JP4052674B2 - 複数の非接触データ・キャリアと通信する方法および非接触データ・キャリア - Google Patents

Description

産業上の利用の可能性
本発明はスマート・カードのような非接触データ・キャリアに関する。非接触スマート・カードは集積回路を含む携帯可能なデータ・キャリアであり、リーダ（reader）と非接触または無線で通信(dialogue）を行うことが可能である。
背景技術
非接触スマート・カードのような製品における解決すべき問題点は、複数のスマート・カードが１つの共通するリーダに返信する場合に情報が衝突してしまうことであり、この問題はスマート・カードに電力およびクロック情報を供給するリーダにより生成される磁場に起因する。これら複数のスマート・カードは互いの存在を感知していないため、この電力を使用するスマート・カードは、リーダに対して応答（talk back）を開始する。リーダに情報が送り返されると、データの衝突を招き、リーダはこれら複数のスマート・カードから誤ったメッセージを受信してしまう。
このような状況は、たとえば、人々の財布やスーツケースがリーダの前で振り動かされるような場合に起こりうる。財布の中に複数の非接触スマート・、カードがある場合、これら総てのスマート・カードは、所望の通信処理（トランザクション）を完了するため、パワー・アップされ、リーダと通信を開始しようとしてしまう。
発明の概要
本発明の目的の１つは、複数の非接触データ・キャリアと通信する方法を提供し、上述した問題を解決又は少なくとも抑制することである。
請求項１に係る本発明の第１形態によれば、複数の非接触データ・キャリアと通信する方法が提供される。
請求項２に係る本発明の第２形態によれば、基地局と通信する場合に使用される非接触データ・キャリアが提供される。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明による非接触スマート・カードを示す。
図２はパワー・アップする間に複数の非接触スマート・カードと同期をとる方法を示すタイミング・チャートである。
図３は衝突がない場合の図１における「ロール・コール」のタイミング・チャートを示す。
図４は衝突が起こった場合の図１における「ロール・コール」のタイミング・チャートを示す。
発明を実施するための最良の形態
スマート・カードのような複数の非接触データ・キャリアと通信する新規な方法により、単独のリーダが存在する領域内で複数のスマート・カードが動作可能になり、新規な衝突抑制プロトコル（anti-collision protocol）を使用することによってデータの衝突が回避される。このプロトコルは、以下に説明するいくらかのソフトウエアおよび／またはハードウエアを利用する。
図１では、非接触スマート・カード・データ・キャリア２が通常サイズのプラスチック・カード４で形成されており、プラスチック・カードは集積回路マイクロコントローラ６を封止する。アンテナ８は、カードのマイクロコントローラ６とカード・リーダ８との間のインターフェースを提供する。ＭＣＵ６は以下の特徴を有する。
・ＩＣはリーダ（基地局）により生成される交替磁場（alternating magnetic field）からの電力を復元し、そのＭＣＵに対するクロック情報を復元するように設計される。
・ＭＣＵはシリアル通信インターフェース（SCI）ハードウエアまたは同様の送受信ハードウエアを有する。ＳＣＩは所与のサイズ（ハードウエアに依存して、ソフトウエアにより又は固定値として設定可能）の情報を送受信することが可能である。好適実施例にあっては、情報パケットは９ビット長であり、９番目のビットはメッセージの２つの異なるタイプを区別するために使用される。通常動作の間、メッセージが受信されると、受信フラグがＳＣＩによりセットされ、対応する割り込みルーチンを実行することが可能である。ＳＣＩは、その受信の間にメッセージのタイプが何であるかを検出する機能を有する。本実施例にあっては、このメッセージ・タイプは、リーダから伝送される情報パケットの９番目のビット位置に論理「１」が存在することによって示される。この機能とともに、ＳＣＩがＭＣＵを起動させる（ウエイク・アップ）時点で「ウエイク・アップ」メッセージが受信されるまでの受信データ・フラグおよび対応する割り込みが禁止されている間、ＳＣＩを「ウエイク・アップ」モードにすることも可能である。
・既知の状態におけるクロックとともに、ＭＣＵを待ち受け状態に置くことも可能である。この状態では、ＭＣＵは命令を実行しない。しかしながら、ＳＣＩは動作可能であり、そこに伝送されるデータの受信のための準備を行う。ＳＣＩによってＭＣＵが起動すると（ウエイク・アップ）、その待ち受けモードから抜け出し、ＳＣＩ割り込みルーチンを実行することが可能になる。
図２，図３，図４では、以下に説明するように、リーダにより電力供給される総てのスマート・カードと同期をとるためのプロトコルが開示される。
・リーダの作る磁場に入ったスマート・カードは電力供給され、スマート・カードのＭＣＵはＩＣを初期化する。
・初期化が完了すると、ＩＣはＳＣＩの「ウエイク・アップ」モード機能を作動させ、待ち受け命令を実行することによりウエイク・アップ・モードに入る。このモードで待ち受けをしている間、ＳＣＩは動作し続け、リーダ（又は他の非接触スマート・カード）から伝送された情報を受信することが可能である。
・待ち受け状態にあるスマート・カードのＩＣが、受信データ・ビット・ストリームの９番目のビット位置において論理「１」を受信した場合、ＭＣＵは起動し（ウエイク・アップ）、ＭＣＵは動作を開始してＳＣＩ割り込みルーチンが実行される。しかしながら、受信したデータ・ビット・ストリームが９番目のビット位置において論理「１」を含んでいない場合、ＳＣＩは受信したデータを破棄し、ＭＣＵは引き続き待ち受け状態に留まる。したがって、特別なスタート・アップ・メッセージによりその待ち受け状態から抜け出さない限り、ＭＣＵはリーダに対してデータ・リンクを確立しないのである。
リーダから送られるスタート・アップ・メッセージには少なくとも２種類存在し、その１つは「コールド（cold）」スタート・アップであり、他は「ウオーム（warm）」スタート・アップである。
