JP4548787B2 - 非接触ｉｃタグとリーダ／ライタの通信方式および非接触ｉｃタグ用リーダ／ライタ - Google Patents

Description

本発明は、電磁結合方式、電磁誘導方式、または電波方式などにより所定の場所に添付されたＩＣタグに非接触でデータの書き込みおよび読み出しを行う非接触ＩＣタグ用リーダ／ライタの技術に関し、特に周波数ホッピング方式を使用し、リーダ／ライタにより非接触ＩＣタグへのデータの書き込み及び読み出しを行う非接触ＩＣタグとリーダ／ライタの通信方式および非接触ＩＣタグ用リーダ／ライタに関するものである。

近年、非接触でデータの書き込みおよび読み出しを行うデータキャリア、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）、無線タグ、または ＩＣタグと呼称される通信媒体が普及しつつある。

この種の非接触ＩＣタグにデータの書き込みおよび読み出しを行う非接触ＩＣタグ用リーダ／ライタ（以下、リーダ／ライタと称す）の非接触ＩＣタグとの間の通信方式において、搬送波周波数２．４５ＧＨｚ帯のリーダ／ライタにおける規格であるＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ８１において周波数ホッピング（Frequency Hopping Spectrum Spread）方式の使用が義務付けられている。これは、広い周波数帯域の中の搬送波の周波数チャネルを一定の規則に従いながら一定の時間ごとに切り替えて使用する方式である。これらの具体例は、特許文献１および特許文献２に示されている。

このため、特定の周波数チャネルで干渉（狭帯域干渉）が発生しても、別の周波数チャネルに切り替えることにより、狭帯域干渉を避けることができる利点がある。

図４に、従来の周波数ホッピング方式による非接触ＩＣタグとリーダ／ライタの通信方式の概略図を示す。ホストコンピュータ１に複数のリーダ／ライタが接続されており、図４にはその中で２つのリーダ／ライタすなわちリーダ／ライタ１０とリーダ／ライタ２０の部分について示されている。リーダ／ライタ１０は複数の非接触ＩＣタグ１８に対しアンテナ１７を介し搬送波１１によりデータの書き込みおよび読み出しを行い、リーダ／ライタ２０は複数の非接触ＩＣタグ２８に対しアンテナ２７を介し搬送波２１によりデータの書き込みおよび読み出しを行う。

リーダ／ライタ１０は、ホストコンピュータ１の指示によりデータの書き込みおよび読み出しをコントロールするＣＰＵ１４、周波数ホッピングによる発信周波数チャンネルの時間順番を記録した周波数テーブルを保存したメモリ１３、発信部１５、受信部１６よりなる制御部を有し、ＣＰＵ１４により周波数テーブルを保存したメモリ１３から搬送波の周波数チャンネルが読み出され発信部の発信周波数チャンネルと受信部の受信周波数チャンネルが設定され、決められた所定の時間にはその周波数チャンネルにより非接触ＩＣタグ１８との間の通信が行われる。

リーダ／ライタ２０も同様に、ＣＰＵ２４、リーダ／ライタ１０と同様な周波数テーブルを保存したメモリ２３、発信部２５、受信部２６により構成され、決められた所定の時間には周波数テーブルを保存したメモリ２３により設定された周波数チャンネルにより非接触ＩＣタグ２８との間の通信が行われる。

図５は、上記通信方式におけるリーダ／ライタ１０と２０の周波数チャンネルの時間変化の一例を示す図である。各グラフの横軸が搬送波の周波数、縦軸がそのパワー、グラフの並びが時間経過を表し、２２がリーダ／ライタ２０の周波数チャンネル、１２がリーダ／ライタ１０の周波数チャンネルを示す。図５において、リーダ／ライタ１０の周波数チャンネルはｆｆ→ｆｄ→ｆｃのように変化し、一方、リーダ／ライタ２０の周波数チャンネルはｆａ→ｆｂ→ｆｅのように変化する。

