットされているので、制御部１１は、ＳＴ１０として監視タイマがタイムアウトしたか否かを判断する。監視タイマがタイムアウトしていない場合には、ＳＴ６に戻る。すなわち、ホストコンピュータ２からコマンドを受信したか否かを判断し、受信していなければキャリアセンス部１６からＣＳ信号を読み込んでそのレベルをチェックする。

ＣＳ信号が“０”レベルを継続したまま監視タイマがタイムアウトしたこと検知すると、制御部１１は、ＳＴ１１として休止タイマがタイムアウトしたか否かを判断する。休止タイマがタイムアウトしていない場合には、ＳＴ６に戻る。すなわち、ホストコンピュータ２からコマンドを受信したか否かを判断し、受信していなければキャリアセンス部１６からＣＳ信号を読み込んでそのレベルをチェックする。そして、ＣＳ信号が“０”レベルを継続したまま監視タイマがタイムアウトしたこと検知する毎に、制御部１１は、休止タイマがタイムアウトしたか否かを判断する。

ＣＳ信号が“０”レベルを継続したまま休止タイマもタイムアウトしたこと検知すると、周波数ｆｎの無線チャネルは空きチャネルであるので、制御部１１は、キャリアセンスフラグＣＳＦを”１”にセットし、チャネルカウンタメモリ４２のカウント値ｎを維持する。こうすることにより、周波数ｆｎの無線チャネルが空きチャネルとして捕捉される（捕捉手段）。

その後、制御部１１は、ＳＴ６に戻る。しかして、ＣＳ信号が“１”レベルに変化するまで、すなわち、周波数ｆｎの信号を受信部１５４が受信するまで、制御部１１は、ホストコンピュータ２からのコマンドを待機する。

このコマンド待機中において、ＣＳ信号が“１”レベルに変化したことを検知すると、制御部１１は、ＳＴ１３としてキャリアセンスフラグＣＳＦを“０”にリセットする。また、ＳＴ１４としてチャネルカウンタメモリ４２のカウント値ｎを“１”だけカウントアップする。このとき、ＳＴ１５としてカウント値ｎがチャネル番号の最大値“９”を超えたか否かを判断し、越えた場合には、ＳＴ１６としてカウント値ｎを“１”に戻す。しかる後、ＳＴ４に戻り、休止タイマ及び監視タイマをそれぞれ再スタートさせて、ホストコンピュータ２からのコマンドを待機しつつ、周波数ｆｎの無線チャネルが空きチャネルか否か確認するためのキャリアセンスを行う。

一方、通信部１３を介してホストコンピュータ２からのコマンド（送信コマンド，受信コマンド等）を受信した場合には、制御部１１は、ＳＴ１７としてアイドル中フラグＡＦを“０”にリセットする。しかる後、ＳＴ１８としてキャリアセンスフラグＣＳＦをチェックして、空きチャネルが捕捉されているか否かを判断する（判断手段）。

ここで、キャリアセンスフラグＣＳＦが“１”にセットされていた場合には、空きチャネルが捕捉されているので、制御部１１は、その空チャネルを使用して即座にコマンドに応じた無線通信を実行する（通信制御手段）。すなわち、ＳＴ１９としてタイマ部１４の動作制限タイマをスタートさせる。そして、ＳＴ２０としてコマンドを実行して、アンテナ２０の交信領域内に存在するＲＦＩＤ３と無線通信を行い、データの読取りまたは書込みを行う。なお、動作制限タイマは、ＬＢＴ方式において、最大の動作可能時間４ｓに達するとタイムアウトする。

制御部１１は、ＳＴ２１としてコマンドを終了するか、ＳＴ２２として動作制限タイマがタイムアウトするまで、通信処理を制御する。そして、コマンドが終了するか動作制限タイマがタイムアウトしたならば、ＳＴ２３としてホストコンピュータ２に正常応答を行って、ＳＴ３に戻る。すなわち、アイドル中フラグＡＦを“１”にセットして、アイドル状態に入る。