リーダがその磁界内に入ったカードを探している場合は、「コールド」スタート・アップが開始される。この場合、待ち受け状態にある総てのＭＣＵがこのメッセージに反応し、リーダに対して彼らの身元確認（identity）の手続を開始する。「コールド」スタート・アップ・メッセージにより、待ち受け状態にある総てのカードが同期して待ち受けモードから抜け出すことが可能になる。ウオーム・スタート・アップの場合は、リーダは登録されたカードのリストを既に有しており、他の予め登録されたカードと通信をすることについて決定する。
「コールド」および「ウオーム」スタート・アップは、受信したデータ・ストリームにおけるスタート・アップを生ぜしめる情報バイトの値により区別することが可能である（すなわち、９番目（スタート・アップ）のビットに先行する８ビット）。ウオーム／コールド・スタート・アップ・メッセージにおいて更なる区別を行うことも可能である。たとえば、個別のカードに対する通信要求または総てのカードに対する発信要求（broadcast request）と共にウオーム・スタート・アップを実行すること，割り込まれた通信を再開すること，総てのカードからのフィードバックを要求すること等が可能である。
・登録されたカードとの通信を完了した場合、リーダは連続的にコールド・スタート・アップ・メッセージを周期的に送信する。リーダとの通信を完了したカードは、リーダからのコールド・スタート・アップ・メッセージに応答することを回避する。電力が供給されたばかりの新しいカード又は以前のサイクルで通信をすることができなかったカードは、応答することが可能になり、サイクルが再び始まる。
このプロトコルは、ウエイク・アップ命令がリーダから受信されずカードが待ち受け状態にある場合は、リーダの磁界に入った任意の非接触スマート・カードがリーダに応答しないことを保証する。この場合、起動（ウエイク・アップ）しているＭＣＵはリーダから受信したスタート・アップ・メッセージに同期している。このメッセージは、そのような情報に対して待ち受けを行っている総てのカードに対して同期信号としての役割を果たす。
待ち受けモードで待機しているＭＣＵが同一の受信メッセージで起動すると、ポーリング・プロトコルを使用して起動しているスマート・カードの身分（identity）を識別する。これは、「点呼（roll call）」の通信の間、通信タイム・スロットの自己ランダム割当を利用することにより行うことが可能である。この期間では、ＭＣＵはあるタイム・スロット内でそれらの身元情報を送信し、それは「点呼（ロール・コール）」に先立って各ＭＣＵにより生成されたランダム数により決定される。このプロトコルは、動作のためのこれらのランダム数の統計的分布を利用する。例えばプロトコルが、「点呼」の間１６個のタイム・スロットが利用可能であるように設計されている場合、ＭＣＵは１ないし１６の間のランダム数を抽出しなければならない。
リーダは、起動して応答する複数のカードから到来する身元情報を登録し、応答するカードとの個別的な通信処理を行うことが可能であり、他のカードはウオーム・スタートに対する起動準備として待ち受け状態に戻り待機する。
個々の通信プロセス処理は、以下のように行われる。まず、リーダは登録されたスマート・カードの身元情報を、再確認用リコールの間、再送する。その識別番号を確認したカードは、承認メッセージを返送する。
再確認がなされると、そのスマート・カードに関する総ての通信処理（トランザクション）が行われる。再確認がなされない場合としては、そのカードに関し、動作することが中断された場合、その磁界から去ってしまった場合、同一タイム・スロットにおいて２以上の異なるカードからリーダに返送された身元情報が衝突している場合等がある。この期間の間、「点呼」に応答した他の複数のカードは待ち受けモードで待機する。
リーダが選択されたカードとの通信を完了すると、そのセッションの残りの期間では（リーダによる電力フィールドが存在するタイム・スロットにおける残りの時間）そのカードは遮断される。リーダはウオーム・スタート・アップ・メッセージを送信するが（９番目のビット位置に論理「１」を含む）、この場合先行する８ビットにおけるデータは、初期のコールド・スタート・メッセージに対するものとは異なるものである。このようにして、総てのカードが起動するが、「点呼」を既に完了したもののみが、以後のリーダからの身元に関する「質問」に対して応答が可能なものとして残る。このプロセスは、リーダが「点呼」の間登録された総てのカードとの通信を終了するまで継続する。コールド・スタート・メッセージを逃したカードは、リーダが送信する次のコールド・スタート・メッセージを受信するまでの間、リーダとの通信が禁止される。
２以上のカードが同一のランダム「点呼」タイム・スロットを選択した場合、データ衝突を招き、リーダが受信する識別番号は、そのタイム・スロットの間に送信された衝突しているカードのものではないかもしれない（総てが１のみ及び総てが０のみであることは、識別番号から除外される。）。身元情報が衝突による誤りを含んでいない場合、リーダはそれらが登録されるものとしてそれらのカードとの通信処理を行う。身元情報が衝突により誤りを含んでしまった場合、リーダは存在しないカードとの通信を試みることになり、再確認のプロセスの期間内に承認を得ることはない。
したがって、誤りを含んでしまった身元情報の登録に起因してリーダに応答を行わなかったカードは、新しいランダム・タイム・スロットを選択することになり、新しいコールド・スタート・メッセージを待ち受けることになる。これは、リーダに対する適切な登録を試みる新たな「点呼」の間（すなわち、「点呼」の間の異なるタイム・スロット）に再び登録することに応答して行われる。
リーダが「点呼」の間に登録された総てのカードに対する通信をし完了すると、再びコールド・スタート・メッセージを送信し、サービスを受けていないカードが起動することを要請し、上述したプロセスを繰り返す。これにより、新しいカードおよび以前の「点呼」の期間に衝突したカードが、新しい「点呼」のランダムに自己割当されたタイム・スロットの期間に再登録される。
コールド・スタート・メッセージの可能な一部分は、「点呼」または総てのカードからの瞬時的なフィードバックの要請に先立って、総てのカードに情報を発信することも可能である。