このように、各リーダ／ライタはある周波数チャンネルを起点として、一定時間経過後に他の周波数チャンネルに切り替えを順次行い、他のリーダ／ライタも同様に一定時間経過で周波数チャンネルを切り替えられ、互いのリーダ／ライタから出力される周波数が重なりにくいため、狭帯域干渉が避けられ、また他の通信システムからの妨害も受けにくく、他の通信システムの妨害ともなりにくいという利点がある。

特開２００４−５３５７００ 特開２００１−２６７９７０

単一で且つ同一周波数が出力される単一周波数方式のリーダ／ライタと比較し、上述のように、周波数ホッピング方式を採用することで、常に周波数チャンネルが切り替わるため各リーダ／ライタ間の干渉が低減できる。

しかしながら、同一の周波数テーブルを元に周波数ホッピングを行うリーダ／ライタが複数同時に使用される場合があり、このとき図６のように周波数ホッピングの開始時間が重なってしまうと、複数のリーダ／ライタが同時刻に同じ周波数を使用することになり、リーダ／ライタ間の干渉を低減することが出来ない。

また、上記の場合、干渉を回避するため、周波数ホッピング開始時間を複数のリーダ／ライタ間で互いに意図的にずらした場合でも、個々のリーダ／ライタ間で処理時間のばらつきなどにより周波数ホッピングする時間間隔がばらつくため、図７のように時間経過とともに周波数パターンの開始時間が重なってくる場合が存在する。

上記を解決する手段として、複数の周波数テーブルをリーダ／ライタのメモリに持たせ、それらをランダムに切り替えるか、もしくは干渉が発生した場合に切り替えて使用する方法が考えられる。しかしながら、この方法は、複数の周波数テーブルを持つことでメモリ容量を圧迫し、メモリの増設のためコスト増を招くという弊害が生ずる。

本発明の課題は、１つの周波数テーブルを活用し、メモリ容量を圧迫せずに、複数のリーダ／ライタ間の干渉を抑える非接触ＩＣタグとリーダ／ライタの通信方式および非接触ＩＣタグ用リーダ／ライタを提供することである。

上記課題を解決するため本発明は、周波数ホッピング方式を使用し、複数のリーダ／ライタにより複数の非接触ＩＣタグへのデータの書き込み及び読み出しを行う非接触ＩＣタグとリーダ／ライタの通信方式において、システム内にランダムな周波数発生パターンを記憶する周波数テーブルまたはその周波数テーブルの周波数を一定の規則により並び替えた周波数テーブルを持ち、周波数ホッピングの順番を所定の時間周期で、または必要に応じて前記周波数テーブルの順方向から逆方向に、もしくは逆方向から順方向に切り替えることを特徴とし、また、前記リーダ／ライタの少なくとも１つにおいて周波数干渉が発生した場合に、該リーダ／ライタにおける周波数ホッピングの順番を前記周波数テーブルの順方向から逆方向に、もしくは逆方向から順方向に一定の確率で切り替えることを特徴とする。

また、前記周波数テーブルの順方向から逆方向に、もしくは逆方向から順方向に切り替える一定の確率が少なくとも２つのリーダ／ライタ間で異なることを特徴とする。

また、本発明による非接触ＩＣタグ用リーダ／ライタは、周波数ホッピング方式により非接触ＩＣタグへのデータの書き込み及び読み出しを行う非接触ＩＣタグ用リーダ／ライタにおいて、周波数ホッピングのためのランダムな周波数発生パターンを記憶する周波数テーブルまたはその周波数テーブルの周波数を一定の規則により並び替えた周波数テーブルを制御部のメモリ内に持ち、周波数干渉が発生した場合、一定の確率で周波数ホッピングの順番を前記周波数テーブルの順方向から逆方向に、もしくは逆方向から順方向に切り替える手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、１つの周波数テーブルを順方向に使用する場合と、逆方向に使用する場合の２通りの使い方を必要に応じて切り替えることで、周波数の干渉に対して２種類の周波数テーブルを持つ場合と同等の効果を持つ非接触ＩＣタグとリーダ／ライタの通信方式が得られる。