これに対し、ＳＴ１８にてキャリアセンスフラグＣＳＦが“０”にリセットされていた場合には、空きチャネルが捕捉されていないので、制御部１１は、ＳＴ２４としてホストコンピュータ２に空きチャネル無しのエラー応答を行って（エラー応答手段）、ＳＴ３に戻る。すなわち、アイドル中フラグＡＦを“１”にセットして、アイドル状態に入る。

このように本実施の形態のＲＦＩＤリーダ・ライタ１においては、上位機であるホストコンピュータ２からのコマンドを待機しているアイドル状態のときに、常にキャリアセンスを実施して、空きチャネルを補足するようにしている。そして、ホストコンピュータ２からコマンドを受信した場合には、即時、その空きチャネルを使用してＲＦＩＤ３との間で無線通信を行うようにしている。

従って、コマンドを受信してからキャリアセンスを行って空きチャネルを捕捉していた従来と比較して、処理の高速化を図ることができる。また、空きチャネルを捕捉できていない場合も、即時、ホストコンピュータ２にエラーを応答できるので、ホストコンピュータ２側の処理も高速化できる。

なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば前記実施の形態では、アイドル状態のときにキャリアセンスを行って空きチャネルを捕捉しておくことで、ホストコンピュータ２からのコマンドを即時実行する場合を示したが、ホストコンピュータ２以外の外部機器、例えばセンサから出力される信号により無線通信を行う場合も、即時実行できる効果を奏するのは言うまでもないことである。

また、本発明はＲＦＩＤリーダ・ライタに限定されるものではなく、外部からのコマンドに応じてキャリアセンスを行って空きチャネルを捕捉していた従来の無線通信装置全般に適用することで、本発明と同等の効果を奏し得るものである。

この他、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を組合わせてもよい。

本発明の一実施の形態であるＲＦＩＤシステムの全体構成図。 同実施の形態におけるＲＦＩＤリーダ・ライタの要部構成を示すブロック図。 同ＲＦＩＤリーダ・ライタの記憶部に形成される主要なメモリエリアを示す模式図。 同ＲＦＩＤリーダ・ライタの制御部が実行する主要な処理手順を示す流れ図。

符号の説明

１…ＲＦＩＤリーダ・ライタ、２…ホストコンピュータ、３…ＲＦＩＤ、１０…本体部、１１…制御部、１２…記憶部、１３…通信部、１４…タイマ部、１５…無線回路部、１６…キャリアセンス部、２０…アンテナ、４１…周波数設定テーブル、４２…チャネルカウンタメモリ、４３…アイドル中フラグメモリ、４４…キャリアセンスフラグメモリ。

Claims (4)

1. 外部からの実行要求に応じて、所定の周波数帯域の中の周波数チャネルを選択的に使用して無線通信を行う無線通信装置において、
   前記外部からの実行要求がないアイドル状態のときに、前記周波数帯域の中の空きチャネルを検索するキャリアセンス手段と、
   このキャリアセンス手段により検索された空チャネルを捕捉する捕捉手段と、
   を具備したことを特徴とする無線通信装置。
2. 外部からの実行要求に応じて、前記捕捉手段により空きチャネルが捕捉されているか否かを判断する判断手段と、
   この判断手段により空きチャネルが捕捉されていると判断されると、その空チャネルを使用して要求に応じた無線通信を行う通信制御手段と、
   前記判断手段により空きチャネルが捕捉されていないと判断されると、実行要求元の外部にエラーを応答するエラー応答手段と、
   をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 外部からの実行要求に応じて、所定の周波数帯域の中の周波数チャネルを選択的に使用して無線通信を行う無線通信装置の無線通信方法であって、
   前記無線通信装置は、
   前記外部からの実行要求がないアイドル状態のときに、前記周波数帯域の中の空きチャネルを検索して空チャネルを捕捉しておき、外部から実行要求があると、捕捉されている空チャネルを使用して要求に応じた無線通信を即時実行することを特徴とする無線通信方法。
4. 請求項３記載の無線通信方法において、
   前記無線通信装置は、外部から実行要求があると、空チャネルが捕捉されているか否かを判断し、捕捉されていない場合には、実行要求元の外部にエラーを応答することを特徴とする無線通信方法。

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