Claims (1)

1. 基地局とデータ・キャリアとを含むシステムにおいて、複数の非接触データ・キャリアと通信する方法であって、
   前記基地局がフィールド内に電力信号を送信し、
   前記フィールド内のいずれかのデータ・キャリアは、送信された電力信号を受信したことに応答して、前記送信された電力信号から電力を得て自ら起動し、かつ、その後待ち受け状態に入り、
   前記基地局が待ち受け状態にあるデータ・キャリアに対して第１のスタート・アップ信号を送信し、
   待ち受け状態にある前記データ・キャリアは、前記第１のスタート・アップ信号に応答して、待ち受け状態から抜け出し、かつ、データ・キャリアの点呼において利用可能なタイム・スロットに数を割当てかつ使用するタイム・スロットとして前記数の１つをランダムに選び出すことにより用いられるタイム・スロットにおいて身元情報を送信し、
   前記基地局が前記第１のスタート・アップ信号に応答するデータ・キャリアのすべてに対して前記身元情報を登録し、
   前記基地局が第２のスタート・アップ信号を送信して、前記第１のスタート・アップ信号を既に受取った待ち受け状態にあるデータ・キャリアを起動し、かつ、点呼において登録されたデータ・キャリアに対するメッセージと通信を開始し、前記基地局が前記第２のスタート・アップ信号の送信を繰返して、点呼において登録されたデータ・キャリアのすべてとの通信を開始して通信セッションを完了し、
   前記基地局は前記フィールドに入ったいずれかの新たなデータ・キャリアを特定するために探しながら前記第１のスタート・アップ信号を周期的に再送信し、これによりすべてのデータ・キャリアが、データ・キャリアの新たな点呼において身元情報を送信することによって応答し、
   前記第１および第２のスタート・アップ信号はスタート・アップ・ビットおよび関連するメッセージにより区別可能であり、前記第１のスタート・アップ信号は前記フィールド内のデータ・キャリアのいずれかとの通信セッションを開始するために使用され、前記第２のスタート・アップ信号は登録されたデータ・キャリアのみとの通信セッションを継続するために使用される、方法。

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