また、本発明によれば、１つの周波数テーブルを使用するので、リーダ／ライタの制御部のメモリ容量を抑えることが可能となる。

また、本発明によれば、リーダ／ライタを複数使用する場合において、リーダ／ライタ間の干渉が発生した場合に一定の確率で使用する周波数テーブルの呼び出しの順番を変更することにより、多数のリーダ／ライタの周波数パターンが同一になることを防ぐことが可能となる。

すなわち、１つの周波数テーブルを活用し、メモリ容量を圧迫せずに、複数のリーダ／ライタ間の干渉を抑えることができる。

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参照しながら詳述する。

図１は、本発明による周波数ホッピング方式による非接触ＩＣタグとリーダ／ライタの通信方式の一実施の形態の概略図を示す。図４と同様に、リーダ／ライタ４０は、複数の非接触ＩＣタグ１８に対しアンテナ１７を介し搬送波１１によりデータの書き込みおよび読み出しを行い、ホストコンピュータ１の指示によりデータの書き込みおよび読み出しをコントロールするＣＰＵ１４、発信部１５、受信部１６、ランダムな周波数発生パターンを記憶する周波数テーブルを保存したメモリ３０よりなる制御部を有する。

さらに、本実施の形態では、周波数干渉が発生した場合、一定の確率で周波数ホッピングの順番を前記周波数テーブルの順方向から逆方向に、もしくは逆方向から順方向に切り替える手段１９を有している。

リーダ／ライタ５０も同様に、リーダ／ライタ４０と同一の周波数テーブルを保存したメモリ３１などよりなる制御部を有し、周波数干渉が発生した場合、一定の確率で周波数ホッピングの順番を前記周波数テーブルの順方向から逆方向に、もしくは逆方向から順方向に切り替える手段２９を有している。

図２は、本発明によるリーダ／ライタと非接触ＩＣタグの通信方式において使用する周波数テーブルと本発明における周波数ホッピングの順番を説明するための図である。

ｆ１からｆｎまでのＮ個の周波数が並んだ１つの周波数テーブル３を使用し、呼び出しの順番を順方向のパターン４ａおよび逆方向のパターン４ｂに切り替えることにより、実質２種類の周波数ホッピングパターンを用いることが可能となる。

図３は、本発明による周波数の干渉の回避を説明するための図である。同一の周波数テーブルを持つリーダ／ライタ４０と５０の２台が近距離で使用され、リーダ／ライタ４０、５０が図３のようにその周波数テーブルの呼び出しの開始時間をずらしてパターン４ａに従い周波数ホッピングされている場合、初期状態では上記２台での干渉は発生しない。

しかし、周波数ホッピングの時間間隔がばらつき、時間経過とともにずれ、図３のように周波数ホッピングパターンの３周期目の途中で、同時間に同じ周波数が連続して送信するようになった場合、リーダ／ライタ４０と５０の間で周波数干渉が生ずる。

図３において、リーダ／ライタ４０および５０は連続して２回（２周波数ｆ５とｆ６が）干渉したため、本実施の形態では、それぞれ一定の確率（たとえば１／２の確率）で周波数テーブルからの周波数呼び出し順番を逆方向に切り替える。

ここでは、リーダ／ライタ５０だけがホッピングパターンを４ａから４ｂに変更したとすると、その後の時間から互いの周波数ホッピングパターンは異なるので、その後の周波数干渉が回避できる。

また、各リーダ／ライタが同時に周波数の呼び出し順番を切り替えるのを防ぐためには、各リーダ／ライタ間で、異なる確率で切り替えを行うように設定すれば、同時に同じ方向に切り替わる可能性を低減できる。

以上のように、本発明では、１つの周波数テーブルを活用し、メモリ容量を圧迫せずに、複数のリーダ／ライタ間の干渉を抑えることができる。

また本発明においては、多数のリーダ／ライタが使用される場合、それらのすべてが同一の周波数テーブルを持つのではなく、上記リーダ／ライタがいくつかのグループに分割され、それらのグループ間では異なるがグループ内で同一の周波数テーブルを持つ場合もある。

また、本発明において、上記の場合、必要なメモリ容量の増加を抑えてグループ間の干渉を防ぐため、グループ内で、ある一定の時間間隔で１つのランダムな周波数発生パターンを記憶する周波数テーブルを一定の規則により分割、並び替えなどを行って周波数テーブルを変更し、それらの変更の態様をグループ間で異なるようにする方法も有効である。

なお、本発明は、上記実施形態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および組み合わせてもよい。

本発明による周波数ホッピング方式による非接触ＩＣタグとリーダ／ライタの通信方式の一実施の形態の概略図。 本発明において使用する周波数テーブルと周波数ホッピングの順番を説明するための図。 本発明による周波数の干渉の回避を説明するための図。 従来の周波数ホッピング方式による非接触ＩＣタグとリーダ／ライタの通信方式の概略図。 周波数ホッピング方式による通信方式におけるリーダ／ライタの周波数チャンネルの時間変化の一例を示す図。 同一の周波数テーブルの使用による周波数干渉の発生を説明する図 時間ばらつきにより周波数パターンの重なりが生じてくる場合の一例を示す図。

符号の説明

１ ホストコンピュータ
３ 周波数テーブル
１０，２０，４０，５０ リーダ／ライタ
１１，２１ 搬送波
１３，２３，３０，３１ メモリ
１４，２４ ＣＰＵ
１５ 発信部
１６ 受信部
１７，２７ アンテナ
１８，２８ 非接触ＩＣタグ
１９，２９ 一定の確率で周波数ホッピングの順番を前記周波数テーブルの順方向から逆方向に，もしくは逆方向から順方向に切り替える手段
４ａ （順方向の）周波数ホッピングパターン
４ｂ （逆方向の）周波数ホッピングパターン

Claims (3)

1. 周波数ホッピング方式を使用し、複数のリーダ／ライタにより複数の非接触ＩＣタグへのデータの書き込み及び読み出しを行う非接触ＩＣタグとリーダ／ライタの通信方式において、システム内にランダムな周波数発生パターンを記憶する周波数テーブルまたはその周波数テーブルの周波数を一定の規則により並び替えた周波数テーブルを持ち、各リーダ／ライタは周波数ホッピングの順番を必要に応じて前記周波数テーブルの順方向から逆方向に、もしくは逆方向から順方向に切り替える非接触ＩＣタグとリーダ／ライタの通信方式であって、前記リーダ／ライタの少なくとも１つにおいて周波数干渉が発生した場合に、該リーダ／ライタにおける周波数ホッピングの順番を前記周波数テーブルの順方向から逆方向に、もしくは逆方向から順方向に一定の確率で切り替えることを特徴とする非接触ＩＣタグとリーダ／ライタの通信方式。
2. 前記周波数テーブルの順方向から逆方向に、もしくは逆方向から順方向に切り替える一定の確率が少なくとも２つのリーダ／ライタ間で異なることを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣタグとリーダ／ライタの通信方式。
3. 周波数ホッピング方式により非接触ＩＣタグへのデータの書き込み及び読み出しを行う非接触ＩＣタグ用リーダ／ライタにおいて、周波数ホッピングのためのランダムな周波数発生パターンを記憶する周波数テーブルまたはその周波数テーブルの周波数を一定の規則により並び替えた周波数テーブルを制御部のメモリ内に持ち、周波数干渉が発生した場合、一定の確率で周波数ホッピングの順番を前記周波数テーブルの順方向から逆方向に、もしくは逆方向から順方向に切り替える手段を有することを特徴とする非接触ＩＣタグ用リーダ／ライタ。

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